第一章植物水分代谢(第1,2节)
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植物的水分代谢
二 水的生理生态作用
1、水是细胞质的主要成分 2、水是代谢过程的反应物质 3、水是物质吸收和运输的良好溶剂 4、水维持细胞的紧张度 5、水的理化性质给植物的生命活动带来了各种有利的 条件 6、水能调节植物周围的小气候
以水调温 以水调肥 以水调气 以水调湿
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3
三、水分在植物体内存在状况
1 植物体的含水量：不同种类、器官、年龄不同 2 水分存在形式：自由水、束缚水
2 质壁分离复原—把已发生质壁分离的细胞置于低渗溶液中，
溶液中的水分进入细胞， 液泡变大，整个原生质体慢慢恢复到原来状 态的现象。
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22
（四）植物细胞水势的组成：
Ψ w = ψs + ψ p + ψ m
Ψs ：渗透势 Ψp ：压力势 ψm ：衬质势
23
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渗透势—在某系统中，由于溶质颗粒的
存在,而使水势降低的值，又叫溶质势。
束缚水—被原生质胶体吸附不易流动的水 特性：*不能自由移动，含量变化小，不易散失
*冰点低，不起溶剂作用 *决定原生质胶体稳定性 *与植物抗逆性有关
4
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植物体内的含水量 （content of water in plant）
植物的种类不同含水量不同 同种植物的不同器官、年龄及生活环境，其含水量不同
3、集 流—指液体中成群的原子或分子（如组
成物质的各种组分）在压力梯度下共同的移动 现象。
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14
Section 2 Absorption of water by plant cells
主要有3种方式： 一、扩散 diffusion 二、集流 mass flow 三、渗透作用 osmosis
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Diffusion （dynamic from density）
植物的水分代谢解读
质壁分离（plasmolysis):植物细胞由于液泡失水而是 原生质体和细胞壁分离的现象 质壁分离的复原（deplasmolysis)
第二节 植物细胞对水分的吸收
4、细胞的水势
水势就是水的化学势。水流动需要能量，水用于做功的能量大小的 量度用水势来表示。一个系统中物质所含的能量可分为束缚能和自 由能两部分。束缚能是在恒温、恒压下不能做功的能量，而自由能 是在恒温恒压下用于做功的能量。只有自由能可用来做功，水只能 延着能量减小的方向移动，即从水势高向水势低的方向移动。
重力势ψ
g
：是水分因重力下移而引起水势降低的
力量，其大小取决于参考状态下水的高度（h）、
水的密度和重力加速度。
植物细胞水势的组分：
一个典型细胞的水势是由溶质势、压力
势、衬质势和重力势所组成。
ψ w =ψ
s
+ψ
p
+ψ
m
+ψ
g
对已形成中央大液泡的成熟植物细胞
来说，由于原生质仅为一薄层，液泡内的
大分子物质又很少，衬质势 ψ 为 ψ w =ψ 质势 ψ
水势的单位：兆帕（ MPa ）、帕（ Pa ）、巴
(bar)、大气压(atm)。 1巴=0.1MPa = 0.987 大气压 = 105 帕
cell水势、溶质势、压力势/MPa
1.5 1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5
Ψp Ψw
Ψs
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 相对体积
水势的应用
水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转,故水势 可用于判断水分迁移的方向。如：
1.
相邻细胞的水分转移：水分由水势高的细胞沿水势梯度流向 水势低的细胞。 植物体内的水分转移：植株地上部分的水势低于根系，故根 系水分可向地上部分运转。
《植物水分代谢》课件
，提高作物的产量和品质。
植物水分代谢的历程与现状
