四川农业大学植物生理学课件第1章
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0.3～0.5MPa，晚上则达1.5MPa。 ➢在特殊情况下，压力势也可为等于零或负值。
例如初始质壁分离时，细胞的压力势为零； 剧烈蒸腾时，细胞壁出现负压，细胞的压力势呈负值。
Ψg ：重力势（gravity otential)
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 度和重力加速度而定，当水高1m时重力势 是0.01MPa。
洋葱上表皮细胞的质壁分离
刚开始发生质壁分离
明显发生质壁分离
1.细胞水势的组分
细胞的水势公式： ψw＝ψπ＋ ψp ＋ψg 细胞的溶质势（solute potential 渗透势）
植物细胞中含有大量溶质：无机离子、糖类、有机 酸、色素、悬浮在细胞液中的蛋白质、核酸等高分 子物质也可视为溶质。 ➢一般陆生植物叶片细胞的溶质势是-2～-1MPa， 旱生植物叶片细胞的溶质势可以低到-10 MPa。 ➢干旱时，细胞液浓度高，溶质势较低。
-溶液中的溶剂分子(水)通过半透膜而移动 的现象。
（一）自由能、化学势、水势的基本概念
1.自由能 (free energy，G)
在等温、等压条件下,能够做最大有用功的那部 分能量。 2.化学势(chemical potential，μ)
在等温、等压下，1mol的组分（物质）所具有 的自由能。
❖ 3. 水的化学势和水势
细胞的压力势 (press potential)
原生质体、液泡 吸水膨胀，对细胞 壁产生的压力称为 膨压(turgor pressure)。 细胞壁在受到膨压 作用的同时会产生 一种与膨压大小相 等、方向相反的壁 压，即压力势。
➢压力势一般为正值，它提高了细胞的水势。 ➢草本植物叶肉细胞的压力势，在温暖天气的午后为
第一章 植物的水分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理
第一节 植物对水分的需要
一、植物的含水量
一般植物组织含水量占鲜重的75％～90％
二、植物体内水分的存在状态
细胞中的水可分为二类
束缚水(bound water)－-与细胞组分紧密 结合不能自由移动、 不易蒸发散失的水。
自由水(free water)－－与细胞组分之间 吸附力较弱，可以自由移动的水。
渗透吸水
低渗溶液:细胞置于纯水或稀溶液中，外液水势高于细 胞水势，外侧水分向细胞内渗透，细胞吸水，体积变 大 等渗溶液:外液水势等于细胞水势，水分进出平衡，细 胞体积不变 高渗溶液:将植物置于浓溶液中，外液水势低于细胞水 势，水从细胞内向外渗透，细胞失水，体积变小
吸胀吸水- 依赖于低的ψm而引起的吸水。
两者比值
自由水 高 束缚水 低
原生质 溶胶 凝胶
代谢 旺盛 活性低
生长 快 迟缓
抗逆性 弱 强
三、水分在植物生命活动中的作用
1.水分是细胞质的主要成分
溶胶
凝胶作用 溶胶作用
凝胶
2.水分是代谢过程的反应物质 3.水分是各种生理生化反应和运输物质的
介质 4.水分能使植物保持固有的姿态
➢ 生理需水--满足植物生理活动所需要的 水分
细胞的衬质势（matrix petential ψm
➢ 是细胞胶体物质的亲水性和毛细管对自由 水的束缚(吸引）而引起的水势降低值，称 为衬质势。
➢ 衬质势一般呈负值。 ➢ 对于无液泡的分生组织和干燥种子来说，
ψm是细胞水势的主要组分，其 ψw＝ψm
含有液泡成熟细胞的水势： 由于细胞质水势组分较为复杂，各细胞器中 水势又难以直接测定，而液泡的水势相对较 易测定，因此，细胞水势通常用液泡的水势 来代替。由于具有液泡的细胞含水量很高， 衬质势趋于0，可忽略不计。
况下，混合体系中1mol该物质所占的有效体积。
单位：水势=水的化学势/水的偏摩尔体积
=J • mol-1/m3 • mol-1 =N • m • mol-1/m 3• mol-1 =N • m-2 =Pa
纯水 Ψow=零
零值并不是没有水势，就好比定海平面为海拔高度 为0一样，作为一个参比值。
溶液：
➢溶液的水势为负值,浓度越大，水势越低
❖ 水的化学势（μw）：当温度、压力及物质数量 （水以外）一定时，体系中1mol的水的自由能。
