植物的水分代谢的作用综述

植物的水分代谢的作用综述

[摘要]水对于植物的重要性，就像食物对于人类一样。研究水分的代谢运输具有重要的作用，尤其是对合理灌溉，科学用水。在此，我们对它的作用进行综述。

[关键词]渗透作用；蒸腾作用；根压

Summary of plants’ function in water metabolism

He Jing

College of innovative experiment, Northwest A&F University, Yang ling, Shanxi 712100

Abstract: The importance of water for plants just like food for humans being. The research moisture content's metabolism transportation has the vital role.

Key words: reasonable irrigation transpiration pressure of root

水分运输的具体途径是：土壤→根毛→皮层→内皮层→中柱鞘→导管或管胞→茎导管→叶柄导管→叶脉导管→叶肉细胞→叶细胞间隙→气孔下腔→气孔→大气。这些过程可以按吸收，散失两个方面划分。

1.植物水分的吸收

1.1植物细胞对水分的吸收

细胞吸水的方式有三种，即吸胀作用、渗透作用和降压作用[1-2]。

1.1.1吸胀作用

它没有液泡的植物细胞吸收水分的方式，如生长点的细胞、干种子细胞等，原理是细胞中有大量亲水性物质，这些亲水性能够从外界吸收大量的水分，活细胞、死细胞都能通过吸胀作用吸收水分。

吸胀作用（imbibitions）亲水凝胶吸附水分子，并使其膨胀的过程。为非生命的物理过程。植物组织中含有很多这类物质如纤维素、果胶物质、淀粉和蛋白质等，它们具有很强的亲水性，在未被水饱和时，就潜伏着很强的吸水能力。最明显的例子是风干种子，因为其内贮存着大量蛋白质或淀粉。蛋白质与水结合的趋势大于淀粉，因此，豆类种子吸胀作用极为明显。吸胀物体由于吸附水分子而膨胀，其压力是很大的，如将干种子塞满岩石裂缝，借其吸水产生的吸胀压力能使岩石破裂。

1.1.2渗透作用

渗透作用是具有液泡的成熟的植物细胞吸收水分的方式。

原理是[3-4]：原生质层具有选择透过性，原生质层内外的溶液存在着浓度差，水分子就可以从溶液浓度低的一侧通过原生质层扩散到溶液浓度高的一侧。溶液渗透压的高低与溶液中溶质分子的物质的量的多少有关，溶液中溶质分子物质的量越多，渗透压越高，反之则越低。在比较两种溶液渗透压高低时以两种溶液中的溶质分子的物质的量为标准进行比较。如果溶质分子相同，也可以质量分数比较。能够通过渗透作用吸水的细胞一定是一个活细胞。一个成熟的植物细胞是一个渗透系统。验证通过渗透作用吸水或失水的最佳实例是质壁分离和质壁分离复原的实验。一次施肥过多引起“烧苗”，是由于土壤溶液的浓度突然增高，导致植物的根细胞吸水发生困难或不能吸水所至。盐碱地里大多数农作物不能正常生长的原因之一也是土壤溶液浓度过高造成的。淹制的鱼、肉等不易变质，是由于高浓度的盐溶液使细胞等微生物失水死亡之故。

细胞的渗透吸水取决于水势。水势可以这样理解[4]：纯水的水势最高，定为零值，则其他溶液的水势就成负值，溶液越浓，水势越低，水势总是从水势高的系统通过半透膜向水势

低的系统移动。成熟的植物细胞是一个渗透系统，细胞的水势表示为：

水势＝渗透势＋压力势＋衬质势[5]

当细胞处于不同浓度的溶液中时，在细胞内外就会有水势差，从而发生渗透作用。可以用“植物细胞的质壁分离和复原”实验来证明植物细胞的渗透作用。

1.1.3降压吸水

降压吸水是指由于压力势降低而引发的细胞吸水。如蒸腾旺盛时，木质部导管和叶肉细胞的细胞壁都因失水而收缩，使压力势降低，从而引起这些细胞水势下降而吸水。

1.2 植物根系对水分的吸收

根系吸水有两种动力：（l）根压（2）蒸腾拉力。影响根系吸水的外界条件有土壤中可用水分、土壤通气状况、土壤温度、土壤溶液浓度等[。

1.2.1根压

根压指的是植物通过消耗能量，通过主动吸收离子，水分随浓度差往上沿木质部运动的生理过程。即根系的生理活动使液流从根部上升的动力。从土壤到根内通常存在一个由高到低的水势梯度。使水分由土壤溶液进入根的表皮、皮层，进而到达木质部导管。此外水分还可以通过成熟区表皮细胞壁以及根内层层细胞之间的间隙向里渗入，最终也达到导管。根压一般较低，大多数植物的根压不超过1.01×10^5～2.02×10^5Pa，某些木本植物和葡萄的根压则更大一些。在正常情况下，根压对植物所起的作用是有限的，在春季叶片未展开时，蒸腾作用很弱的植株，主动吸水所形成的根压才成为主要吸水动力。一切影响植物根系生理活动的因素都会影响植物根系根压作用的吸水。水和溶解其中的离子通过外质体(Apoplast)到达根的内皮层(Endodermis)，为内皮层细胞间的凯氏带所阻，不能自由扩散到内面。内皮细胞上载体蛋白选择性地运载离子。离子于是从质外体途径进入到共质体途径。此过程离子是逆浓度运输，植物需要消耗A TP以完成这一过程。离子运动的结果，造成内皮层离子浓度高于外面。水分自然会随着浓度梯度往中柱流动，进入木质部，被往上引导到植物的其他器官。

1.2.2蒸腾拉力

蒸腾作用是水分从活的植物体表面（主要是叶子）以水蒸汽状态散失到大气中的过程，是与物理学的蒸发过程不同，蒸腾作用不仅受外界环境条件的影响，而且还受植物本身的调节和控制，因此它是一种复杂的生理过程。

植物幼小时，暴露在空气中的全部表面都能蒸腾。是通过角质层的蒸腾，叫做角质蒸腾；二是通过气孔的蒸腾，叫做气孔蒸腾，气孔蒸腾是植物蒸腾作用的最主要方式。蒸腾作用的生理意义：它是植物吸收和运输水分的主要动力，可加速无机盐向地上部分运输的速度，可降低植物体的温度，使叶子在强光下进行光合作用而不致受害。植物蒸腾丢失的水量是很大的。据估计1株玉米从出苗到收获需消耗四、五百斤水。自养的绿色植物在进行光合作用过程中，必须和周围环境发生气体交换。因此，植物体内的水分就不可避免地要顺着水势梯度丢失，这是植物适应陆地生活的必然结果。适当地抑制蒸腾作用，不仅可减少水分消耗，而且对植物生长也有利。在高湿度条件下，植物生长比较茂盛。蔬菜等作物生产中，采用喷灌可提高空气湿度，减少蒸腾，比一般土壤灌溉可增产。蒸腾作用的过程如下:土壤中的水分根毛→根内导管→茎内导管→叶内导管→气孔→大气。

2．植物水分的散失

水分以气体状态从植物体表面（主要是叶）散失到体外的现象叫做蒸腾作用。蒸腾作用对植物体有重要生理意义。蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的主要动力，蒸腾作用能促进矿质养料在体内的运输，蒸腾作用能降低叶片的温度。植物成长以后，蒸腾作用主要通过叶面进行。叶面蒸腾分为角质蒸腾和气孔蒸腾，后者是最主要形式。外界条件影响蒸腾作用的