植物水分代谢的研究经历了漫长的历程，从最初的实验观察到现代的分子生物学研 究，人们对植物水分代谢的认识不断深入。
目前，植物水分代谢的研究已经涉及到分子生物学、生理学、生态学等多个领域， 为农业生产和水资源利用提供了重要的理论支持和实践指导。
然而，植物水分代谢的研究仍然面临许多挑战，如气候变化对植物水分吸收和利用 的影响、植物对水分的适应性机制等，需要进一步深入研究。
植物水分代谢是植物生命活动的重要组成部分，对植物的生长、发育和产量形成 具有重要意义。
植物水分代谢的重要性
水分是植物生长和发育的必要条 件，参与植物的光合作用、呼吸 作用、物质合成和分解等生理生
化反应。
水分不足或过多都会对植物的生 长和发育产生不利影响，甚至导
致植物死亡。
了解植物水分代谢的规律和特点 ，可以为农业生产提供科学依据
植物激素的作用
植物激素如ABA、CTK等在植物水分代谢中发挥重要作用，它们通 过影响气孔开度、细胞渗透压等调节植物的水分平衡。
植物细胞的保水能力
植物细胞具有较好的保水能力，通过细胞壁和细胞膜的调节作用， 维持细胞的正常形态和功能。
植物水分代谢的生态调节
1 2 3
气候因素对植物水分代谢的影响
气候因素如温度、湿度、降雨量等对植物的水分 平衡产生影响，植物通过生理和生态适应机制调 节水分代谢。
速度
取决于植物输导组织的结构和功能， 以及环境条件如温度和湿度。
效率
与植物的水分利用效率和抗旱能力密 切相关，是评价植物水分代谢的重要 指标。
04
植物的水分利用与
散失
植物的水分利用方式
吸收水分
植物通过根部吸收土壤中 的水分，并利用蒸腾作用 将水分输送到叶片和茎干 。
植物水分代谢的历程与现状
植物水分代谢的研究经历了漫长的历程，从最初的实验观察到现代的分子生物学研 究，人们对植物水分代谢的认识不断深入。
目前，植物水分代谢的研究已经涉及到分子生物学、生理学、生态学等多个领域， 为农业生产和水资源利用提供了重要的理论支持和实践指导。
然而，植物水分代谢的研究仍然面临许多挑战，如气候变化对植物水分吸收和利用 的影响、植物对水分的适应性机制等，需要进一步深入研究。
植物水分代谢是植物生命活动的重要组成部分，对植物的生长、发育和产量形成 具有重要意义。
植物水分代谢的重要性
水分是植物生长和发育的必要条 件，参与植物的光合作用、呼吸 作用、物质合成和分解等生理生
化反应。
水分不足或过多都会对植物的生 长和发育产生不利影响，甚至导
致植物死亡。
了解植物水分代谢的规律和特点 ，可以为农业生产提供科学依据
植物激素的作用
植物激素如ABA、CTK等在植物水分代谢中发挥重要作用，它们通 过影响气孔开度、细胞渗透压等调节植物的水分平衡。
植物细胞的保水能力
植物细胞具有较好的保水能力，通过细胞壁和细胞膜的调节作用， 维持细胞的正常形态和功能。
植物水分代谢的生态调节
1 2 3
气候因素对植物水分代谢的影响
气候因素如温度、湿度、降雨量等对植物的水分 平衡产生影响，植物通过生理和生态适应机制调 节水分代谢。
速度
取决于植物输导组织的结构和功能， 以及环境条件如温度和湿度。
效率
与植物的水分利用效率和抗旱能力密 切相关，是评价植物水分代谢的重要 指标。
04
植物的水分利用与
散失
植物的水分利用方式
吸收水分
植物通过根部吸收土壤中 的水分，并利用蒸腾作用 将水分输送到叶片和茎干 。
水分代谢
蒸腾作用叶肉细胞水势下降吸取导管水分 吸取根系水分吸取土壤水分，这种力称为蒸腾拉力。 （存在于木质部的负压力 ）
方式：
主动吸水 与 被动吸水
（三） 影响根系吸水的外界条件
1. 土壤水分状况：
有效水：可被植物利用的水（- 0.05MPa ~ - 0.3MPa）。 萎蔫系数：植物发生永久萎蔫时的土壤含水量。
m为负值。
衬质：物系中能够提供与水相互作用的表面物质， eg：细胞中的纤维素、蛋白质等大分子亲水胶体物质、 毛细管、土壤中的矿质颗粒。 m 存在特点： 1. 高含水量组织衬质势的绝对值则很小， m趋于0，
忽略不计
如：成熟细胞 （原生质为一个薄层，液泡中大分子物质含量低） 2. 风干的种子，干燥土壤m 较高。 （ 苍耳可达－100MPa）。
w= w
-
w0
J/mol
令纯水的水势为零。物系中的水势：w ＝负值 1966 年 Kramer 偏摩尔体积 无限大的多组分体系中，加入一摩尔 某物质时引起体系体积的增加量。 水的偏摩尔体积近似为 18*10-6 m3/mol
w
-
w0
△ w
w = V
= V
物系中的水势是：同温同压下物系中的水与纯水 间每偏摩尔体积的化学势差。
（2）根压产生的原因：
土壤离子
跨膜运输 释放 内皮层中柱 内自由空间
消耗ATP
促进吸水 增大根内外水势差 降低水势， （3）存在条件：蒸腾小，土壤水势高。
