1植物的水分代谢gai

第一章 植物的水分生理
3）在同一植物中，不同器官和不同组织 的含水量的差异也甚大。
第一章 植物的水分生理
二. 植物体内水分存在的状态
1）束缚水（bound water） ： 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。
第一章 植物的水分生理
2）自由水（free water）：距离胶粒较 远而可以自由流动的水分，称为自由水。 自由水参与各种代谢作用，自由水 含量的百分比越大，植物的代谢活动越 旺盛。 束缚水不参与代谢作用，但束缚水 含量与植物的抗性密切相关。
Ψp 压力势(pressure potential): 压力势是指细胞的原生质体吸水膨胀，
对细胞壁产生一种作用力，于是引起富有弹性 的细胞壁产生一种限制原生质体膨胀的反作用 力，往往是正值。 Ψg重力势（gravity potential）
重力势是水分因重力下移与相反力量相 等时的力量。重力势依赖参与状态下水的高度、 水的密度和重力加速度。 Ψm 衬质势（matric potential):
教学目的
通过本章的学习掌握植物对水分 的吸收、水分在植物体内的运输、分配 和排出过程，植物生产中如何合理用水。 认识水分在植物生命活动中的意义。
第一章 植物的水分生理
主要内容
1 植物对水分的需要 2 植物细胞对水分的吸收 3 根系吸水和水分向上运输 4 蒸腾作用 5 合理灌溉的生理基础
第一章 植物的水分生理
吐水现象
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理
2、蒸腾拉力 （transpiration）
叶片蒸腾时，气孔下腔附近的叶 肉细胞因蒸腾失水而水势下降，所以从 旁边细胞取得水分。同理，旁边细胞又 从另外一个细胞取得水分，如此下去， 便从导管要水，最后根部就从环境吸收 水分。
第一章 植物的水分生理
（二）渗透现象 水分从水势高的系统通过半透膜
（semipermeable membrane）向水势低 的系统移动的现象，就称为渗透作用 （Osmosis）
第一章 植物的水分生理
（三）植物细胞可以构成一个渗透系统 质壁分离（plasmolysis）
第一章 植物的水分生理
质壁分离复原（deplasmolysis）
水势＝水的化学势/水的偏摩尔体积＝ N·m·mol－1/m3mol－1=N·m－2=Pa
纯水的自由能最大，水势也最高。 纯水的水势定为零
第一章 植物的水分生理
水分移动需要能量，因此，水分一定 是从高水势区域顺着能量梯度（energy gradient）流到低水势区域，也就是说， 水分是由水势高处流到水势低处。
相同分子之间有相互吸引的力量，称 为内聚力（cohesive force）。水分子的 内聚力很大。叶片蒸腾失水后，便从下部 吸水，所以水柱一端总是受到拉力；与此 同时，水柱本身的重量又使水柱下降，这 样上拉下堕使水柱产生张力（tension）。 水柱张力大小和吸水与蒸腾之间的差额有 关，越缺水，张力越大。水分子内聚力比 水柱张力大，故可使水柱不断。
ψw = ––––––––––– = –––––––
Vw
Vw
• 关于水势：
• 1、摩尔体积和偏摩尔体积
• 2、为何水势规定为偏摩尔体积水的化学势 差
•
slatyer and Taylor (1960) 摩
尔水势
•
Kramer等1966将摩尔水势除以
偏摩尔体积，得到体积水势
第一章 植物的水分生理
化学势是能量的概念，其单位为 J/mol(J=N·m)，而偏摩尔体积的单 位为m3/mol，两者相除并化简，得 N/m2，成为压力单位Pa，这样就把能 量为单位的化学势化为压力为单位的水 势。
植物长大后，茎枝形成木栓，这时茎枝上 的皮孔可以蒸腾，这种通过皮孔的蒸腾称为皮孔 蒸腾(lenticular transpiration)。
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理
（四）细胞的水势 细胞的吸水情况决定于细胞的水势，典型
细胞的水势由四部分组成： Ψw =Ψs+Ψp+Ψg+Ψm
Ψs渗透势(solute potential): 渗透势是由于溶质颗粒的存在，降低了
水的自由能，因而其水势低于纯水的水势。
