植物水分生理

伤流和吐水现象是由根压所引起的
根压产生的机理
主要有 2 种解释。 ① 渗透理论 根部导管四周的活细胞由于 新陈代谢，不断向导管分泌无机盐和有机 物，导管的水势下降，而附近活细胞的水 势较高，所以水分不断流入导管。 ② 代谢理论 认为呼吸释放的能量参与 根系的吸水过程。
水势梯度
水势梯度
2.被动吸水的机理－－蒸腾拉力 由于蒸腾作用产生的一系列水势 梯度差牵引水分上升的力量。
机理:水势梯度差、渗透作用
四、根系吸水的途径
质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙 等没有原生质的部分移动，移动速度快。 共质体途径：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。移动速度较慢。 内皮层细胞壁上的凯氏带 水分只能通过内皮层的原生质体。即进 入共质体
根部吸水的途径
第二节 植物细胞对水分的吸收
2) 压力势：由于压力的存在而使体系水势 改变的数值，用ψ p表示。 原生质吸水膨胀，对细胞壁产生压力， 而细胞壁对原生质会产生一个反作用力， 叫壁压，由于壁压的存在而使水势增加， 这就是细胞的压力势。细胞压力势一般为 正值，细胞发生初始质壁分离时，压力势 为0，只有在蒸腾过旺时为负值。
植物器官之间, 地上比根部低。 上部叶比下部叶低 在同一叶子中距离 主脉越远则越低； 在根部则内部低于
外部。
第二节 植物细胞对水分的吸收
二、 细胞吸水的方式：
渗透吸水 方式
吸胀吸水
降压吸水
第二节 植物细胞对水分的吸收
二、 细胞吸水的方式： （一）渗透吸水：由于ψ w的下降而引起细 胞吸水。是含有液泡的细胞吸水的主要方 式，是植物吸水的主要方式。
纯水的水势定为零，
溶液的水势就成负值。 越低 溶液越浓，水势 。
水分移动需要能量。
水分 水势高 水势低
表2-1 几种常见化合物 水溶液的水势范围
溶液 水势/MPa
纯水
Hoagland营养液 海水 1mol/L 蔗糖 1mol/L KCl
0
-0.05 -2.50 -2.69 -4.50
影响体系水势的因素
第一节 水分在植物生命活动中的重要性
三、 水在植物生命活动中的重要性
1. 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.水能使植物各个器官保持固有的姿态。
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、植物细胞的水势
1、水势的概念 化学势 每偏摩尔物质所具有的自由能。用 希腊字母μ表示。可用来描述体系中组分发生 化学反应的本领及转移的潜在能力。 如果物质带电荷或电势不为零时的化学势 称为电化学势。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。
当外界溶液浓度小于细胞液浓度时（低渗溶液）， 细胞发生质壁分离复原。
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第二节 植物细胞对水分的吸收
（二）吸胀吸水： 是无液泡的分生组织和 干燥种子细胞的主要吸水方式。
原理：淀粉、纤维素和蛋白质这些亲水性物质吸水而膨胀。
概念 吸胀作用 (imbibition) 是细胞亲水胶体吸 水膨胀的现象。 细胞质 水分子以氢 凝胶状态 键与亲水凝 种子 细胞壁 淀粉粒 (亲水性) 胶结合, 凝 蛋白质 胶膨胀 亲水性： 蛋白质 > 淀粉 > 纤维素。
大量水分 无机盐 有机物 植物激素
伤流液
主要是 CTK
所以，伤流液的数量和成分，可作为 根系活动能力强弱的指标。
伤流和根压示意图 A.伤流液从茎部切口处流出； B.用压力计测定根压
吐水(guttation): 没有受伤的 植物如处于土壤水分充足、天气潮
湿的环境中，叶片尖端或边缘也有
液体外泌的现象，称为吐水。
体系水势就等于各水势之和： ψw=ψS+ψm+ψP+ψg
纯水的水势（ψ0w） 所谓纯水是指不以 任何物理的或者化学的方式与任何物质结 合的水，完全是自由水，纯水的水势为0。