❖ 水势（water potential):
❖ 每偏摩尔体积的水在体系中的化学势与纯水
在相同温度、压力下的化学势之间的差。
Ψw =
μw-μow
Vw,m
=
△μw Vw,m
偏摩尔体积：在恒温、恒压、其他组分浓度不变情
➢生态需水--利用水的理化特性,调节植物 周围的环境所需要的水分
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、扩散(diffusion) 物质分子从高浓度(高化 学势)区域向低浓度(低化 学势)区域转移，直到均 匀分布的现象。
扩散速度与物质的浓 度梯度成正比。
扩散适合水分的短距 离移动
水的蒸发、叶片的蒸腾作用都是水分子扩散现象。
➢ 含有液泡细胞水势公式可用下式表示： ψw＝ ψ液泡＝ ψπ ＋ ψp
细胞的吸水形式
植物细胞的水势主要由ψs、ψm和ψp组成， 其中某一组分的变化都会改变细胞水势值及其 与周围环境水势的差值，从而影响细胞吸水能 力。据此，将植物细胞吸水方式分为以下三种： ➢1.渗透吸水(osmotic absorption of water) ➢2.吸胀吸水(imbibing absorption of water) ➢3.降压吸水(negative pressure absorption of water)
二、集流(mass flow)
液体中成群的原子或分子在压力梯度 作用下共同移动的现象。
水通道蛋白
生物膜上具有通透水 分功能的内在蛋白， 亦称水孔蛋白 (aquaporin)
质膜内在蛋白
液泡膜内在蛋白
6个跨膜螺旋与两个保留的NPA（AsnPro-Ala）残基的水孔蛋白的结构
三、渗透作用(osmosis)
（二）渗透作用
水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现 象
由渗透作用引起的 水分运转
a.烧杯中的纯水和 漏斗内液面相平； b.由于渗透作用使 烧杯内水面降低而
漏斗内液面升高
（通过渗透计可测 定渗透势、溶质势）
（三）植物细胞可以构成一个渗透系统
原生质层：包括 质膜、细胞质 和液泡膜看成 一个半透膜 液泡内的细胞 液含许多溶解 在水中的物质， 具有水势。
例如初始质壁分离时，细胞的压力势为零； 剧烈蒸腾时，细胞壁出现负压，细胞的压力势呈负值。
Ψg ：重力势（gravity otential)
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 度和重力加速度而定，当水高1m时重力势 是0.01MPa。
洋葱上表皮细胞的质壁分离
刚开始发生质壁分离
明显发生质壁分离
1.细胞水势的组分
细胞的水势公式： ψw＝ψπ＋ ψp ＋ψg 细胞的溶质势（solute potential 渗透势）
植物细胞中含有大量溶质：无机离子、糖类、有机 酸、色素、悬浮在细胞液中的蛋白质、核酸等高分 子物质也可视为溶质。 ➢一般陆生植物叶片细胞的溶质势是-2～-1MPa， 旱生植物叶片细胞的溶质势可以低到-10 MPa。 ➢干旱时，细胞液浓度高，溶质势较低。
-溶液中的溶剂分子(水)通过半透膜而移动 的现象。
（一）自由能、化学势、水势的基本概念
1.自由能 (free energy，G)
在等温、等压条件下,能够做最大有用功的那部 分能量。 2.化学势(chemical potential，μ)
在等温、等压下，1mol的组分（物质）所具有 的自由能。
❖ 3. 水的化学势和水势
细胞的压力势 (press potential)
原生质体、液泡 吸水膨胀，对细胞 壁产生的压力称为 膨压(turgor pressure)。 细胞壁在受到膨压 作用的同时会产生 一种与膨压大小相 等、方向相反的壁 压，即压力势。
➢压力势一般为正值，它提高了细胞的水势。 ➢草本植物叶肉细胞的压力势，在温暖天气的午后为
第一章 植物的水分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理
第一节 植物对水分的需要
一、植物的含水量
一般植物组织含水量占鲜重的75％～90％
二、植物体内水分的存在状态
细胞中的水可分为二类