2. 蒸腾拉力（transpirational pull）： ————蒸腾作用产生的吸水力
由地上部分的蒸腾作用引起水势差促进根系吸水 ————————被动吸水（不消耗自身能量）
电解质 w ＝ s ＝－iCRT
植物生理学课件-01水分代谢共115页文档
物质总是从化学势高的地方自发地转移到化 学势低的地方，而化学势相等时，则呈现动 态平衡。
水的G(自由能) 1mol水的G
μw △μw= μw - μ˚w
△μw
Ψw ＝ Vw，m
水势（water potential）：用来衡量水分反应 或作功能量的高低，每偏摩尔体积水的化学势差。
偏摩尔体积（partial molal volume） 在 一定温度、压力和浓度下，1 摩尔某组分 在混合物中所体现出来的体积，称为该组 分在该条件下的偏摩尔体积。偏摩尔体积 的单位是m3·mol-1。
6个跨膜螺旋与两个保留的NPA（Asn-Pro-Ala）残基的水孔蛋白的结构
水孔蛋白的生物学意义：
◇快速灵活地调节水孔蛋白的基因表达，调控转录水平， 控制水孔蛋白的合成速度。
◇ 水孔蛋白的活化依靠磷酸化(及脱磷酸化)作用来调节。 如依赖Ca2+的蛋白激酶可使其丝氨酸残基磷酸化，水孔蛋白的 水通道加宽， 水集流通过量增加。如除去此磷酸基团，则水通 道变窄，水集流通过量减少。
农业生产中，水是决定收成有无的重要因素之一， 农谚说：“有收无收在于水，收多收少在于肥”。
1 植物对水分的需要
1 植物的含水量
不同植物含水量不同 水生植物——鲜重的90％以上 地衣、藓类——仅占6％左右 草本植物——70％～85％ 木本植物——稍低于草本植物。 一种植物，不同环境下有差异 荫蔽、潮湿 > 向阳、干燥环境 同一植株中，不同器官、组织不同 根尖、幼苗和绿叶——60％～90％ 树干——40～50％ 休眠芽——40％ 风干种子为8％～14％
偏摩尔体积的单位为m3／mol， 两者相除并化简，得N／m2，成为压力单位帕Pa 这样就把以能量为单位的化学势转化为以压力为
水的G(自由能) 1mol水的G
μw △μw= μw - μ˚w
△μw
Ψw ＝ Vw，m
水势（water potential）：用来衡量水分反应 或作功能量的高低，每偏摩尔体积水的化学势差。
偏摩尔体积（partial molal volume） 在 一定温度、压力和浓度下，1 摩尔某组分 在混合物中所体现出来的体积，称为该组 分在该条件下的偏摩尔体积。偏摩尔体积 的单位是m3·mol-1。
6个跨膜螺旋与两个保留的NPA（Asn-Pro-Ala）残基的水孔蛋白的结构
水孔蛋白的生物学意义：
◇快速灵活地调节水孔蛋白的基因表达，调控转录水平， 控制水孔蛋白的合成速度。
◇ 水孔蛋白的活化依靠磷酸化(及脱磷酸化)作用来调节。 如依赖Ca2+的蛋白激酶可使其丝氨酸残基磷酸化，水孔蛋白的 水通道加宽， 水集流通过量增加。如除去此磷酸基团，则水通 道变窄，水集流通过量减少。
农业生产中，水是决定收成有无的重要因素之一， 农谚说：“有收无收在于水，收多收少在于肥”。
1 植物对水分的需要
1 植物的含水量
不同植物含水量不同 水生植物——鲜重的90％以上 地衣、藓类——仅占6％左右 草本植物——70％～85％ 木本植物——稍低于草本植物。 一种植物，不同环境下有差异 荫蔽、潮湿 > 向阳、干燥环境 同一植株中，不同器官、组织不同 根尖、幼苗和绿叶——60％～90％ 树干——40～50％ 休眠芽——40％ 风干种子为8％～14％
偏摩尔体积的单位为m3／mol， 两者相除并化简，得N／m2，成为压力单位帕Pa 这样就把以能量为单位的化学势转化为以压力为
植物生理学_孟庆伟_植物的水分代谢(1,2节)教材
水分的移动和其它物质一样也是从化学 势高的地方向低的地方移动。
水势
在植物生理学上，水势（ water potential ）是指每 偏摩尔体积水的化学势。在某种水溶液中，溶液的水 势等于每偏摩尔体积水的化学势与纯水的化学势差。 即： W W w ψW= = VW VW 式中，ψ W为水势，μW是水溶液的化学势，μº W是纯水的化 学势， V是水的偏摩尔体积（ partial molar volume），是 W 指加入 1摩尔水使体系的体积发生的变化。水的偏摩尔体 积随不同含水体系而异，与纯水的摩尔体积 （VW=18.00cm3/mol）不同。但在稀的溶液中 V W 与VW 相 差很小，实际应用时，往往用VW代替 V W 。
细胞发生质壁分离的几种形式（补）
1.初始质壁分离：50%的细胞刚刚发生质壁分离
2.凹型质壁分离
3.凸型质壁分离