溶质势（ψS） 指由于溶质颗粒的存在 而引起体系水势降低的数值。在标准大气 压下，溶液的水势就等于其溶质势，溶液 的溶质越多，其溶质势越低，且任何一种 溶液的水势均低于纯水的水势而为负值。 在渗透体系中，溶质势表示了溶液中水分 子潜在渗透能力的大小，所以，溶质势又 可称为渗透势。
蔗糖分子 半透膜 水分子
一个成熟的植物细胞就是一个完整的渗透装置
细胞壁 （全透性） 细胞膜 原 生 液泡膜 质 细胞质 层 细胞液
细胞核
原生质层具有选择透过性，近似于半透膜
当外界溶液浓度大于细胞液浓度时(高渗溶液），细 胞发生质壁分离。
细胞壁
细胞膜 液泡膜 原生质层
细胞质
细胞液
细胞空腔
原生质层和细胞壁分离的现象。
第一节 水分在植物生命活动中的重要性
二、 1.植物体内水分存在的状态有： 自由水：距离胶体颗粒较远，可以自由移动的 水分。 束缚水：较牢固地被细胞胶体颗粒吸附，不易 流动的水分。 2.自由水/束缚水比值影响代谢 自由水参与各种代谢作用，自由水占总含水量 的百分比越大，则植物代谢越旺盛。 束缚水不参与代谢作用，束缚水含量与植物抗 性大小有密切关系。 自由水/束缚水比值高时，代谢旺盛； 自由水/束缚水比值低时。代谢缓慢。
五、影响根系吸水的土壤条件
(1)土壤中可用水分
根部有吸水的能力，而土壤也有保水 的能力(土壤中胶体能吸附一些水分，土 壤颗粒表面也吸附一些水分)。
根部吸水能力 > 土壤保水能力，吸水 根部吸水能力 < 土壤保水能力，不吸水 植物只能利用土壤中可用水分。
主要的
第三节 植物根系对水分的吸收
三.根系吸水的机理： １.主动吸水的机理： 主动吸水的动力是根压 根压：指植物根系的生理活动使液 流从根部上升的压力。 伤流和吐水是证实根压存在的两 种生理现象。
伤流(bleeding)从植物茎的基部把茎切 断，由于根压作用，切口不久即流出 液滴，这种现象称为伤流。
使体系水势增高的因素有：①正压力，②升高温度， ③升高海拔高度。 使体系水势降低的因素有：①溶质，②衬质，③负压 力，④毛细管力，⑤降低温度，⑥降低海拔高度。
设在温度不变的情况下，溶质（S）、衬质（m）、压 力（P）、重力（g）等诸因素可视为独立变量，则这些 因素对水势的贡献可分别称为溶质势（ψS）、衬质势 （ψm）、压力势（ψP）、重力势（ψg）。
一、 植物的含水量 A.不同植物含水量不同(水生>陆生, 草本>木本) 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％ 同一种植物，不同环境下有差异 荫蔽、潮湿 > 向阳、干燥环境 B.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％ 生命活动较旺盛的部分，水分含量较多。
低渗溶液
纯水中 高渗溶液
V>1
V最大 V<1
ψ p增大
ψ p ＝- ψ s ψ p<0
图1-4 植物细 胞的相对体积 变化与水势 (ψw)渗透势(ψs) 和压力势(ψp) 之间的关系的 图解
第二节 植物细胞对水分的吸收
4.相邻细胞、组织器官水分移动的规 律：
水分总是从水势高的部位向水势低的部 位流动。
第二节 植物细胞对水分的吸收
3)衬质势：衬质势(matric potential) ψm 是 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，是负值。
未形成液泡的细胞具有一定的衬 质势，干燥种子的ψm可达-100 MPa；
干燥种子的水势：
已形成液泡的细胞，其衬质势只 有-0.01 MPa左右，只占整个水势的 微小部分，通常省略不计。
第一章
植物水分生理
水是生命起源的先决条件,没有水就没有生命, 也就没有植物。植物对水分的吸收、运输、
利用和散失的过程，被称为植物的水分代 谢(water metabolism)。植物的水分代谢包括：
水 分 的 吸 收
水 分 的 运 输
水 分 的 利 用
水 分 的 散 失
第一节 水分在植物生命活动中 的重要性
水分子通道 (water channel)
水分在细胞膜系统内移动的途径有2种： ①单个水分子通过膜脂双分子层的间隙或 通过水通道进入细胞； ②水集流通过质膜上水孔蛋白中的水通道 进入细胞。 水孔蛋白是一类具有选择性、高效转 运水分的膜通道蛋白。