束缚水(bound water)－-与细胞组分紧密 结合不能自由移动、 不易蒸发散失的水。
自由水(free water)－－与细胞组分之间 吸附力较弱，可以自由移动的水。
渗透吸水
低渗溶液:细胞置于纯水或稀溶液中，外液水势高于细 胞水势，外侧水分向细胞内渗透，细胞吸水，体积变 大 等渗溶液:外液水势等于细胞水势，水分进出平衡，细 胞体积不变 高渗溶液:将植物置于浓溶液中，外液水势低于细胞水 势，水从细胞内向外渗透，细胞失水，体积变小
吸胀吸水- 依赖于低的ψm而引起的吸水。
两者比值
自由水 高 束缚水 低
原生质 溶胶 凝胶
代谢 旺盛 活性低
生长 快 迟缓
抗逆性 弱 强
三、水分在植物生命活动中的作用
1.水分是细胞质的主要成分
溶胶
凝胶作用 溶胶作用
凝胶
2.水分是代谢过程的反应物质 3.水分是各种生理生化反应和运输物质的
介质 4.水分能使植物保持固有的姿态
➢ 生理需水--满足植物生理活动所需要的 水分
细胞的衬质势（matrix petential ψm
➢ 是细胞胶体物质的亲水性和毛细管对自由 水的束缚(吸引）而引起的水势降低值，称 为衬质势。
➢ 衬质势一般呈负值。 ➢ 对于无液泡的分生组织和干燥种子来说，
ψm是细胞水势的主要组分，其 ψw＝ψm
含有液泡成熟细胞的水势： 由于细胞质水势组分较为复杂，各细胞器中 水势又难以直接测定，而液泡的水势相对较 易测定，因此，细胞水势通常用液泡的水势 来代替。由于具有液泡的细胞含水量很高， 衬质势趋于0，可忽略不计。
况下，混合体系中1mol该物质所占的有效体积。
单位：水势=水的化学势/水的偏摩尔体积
=J • mol-1/m3 • mol-1 =N • m • mol-1/m 3• mol-1 =N • m-2 =Pa
纯水 Ψow=零
零值并不是没有水势，就好比定海平面为海拔高度 为0一样，作为一个参比值。
溶液：
➢溶液的水势为负值,浓度越大，水势越低
❖ 水的化学势（μw）：当温度、压力及物质数量 （水以外）一定时，体系中1mol的水的自由能。
❖ 水势（water potential):
❖ 每偏摩尔体积的水在体系中的化学势与纯水
在相同温度、压力下的化学势之间的差。
Ψw =
μw-μow
Vw,m
=
△μw Vw,m
偏摩尔体积：在恒温、恒压、其他组分浓度不变情
➢生态需水--利用水的理化特性,调节植物 周围的环境所需要的水分
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、扩散(diffusion) 物质分子从高浓度(高化 学势)区域向低浓度(低化 学势)区域转移，直到均 匀分布的现象。
扩散速度与物质的浓 度梯度成正比。
扩散适合水分的短距 离移动
水的蒸发、叶片的蒸腾作用都是水分子扩散现象。
➢ 含有液泡细胞水势公式可用下式表示： ψw＝ ψ液泡＝ ψπ ＋ ψp
细胞的吸水形式
植物细胞的水势主要由ψs、ψm和ψp组成， 其中某一组分的变化都会改变细胞水势值及其 与周围环境水势的差值，从而影响细胞吸水能 力。据此，将植物细胞吸水方式分为以下三种： ➢1.渗透吸水(osmotic absorption of water) ➢2.吸胀吸水(imbibing absorption of water) ➢3.降压吸水(negative pressure absorption of water)
二、集流(mass flow)
液体中成群的原子或分子在压力梯度 作用下共同移动的现象。
水通道蛋白
生物膜上具有通透水 分功能的内在蛋白， 亦称水孔蛋白 (aquaporin)
质膜内在蛋白
液泡膜内在蛋白
6个跨膜螺旋与两个保留的NPA（AsnPro-Ala）残基的水孔蛋白的结构
三、渗透作用(osmosis)
（二）渗透作用
水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现 象
由渗透作用引起的 水分运转
a.烧杯中的纯水和 漏斗内液面相平； b.由于渗透作用使 烧杯内水面降低而
漏斗内液面升高
（通过渗透计可测 定渗透势、溶质势）
（三）植物细胞可以构成一个渗透系统
原生质层：包括 质膜、细胞质 和液泡膜看成 一个半透膜 液泡内的细胞 液含许多溶解 在水中的物质， 具有水势。