4.痉挛型质壁分离 质壁分离的不同形式与原生质的粘滞性有关。而 原生质的粘滞性与吸收的离子有关。K+可以增加原生 质的水合度，降低粘滞性，引起凸型质壁分离；Ca2+ 增加原生质的粘滞性，降低水合度，引起凸型质壁分 离或痉挛型质壁分离
根据热力学的原理，系统中物质的总能量可 分为束缚能（bound energy）和自由能（free energy）两部分。束缚能是不能转化为用于作功 的能量，而自由能则是在温度恒定的条件下可以 用于作功的能量。
化学势（chemical potential）
自由能的大小不仅与物质的性质有关，还与 物质的分子数目有关，分子数目越多，自由能含 量就越高。每摩尔物质的自由能就是该物质的化 学势（chemical potential），即： G μj＝（ ）P. T. ni i ≠j n
式中μ为组分j的化学势，G是体系的自由能，P. T 及 ni 分别是体系的压力、温度及其它组分的摩尔 数。 所以，体系中某组分化学势的高低直接反 映了每摩尔该组分物质自由能的高低。
水势
在植物生理学上，水势（ water potential ）是指每 偏摩尔体积水的化学势。在某种水溶液中，溶液的水 势等于每偏摩尔体积水的化学势与纯水的化学势差。 即： W W w ψW= = VW VW 式中，ψ W为水势，μW是水溶液的化学势，μº W是纯水的化 学势， V是水的偏摩尔体积（ partial molar volume），是 W 指加入 1摩尔水使体系的体积发生的变化。水的偏摩尔体 积随不同含水体系而异，与纯水的摩尔体积 （VW=18.00cm3/mol）不同。但在稀的溶液中 V W 与VW 相 差很小，实际应用时，往往用VW代替 V W 。
细胞发生质壁分离的几种形式（补）
1.初始质壁分离：50%的细胞刚刚发生质壁分离
2.凹型质壁分离
3.凸型质壁分离
4.痉挛型质壁分离 质壁分离的不同形式与原生质的粘滞性有关。而 原生质的粘滞性与吸收的离子有关。K+可以增加原生 质的水合度，降低粘滞性，引起凸型质壁分离；Ca2+ 增加原生质的粘滞性，降低水合度，引起凸型质壁分 离或痉挛型质壁分离
根据热力学的原理，系统中物质的总能量可 分为束缚能（bound energy）和自由能（free energy）两部分。束缚能是不能转化为用于作功 的能量，而自由能则是在温度恒定的条件下可以 用于作功的能量。
化学势（chemical potential）
自由能的大小不仅与物质的性质有关，还与 物质的分子数目有关，分子数目越多，自由能含 量就越高。每摩尔物质的自由能就是该物质的化 学势（chemical potential），即： G μj＝（ ）P. T. ni i ≠j n
式中μ为组分j的化学势，G是体系的自由能，P. T 及 ni 分别是体系的压力、温度及其它组分的摩尔 数。 所以，体系中某组分化学势的高低直接反 映了每摩尔该组分物质自由能的高低。
第一章 植物的水分代谢
第一章植物的水分代谢水是植物的一个重要的“先天”环境条件。
“有收无收在于水”第一节植物对水分的需要※一、植物的含水量因种类、器官、组织、环境条件等有关种类：水生90％以上；旱生6％器官、组织：根尖、茎尖、幼嫩；种子、树干环境条件：阳地、荫湿二、植物体内水分存在的状态呈束缚水和自由水两种状态。
靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分――称为束缚水（bound water）；距离胶粒较远而可以自由流动的水分――称为自由水（free water）。
相对划分。
自由水――参与各种代谢作用，它的数量制约着代谢强度，自由水占总含水量百分比越大，则代谢越旺盛。
束缚水――不参与代谢作用，但植物要求低微的代谢强度动度过不良的外界条件，因此束缚水含量与植物抗性大小有密切关系。
三、水分在生命活动中的作用1、水分是细胞质的主要成分――70％－90％2、水分是代谢作用过程的反应物质――光合、呼吸、有机物合成与分解3、水分是植物对物质吸收和运输的溶剂4、水分能保持植物的固有姿态――维持细胞的紧张度5、水分可以调节植物的体温第二节植物细胞对水分的吸收吸涨吸水；渗透性吸水一、扩散（diffusion）水分子从浓度高的一方自发地向浓度低的一方运动，最终达到一个均匀的系统，称为扩散。
二、集流（mass flow）液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动，例如水分在木质部中远距离运输，水分从土壤溶液流入植物体。
水分集流与溶质浓度梯度无关。