A
图2-3 水分跨过细胞膜的途径 A. 单个水分子通过膜脂双分子层扩散 或通过水通道 B．水分集流通过水孔蛋白形成的水通道
衬质势（ψm） 表面能够吸收水分的物质常 被称为衬质，它具有潜在的吸水本领，由于衬质 的存在而引起体系水势降低的数值称为衬质势。 衬质势也是负值。 压力势（ψP） 由于压力的存在而使体系水 势改变的数值。压力势会随压力的变化而变化， 加正压力，是体系水势升高。
重力势（ψg） 由于重力的存在而使体系水 势增加的数值。高处水的水势高于低处水的水势。 当体系中两个区域高度相差不大时，重力势可以 忽略不计。
细胞的吸胀性吸水
豆类种子吸胀现象非常显著。
细胞在形成液泡之前的吸水主要靠吸胀作 用。 如：风干种子的萌发吸水 分生细胞生长的吸水 吸胀作用的大小就是衬质势的大小。
根据ψw
= ψs +ψp+ ψm
ψs=0 ψp=0，所以ψw = ψm
即衬质势等于水势
第二节 植物细胞对水分的吸收
（三）降压吸水：由ψ p的降低而引发的细胞 吸水。蒸腾过旺盛时，可能导致的细胞吸 水方式。
B
第三节 植物根系对水分的吸收
一、根系吸水的部位： 1、 主要在根尖的根毛区。具体说是在根 尖木质部已成熟的伸长区和根毛区细胞。 2、 地上部也可吸收水分。
根部吸水的区域
主要在根尖10cm。包括根冠、分生区、伸长区 和根毛区、根毛区的吸水能力最大。原因：
①根毛区有许多根毛，增大了吸收面积；
②根毛细胞壁的外部由果胶质组成，粘 性强，亲水性也强，有利于与土壤颗粒 粘着和吸水；
2 细胞的水势
细胞吸水情况决定于细胞水势。 典型细胞水势ψw是由3个势组成的：
ψw = ψs +ψp+ ψm
水
势 渗 透 势 压 力 势 衬 质 势
第二节 植物细胞对水分的吸收
1) 溶质势（渗透势）：由于溶质颗粒 （液泡中溶有各种矿质离子和其它可溶 性物质）的存在而引起水势降低的数值 , 又称渗透势。用ψ s表示，一般为负值。
渗透作用：水分子（其他溶剂分子） 通过半透膜扩散的现象。
渗透装置的条件
A、具有半透膜：半透膜也叫选择透性膜，是只容许混 合物（溶液、混合气体）中的一些物质透过，而 不容许另一些物质透过的薄膜，如透析袋、动物 膀胱、花生皮、蚕豆壳等。 B、半透膜两侧具有浓度差
渗 透 装 置
经过一段时间后，由于水分子可以自由通过 半透膜，而蔗糖分子不通过。单位体积内，清水 中水分子数多于蔗糖分子，因此，单位时间内由 清水向蔗糖溶液扩散的水分子数多。故而导致蔗 糖溶液的液面升高。
ψw = ψm
ψw = ψs +ψp
第二节 植物细胞对水分的吸收
3.细胞吸水过程中水势状况
环境状况 等渗溶液 体积 V ＝1 细胞状态 松弛状态，临界质 壁分离 膨胀状态，细胞吸 水 饱和状态，充分膨 胀 萎蔫状态，失水， 质壁分离 ψp ψ p ＝0 ψw ψ w ＝ψ s ψ w＝ ψ s+ψ p ψ w ＝0 ψ w下降
第二节 植物细胞对水分的吸收
水势指每偏摩尔体积水的化学势差，用 ψ w 表示。就是说， 水溶液的化学势 (μw) 与 同温、同压、同一系统中的纯水的化学势 (μw0) 之 差 (△μw) ， 除 以 水 的 偏 摩 尔 体 积 (Vw)所得的商，称为水势。
化学势是能量概念，单位为J／mol [J=N（牛顿）· m]， 偏摩尔体积的单位为m3／mol，
③根毛区的输导组织发达，对水分移动 的阻力小。
根毛区
伸 长 区 分 生 区 根 冠
第三节 植物根系对水分的吸收
二、根系吸水的方式：
A. 主动吸水：由于根本身生理活动引起植物吸收 水分的现象，与地上部无关。其动力是根压。其 根压产生可用“伤流”和“吐水”现象证实。 B.被动吸水：由于地上部的蒸腾作用而引起的 根部吸水，被动吸水的动力是蒸腾拉力。
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 以压力为单位的水势。
第二节 植物细胞对水分的吸收
水势的大小和单位：
纯水的水势 (ψ w0) 最大ψ w0=0 ，植物细 胞的水势都为负值。 水势的单位：帕（Pa）、巴(bar)、大 气压(atm)。
1MPa =106pa=10ba=9.87atm