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、水分跨膜运输的途径 植物细胞吸水主要有3种方式: 扩散（diffusion） 集流（mass flow） 渗透作用（osmosis） 渗透作用是扩散和集流两种方式的组合, 在细胞吸水中占主要地位。
第一章 植物的水分生理
（一）扩散 扩散是单个水分子通过膜脂双分子层的 间隙扩散入细胞内，速度较慢。
植物的水分生理包括3个过程： 1 水分的吸收 2 水分在植物体内的运输 3 水分的排出
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理
第一节 植物对水分的需要
一. 植物的含水量 1）不同植物的含水量有很大的不同。
第一章 植物的水分生理
2）同一种植物生长在不同环境中，含水 量也有差异。
荫蔽、潮湿环境 向阳、干燥环境
第一章 植物的水分生理
衡量水分反应或转移能量的高低，可用 水势表示。
水势（water potential）
指每偏摩尔体积水的化学势差。也就是， 水溶液的化学势(μw)与同温、同压、同一 系 （统 △μ中w的）纯，水除的以化水学的势偏（摩μ尔w体0）积之（差Vw）所 得的商，称为水势。
μw-μw0
△μw
第一章 植物的水分生理
下列现象表明根压的存在：
伤流（bleeding） ：从受伤或折断的植 物组织溢出液体的现象， 叫做伤流 （bleeding）。流出的汁液是伤流液 （bleeding sap）。
吐水（guttation）:从未受伤的叶片尖 端或叶片边缘向外溢出液滴的现象。
第一章 植物的水分生理
第一篇 水分和矿质营养
本篇内容包括两章：
第一章：植物的水分生理 第二章：植物的矿质营养
水分和矿质部分介绍植物如何 从土壤中获得营养，加以同化利用， 属于土壤营养，对农业生产十分重 要。
第一章 植物的水分生理
Chapter 1 Water Physiology of Plant
第一章 植物的水分生理
生质体的长形死细胞，细胞和细胞之间 都有孔，特别是导管细胞的横壁几乎消 失殆尽，对水分运输的阻力很小，适于 长距离的运输。 • 经过活细胞 水分由叶脉到气孔下腔附 近的叶肉细胞，都是经过活细胞。
第一章 植物的水分生理
（一）水分在木质部运输的速度 • 活细胞原生质体对水流移动的阻力很大； • 水分在木质部中运输的速度比在薄壁细胞
一 .蒸腾作用的生理意义、部位和指标
（一）蒸腾作用的生理意义 1）蒸腾作用是植物水分吸收和运输的主
要动力； 2）矿质盐类要溶于水中才能被植物吸收
和在体内运转，而蒸腾作用又是对水分 吸收和流动的动力； 3）蒸腾作用能够降低叶片的温度。
第一章 植物的水分生理
（二）蒸腾作用的部位
当植物幼小的时候，暴露在地面上的全部 表面都能蒸腾。
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理
一、土壤中的水分
按物理状态来分，土壤中的水分可以分为3种： 重力水、毛细管水和束缚水。
第一章 植物的水分生理
二、根系吸水
•植物可通过叶片和根系吸水。根系是陆生植 物吸水的主要器官。
•根的吸水主要在根尖进行。在根尖中，根毛 区的吸水能力最大，根冠、分生区和伸长区 较小。
第一章 植物的水分生理
土壤—植物—大气 连续体系中的水势
第一章 植物的水分生理
第三节 根系吸水和水分向上运输
水分在植物体内的传输途径可分为两个紧密相 连的步骤：
• 径向传输（radial transport）：指水分 从土壤溶液中传输至木质部导管的过程，即 根系吸水。
• 轴向传输（axial transport ）：指水分 在木质部导管向上运输至植物顶部的过程， 即水分向上运输。
共质体途径（symplast pathway ）是指水 分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝， 移动到另一个细胞的细胞质，如此移动 下去，移动速度较慢。
共质体途径和跨膜途径统称为细胞途径。
这3条途径共同作用，使根部吸收水分。
第一章 植物的水分生理
内皮层细胞壁上的凯氏带（casparian strip），环绕在内皮层径向壁和横向壁上， 木栓化和木质化，而细胞质牢牢地附在凯 氏带上，所以水分只能通过内皮层的原生 质体。
第一章 植物的水分生理
二、水分跨膜运输的原理 （一）自由能和水势