水孔蛋白（Aquaporin）：指细胞膜或液泡膜上，可减少水分跨膜运输阻力，加快水分进出生物膜的一类蛋白质。
有两种：质膜内在蛋白和液泡膜内在蛋白。
是一类具有选择性、高效运转水分的跨膜通道蛋白，只允许水分通过，不允许离子和代谢物通过。
水通道的半径大于0.15nm（水分子半径），但小于0.2nm（最小的溶质分子半径）活性受磷酸化和水孔蛋白合成速度调节。
广泛存在于植物各个组织，其功能以存在部位而定。
外界环境（干旱、蓝光）和植物激素（脱落酸、赤霉素和油菜素内脂）可诱导水孔蛋白基因表达。
12 植物的水分代谢
• 1 植物吸水的部位 • 根的吸水区域主要在根尖的幼嫩部分，其中根毛区的吸
水能力最强。根毛区的根毛数量很多，极大地增加了根 的吸收面积。 • 实例：移栽时应尽量保持根系完整。 • 容器育苗、带土球移栽
2 植物吸水的途径 质外体途径 共质体途径 跨膜途径
3 根系吸水的动力
根压：由于根系的生理活动而使根吸水并使液流从根部 上升的力量。
比逐渐降温要大得多。 ➢ 实例：午不浇园 ➢ 夏天烈日下用冰冷的水进行土壤灌溉，对根系吸水不利。
2）土壤含水量
一般认为大多数植物在生长期间最适宜的土壤水分约为 田间持水量的 50%~80%。
实例：在水分条件不好的干旱地区植树造林时，采用保 水剂、 固体水、地膜覆盖等技术措施。
3）土壤通气状况
内皮层外部质外体的水分通过内皮层的原生质体渗透进 入内部质外体，并沿导管、管胞上升，形成根压。
由于根压引起的吸水需要代谢提供能量，因此这种吸水 叫主动吸水。
伤流现象
吐水现象
蒸腾拉力
蒸腾拉力是由于植物叶片蒸腾失水而产生的使根吸水并 使水分上升的力量，这种吸水的动力发源于叶的蒸腾作 用，故把这种吸水叫做被动吸水。
低，代谢活性低,生长缓慢,抗逆性较强。
自由水/束缚水比值是衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标 之一。
3 水在植物生活中的作用 ➢ 水是原生质的重要成分：溶胶、凝胶 ➢ 水是某些代谢过程的原料 ➢ 水是植物代谢过程的介质 ➢ 水能保持植物的固定姿态 ➢ 水能调节植物的体温
二 植物对水分的吸收和运输
当叶片展开后，蒸腾作用逐渐增强，蒸腾拉力就成为主 要的吸水动力。
4 水分在植物体内的运输
水分从被植物根系吸收到通过叶片蒸腾到体外，经过的 途径是：土壤→根毛→根的皮层→根的中柱鞘→根的导 管或管胞→茎的导管或管胞→叶的导管或管胞→叶肉细 胞→叶肉细胞间隙→气孔下室→气孔→大气
植物生理学第01章植物的水分代谢
植物⽣理学第01章植物的⽔分代谢第⼀章植物的⽔分代谢本章内容提要⽔是植物⽣命的基础。
植物⽔分代谢包括⽔的吸收、运输和散失过程。
植物细胞吸⽔有三种⽅式：渗透吸⽔、吸胀吸⽔和代谢性吸⽔，以渗透吸⽔为主。
根系是植物吸⽔的主要器官，吸⽔的主要区域为根⽑区，吸⽔的⽅式有主动吸⽔和被动吸⽔，其吸⽔动⼒分别为根压和蒸腾拉⼒。
蒸腾拉⼒是植物主要的吸⽔动⼒。
⽔分在植物体内连续不断地运输是蒸腾拉⼒—内聚⼒克服⽔柱张⼒的结果。
植物主要通过叶⽚蒸腾散失⽔分，具有重要⽣理意义。
⽓孔蒸腾是植物叶⽚蒸腾的主要形式。
蒸腾速率与⽓孔的开闭关系很⼤。
⽓孔开闭可能是通过保卫细胞内K+的积累学说和苹果酸代谢来调节的。
许多外界因⼦能调节⽓孔开闭。
作物需⽔因作物种类不同⽽异，⼀般⽽论，植物的⽔分临界期是花粉母细胞四分体形成期，合理灌溉要综合考虑⼟壤含⽔量、作物形态指标及⽣理指标。
灌溉的⽣理指标能即使反映植物体内的⽔分状况，是较为科学的。
第⼀节⽔分在植物⽣命活动中的作⽤⼀、植物体内的含⽔量不同植物的含⽔量不同；同⼀种植物⽣长在不同的环境中含⽔量也有差异；在同⼀植株中不同器官和不同组织的含⽔量也不同。
⼆、⽔对植物的⽣理作⽤1、原⽣质的主要组分。
原⽣质⼀般含⽔量在70%～90%以上，这样才可使原⽣质保持溶胶状态，以保证各种⽣理⽣化过程的进⾏。
如果含⽔量减少，原⽣质由溶胶变成凝胶状态，细胞⽣命活动⼤⼤减缓（例如休眠种⼦）。
2、接参与植物体内重要的代谢过程。
在光合作⽤、呼吸作⽤、有机物质合成和分解的过程中均有⽔的参与。
3、多⽣化反应和物质吸收、运输的良好介质。
植物体内绝⼤多数⽣化过程都是在⽔介质中进⾏的。
⽔分⼦是极性分⼦，参与⽣化过程的反应物都溶于⽔，控制这些反应的酶类也是亲⽔性的。
各种物质在细胞内的合成、转化和运输分配，以及⽆机离⼦的吸收和运输在⽔介质中完成的。
4、使植物保持固有的姿态。
细胞含有⼤量的⽔分，维持细胞的紧张度，因⽽使植物枝叶挺⽴、花朵开放等。
植物生理学_孟庆伟_植物水分代谢(1,2节)
μj＝（
）P. T. ni
i≠j
式中μ为组分j的化学势，G是体系的自由能，P. T及ni分别是体系的压力、温度及其它组分的 摩尔数。
G n j
所以，体系中某组分化学势的高低直接反映了每摩尔该组分物质自由能的高低。
化学势与物质的运动 化学反应的方向和物质转移的方向取决于反应（转移）前后两种状态化学势的大小，它们 总是自发地从高化学势向低化学势移动。如：溶质总是从浓度高（化学势高）的地方向浓度 低（化学势低）的地方扩散。
用质壁分离现象解决下列几个问题： （1）说明生活细胞的原生质具有选择透性或具有半透膜的性质；
（2）鉴定细胞的死活。细胞死后，原生质层的结构被破坏，丧失了选择透性，渗透 系统不复存在，细胞不能再发生渗透作用，细胞也就不能再发生质壁分离。
（3）用来测定细胞的渗透势等。
（四）植物细胞的水势 典型的植物细胞水势由三部分组成:
在溶液中，溶质的颗粒降低了水的自由能，所以，在溶液中水的化学势小于零，为负 值。根据水势的定义公式可知，溶液的水势为负值。溶液越浓，水势越低。如海水的水势 为-2.5MPa，1mol蔗糖溶液的水势-2.7 MPa。
开放溶液中水势的计算 开放溶液中水势称为溶质势或渗透势（ψS），是由于水中溶质的存在而引起的水 势降低值。可用下式计算：
怎样证明？
用质壁分离现象证明。
图1－2 植物细胞质壁分离（plasmolysis）现象
1.正常细胞 2. 3. 质壁分离的细胞
植物细胞由于液泡失水，使原生质体向内收缩与细胞壁分离的现象称为质壁分离。
将已发生质壁分离的细胞置于水势较高的溶液或纯水中，则细胞外的水分向内渗透， 使液泡体积逐渐增大，使原生质层也向外扩张，又使原生质层与细胞壁相接合，恢复原来 的状态，这一现象称为质壁分离复原。
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（四）高内聚力和亲附力
由于水分子间有很强的内聚力可以使木质部导管的水柱 在受到很大张力的条件下不致于断裂，保证水分能运到 很高的植株顶部。
水分子间的亲和力还导致水有很高的表面张力。
一、水的理化性质（续）
（五）水是很好的溶剂
由于水分子的极性，它是电解质和极性分子如糖、 蛋白质和氨基酸等强有力的溶剂。
水分子在细胞壁和细胞膜表面形成水膜，保护分子 的结构。
此外：水是代谢反应的参与者（水解、光合等）。 水作为许多反应的介质和溶剂，同时由于水的惰性不 会轻易干扰其它代谢反应。
二、植物体内的含水量和水分存在的状态
水在植物体内的作用与组织的含水量和水分存在的 状态有关。
(一)植物的含水量
1.不同植物的含水量不同：一般绿色植物70%~90%， 草本>木本，水生>陆生。
第二节 植物细胞对水分的吸收与运转
植物细胞如何吸收水分？
水分移动的条件
压力差 怎样形成的？ 水势
能量 来源？
自由能
植物细胞吸水主要有两种形式：
渗透性吸水：形成液泡的细胞 吸胀性吸水：未形成液泡的细胞
一、植物细胞的渗透性吸水
（一）水势的概念 1.自由能、化学势与水势
与其它物质的运动一样，水分移动需要能
水的偏摩尔体积随不同含水体系而异，与纯水的摩尔体 积（VW =18.00cm3/mol）不同。但稀溶液中， V W 与VW 相 差很小，实际应用时，往往用VW代替 V W 。
溶液水势与浓度有关
纯水的自由能最大，化学势最高。
在溶液中，溶质的颗粒降低了水的自由能，
化学势小于零，为负值。 溶液越浓，水势越低。如海水的水势为
量作功，这种能量就是水的自由能。
水分在植物体内的移动，在很大程度上，是
因为各部位水分的自由能存在差异而引起
的。
化学势（chemical potential）
每摩尔物质的自由能就是该物质的化学势 （chemical potential），即：
μj＝（
G n j
）P. T. ni
i≠j
式中μ为组分j的化学势，G是体系的自由能，P. T及ni分别是体系的压力、温度及其它组分的摩 尔数。
2.不同器官、组织含水量不同：幼根、幼芽>树干，休 眠的种子含水量很低。
3.环境条件不同含水量不同：潮湿环境，阴生植物>干 燥，向阳环境中的植物。
4.年龄不同含水量有差异：幼年>老年。
（二）水分在植物体内的存在状态
1. 束缚水与自由水
蛋白质、高分子碳水化合物等能与水分子形成亲水胶体
束缚水（bound water）： 靠近胶粒并被紧密吸附而不易流动的水
第一章
植物的水分代谢
“水” 与生命息息相关的是
水是一切生命赖以生存的物质基础； 没有水就没有生命； “水是农业的命脉”； “有收无收在于水，收多收少在于肥”
水分代谢 （water metabolism）
三个过程
吸收 传导 散失
生命活动
水分代谢的作用是维持植物体内水分平衡
1
第一节