根据热力学原理，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 化为用于做功的能量，而自由能是在温度恒定 的条件下用于做功的能量。1mol物质的自由 能就是该物质的化学势（chemical potential），可衡量物质反应或转移所用的 能量。
第一章 植物的水分生理
3）细胞质亲水胶体由于自由水含量的不 同而呈两种不同的状态：
溶胶状态：水含量较多，大多数情况下细 胞质呈溶胶状态；
凝胶状态：含水量较少，休眠种子的细胞 质呈凝胶状态。
第一章 植物的水分生理
三. 水分在植物生命活动中的作用
• 水分是细胞质的主要成分 • 水分是代谢作用过程的反应物质 • 水分是植物对物质吸收和运输的溶剂 • 水分能保持植物的固有姿态
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理 （二）根系吸水的动力 根系吸水有两种动力：根压和蒸腾拉力，后 者较为重要。 1、根压 （root pressure）: 由于水势梯度引起 水分进入中柱后产生的压力。 是植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力。 根压把根部的水分压到地上部，土壤中的水 分便不断补充到根部，这就形成根系吸水过程， 这是由根部形成力量引起的主动吸水。
第一章 植物的水分生理
第四节 蒸腾作用
水分从植物体中散失的方式有两种： 1)以液体状态散失到体外，即吐水现象； 2)以气体状态散逸到体外，便是蒸腾作用，这
是主要的方式。
蒸腾作用(transpiration) 是指水分以气体状态，通过植物体的
表面(主要是叶子)，从体内散失到体外的现 象。
第一章 植物的水分生理
•为什么在移栽植物幼苗时应尽量避免损伤细 根？
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理
（一）根系吸水的途径
根系吸水的途径有3条： 质外体途径（apoplast pathway）
是指水分通过细胞壁细胞间隙等没 有原生质的部分移动，这种移动方式速 度快。
第一章Biblioteka Baidu植物的水分生理
跨膜途径（transmembrane pathway） 指 水分从一个细胞移动到另一个细胞，要 两次经过质膜。
细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水 束缚而引起水势降低的值，以负值表示。
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理
三、细胞间的水分移动
1）相邻两细胞的水分移动方向，决定于细 胞之间的水势差异，水势高的细胞中的 水分向水势低的细胞流动。
2）当有多个细胞连在一起的时候，如果一 端的细胞水势较高，另一端的水势较低， 顺次下降，就形成一个水势梯度 （water potential gradient），水 分便从水势高的一端流向水势低的一端。 植物器官之间水分流动方向就是依据这 个规律。
中快得多，为3-45 m/h。
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理
（二）水分沿导管或管胞上升的动力 水分沿导管或管胞上升的动力有2种: ✓下部的根压 ✓上部的蒸腾拉力
第一章 植物的水分生理
蒸腾—内聚力—张力学说（transpirationcohesion-tension theory）
第一章 植物的水分生理
（二）集流
集流是指液体中成群的原子或分子在压 力梯度下共同移动。
植物的水分集流是通过膜上的水孔蛋白 （aquaporin）形成的水通道实施的。
第一章 植物的水分生理
• 水孔蛋白是一类具有选择性、高效运转 水分的膜通道蛋白。
• 水孔蛋白的活性受磷脂化和去磷脂化作 用调节
（三）渗透作用
这种吸水完全是蒸腾失水而产生的 蒸腾拉力所起的，是由枝叶形成的力量 传到根部而引起的被动吸水。
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理
（三）影响根系吸水的土壤条件
1、 土壤中可用水分 2、 土壤通气状况 3、 土壤温度 4、 土壤溶液浓度
第一章 植物的水分生理
三、水分向上运输
水分在茎、叶细胞内的运输有2种途径： • 经过死细胞 导管和管胞都是中空无原