水在植物生命活动中的重要性
通常以自由水/束缚水的比值作为为衡量植物代谢 强弱和植物抗逆性大小的指标之一。
自由水/束缚水比值高, 植物代谢强度大; 自由水/束缚水比值低, 植物抗逆性强。
三、水对植物的生理生态作用
（一）生理作用 1.水是原生质的主要成分 2.水是许多代谢过程的反应物质 3.水是生化反应和植物对物质吸收运输的溶剂 4.水能使植物保持固有姿态 5.细胞分裂及伸长都需要水分 （二）生态作用 1. 水对可见光透性强 2.水可以调节环境和体温
μw =μw _μ0w
在植物生理学上，水势（water potential）是
将水的化学势除以水的偏摩尔体积，或者每偏摩尔 体积水的化学势。
水势
水势（数值）等于每偏摩尔体积水的化学势与纯水 的化学势差。 即：
ψW =
W
W
V的化学势，μºW是纯水 的化学势， 是V水W 的偏摩尔体积（partial molar volume）， 是指加入1摩尔水使体系的体积发生的变化。
-2.5MPa，1mol蔗糖溶液的水势 -2.7 MPa。
水势的计算
开放溶液中水势称为溶质势或渗透势
（ψS），是由于水中溶质的存在而引起的水 势降低值。可用下式计算：
ψS = -iCRT
式中：i为等渗系数，与溶质的解离度和一 个分子解离产生的离子数目有关。对于非电 解质为1。C为摩尔浓度，R为气体常数 ，T 为绝对温度。（iC为渗摩尔浓度）
分，叫做束缚水； 自由水（free water）：
距胶粒较远，能自由移动的水分叫自由水。
自由水、束缚水与代谢的关系：
自由水参与各种代谢活动，其数量的多少直接影响 植物代谢强度。
束缚水不参与代谢活动，束缚水含量越高，植物代 谢活动越弱，植物以微弱的代谢活动渡过不良的环境 条件。束缚水的含量与植物的抗逆性大小密切相关。
（二）高比热
因为需要很高的能量来破坏氢键，所以，水的比热 很高。由于植物体含有大量的水分，所以当环境温度 变化较大，植物体吸收或散失较多热能时，植物仍能 维持相当恒定的体温。
一、水的理化性质（续）
（三）高气化热
由于水分子之间的氢键造成的，破坏氢键需要很高的 能量。在炎热的夏天植物通过蒸腾作用散失水分，可 以降低体温。
衬质势
当水分子被亲水物质吸附时，自由能 降低，水势也成为负值。
由于亲水物质存在而引起的水势降低 值，称为衬质势ψm。
一、水的理化性质
水的很多性质都是由其分子结构决定的。 水分子性质：
1. 水分子有很强的极性. 2. 水分子之间通过氢键形成很强的内聚力. 3.水极容易与其它极性分子结合.
一、水的理化性质(续)
（一）在生理温度下是液体
由于水分子有很强的分子间力(氢键的作用), 所以, 虽 然分子很小(分子量18), 但在生理温度下是液体. 这对于 生命非常重要.
化学势与物质的运动
化学反应的方向和物质转移的方向取决于
反应（转移）前后两种状态化学势的大小，
它们总是自发地从高化学势向低化学势移动。
如：溶质总是从浓度高（化学势高）的地 方向浓度低（化学势低）的地方扩散。
水分的移动和其它物质一样也是从(水的) 化学势高的地方向低的地方移动。
水的化学势与水势
水的化学势是相对值 通常情况下，将纯水的化学势定义为零（最高），作 为参比，其它状态下水的化学势与纯水作比较，即：
由于水分子间有很强的内聚力可以使木质部导管的水柱 在受到很大张力的条件下不致于断裂，保证水分能运到 很高的植株顶部。
水分子间的亲和力还导致水有很高的表面张力。
一、水的理化性质（续）
（五）水是很好的溶剂
由于水分子的极性，它是电解质和极性分子如糖、 蛋白质和氨基酸等强有力的溶剂。
水分子在细胞壁和细胞膜表面形成水膜，保护分子 的结构。
此外：水是代谢反应的参与者（水解、光合等）。 水作为许多反应的介质和溶剂，同时由于水的惰性不 会轻易干扰其它代谢反应。
二、植物体内的含水量和水分存在的状态
水在植物体内的作用与组织的含水量和水分存在的 状态有关。
(一)植物的含水量
1.不同植物的含水量不同：一般绿色植物70%~90%， 草本>木本，水生>陆生。
第二节 植物细胞对水分的吸收与运转
植物细胞如何吸收水分？
水分移动的条件
压力差 怎样形成的？ 水势
能量 来源？
自由能
植物细胞吸水主要有两种形式：
渗透性吸水：形成液泡的细胞 吸胀性吸水：未形成液泡的细胞
一、植物细胞的渗透性吸水
（一）水势的概念 1.自由能、化学势与水势
与其它物质的运动一样，水分移动需要能
水的偏摩尔体积随不同含水体系而异，与纯水的摩尔体 积（VW =18.00cm3/mol）不同。但稀溶液中， V W 与VW 相 差很小，实际应用时，往往用VW代替 V W 。
溶液水势与浓度有关
纯水的自由能最大，化学势最高。
在溶液中，溶质的颗粒降低了水的自由能，
化学势小于零，为负值。 溶液越浓，水势越低。如海水的水势为
量作功，这种能量就是水的自由能。
水分在植物体内的移动，在很大程度上，是
因为各部位水分的自由能存在差异而引起
的。
化学势（chemical potential）
每摩尔物质的自由能就是该物质的化学势 （chemical potential），即：
μj＝（
G n j
）P. T. ni
i≠j
式中μ为组分j的化学势，G是体系的自由能，P. T及ni分别是体系的压力、温度及其它组分的摩 尔数。
2.不同器官、组织含水量不同：幼根、幼芽>树干，休 眠的种子含水量很低。
3.环境条件不同含水量不同：潮湿环境，阴生植物>干 燥，向阳环境中的植物。
4.年龄不同含水量有差异：幼年>老年。
（二）水分在植物体内的存在状态
1. 束缚水与自由水
蛋白质、高分子碳水化合物等能与水分子形成亲水胶体
束缚水（bound water）： 靠近胶粒并被紧密吸附而不易流动的水
第一章
植物的水分代谢
“水” 与生命息息相关的是
水是一切生命赖以生存的物质基础； 没有水就没有生命； “水是农业的命脉”； “有收无收在于水，收多收少在于肥”
水分代谢 （water metabolism）
三个过程
吸收 传导 散失
生命活动
水分代谢的作用是维持植物体内水分平衡
1
第一节
水在植物生命活动中的重要性
通常以自由水/束缚水的比值作为为衡量植物代谢 强弱和植物抗逆性大小的指标之一。
自由水/束缚水比值高, 植物代谢强度大; 自由水/束缚水比值低, 植物抗逆性强。
三、水对植物的生理生态作用
（一）生理作用 1.水是原生质的主要成分 2.水是许多代谢过程的反应物质 3.水是生化反应和植物对物质吸收运输的溶剂 4.水能使植物保持固有姿态 5.细胞分裂及伸长都需要水分 （二）生态作用 1. 水对可见光透性强 2.水可以调节环境和体温
μw =μw _μ0w
在植物生理学上，水势（water potential）是
将水的化学势除以水的偏摩尔体积，或者每偏摩尔 体积水的化学势。
水势
水势（数值）等于每偏摩尔体积水的化学势与纯水 的化学势差。 即：
ψW =
W
W
V的化学势，μºW是纯水 的化学势， 是V水W 的偏摩尔体积（partial molar volume）， 是指加入1摩尔水使体系的体积发生的变化。
-2.5MPa，1mol蔗糖溶液的水势 -2.7 MPa。
水势的计算
开放溶液中水势称为溶质势或渗透势
（ψS），是由于水中溶质的存在而引起的水 势降低值。可用下式计算：
ψS = -iCRT
式中：i为等渗系数，与溶质的解离度和一 个分子解离产生的离子数目有关。对于非电 解质为1。C为摩尔浓度，R为气体常数 ，T 为绝对温度。（iC为渗摩尔浓度）
分，叫做束缚水； 自由水（free water）：
距胶粒较远，能自由移动的水分叫自由水。
自由水、束缚水与代谢的关系：
自由水参与各种代谢活动，其数量的多少直接影响 植物代谢强度。
束缚水不参与代谢活动，束缚水含量越高，植物代 谢活动越弱，植物以微弱的代谢活动渡过不良的环境 条件。束缚水的含量与植物的抗逆性大小密切相关。
（二）高比热
因为需要很高的能量来破坏氢键，所以，水的比热 很高。由于植物体含有大量的水分，所以当环境温度 变化较大，植物体吸收或散失较多热能时，植物仍能 维持相当恒定的体温。
一、水的理化性质（续）
（三）高气化热
由于水分子之间的氢键造成的，破坏氢键需要很高的 能量。在炎热的夏天植物通过蒸腾作用散失水分，可 以降低体温。
衬质势
当水分子被亲水物质吸附时，自由能 降低，水势也成为负值。
由于亲水物质存在而引起的水势降低 值，称为衬质势ψm。
一、水的理化性质
水的很多性质都是由其分子结构决定的。 水分子性质：
1. 水分子有很强的极性. 2. 水分子之间通过氢键形成很强的内聚力. 3.水极容易与其它极性分子结合.
一、水的理化性质(续)
（一）在生理温度下是液体
由于水分子有很强的分子间力(氢键的作用), 所以, 虽 然分子很小(分子量18), 但在生理温度下是液体. 这对于 生命非常重要.
化学势与物质的运动
化学反应的方向和物质转移的方向取决于
反应（转移）前后两种状态化学势的大小，
它们总是自发地从高化学势向低化学势移动。
如：溶质总是从浓度高（化学势高）的地 方向浓度低（化学势低）的地方扩散。
水分的移动和其它物质一样也是从(水的) 化学势高的地方向低的地方移动。
水的化学势与水势
水的化学势是相对值 通常情况下，将纯水的化学势定义为零（最高），作 为参比，其它状态下水的化学势与纯水作比较，即：