植物对水分吸收的物理化学基
植物对水分的吸收和利用-植物如何吸收水分
植物对水分的吸收和利用:植物如何吸收水分教学目标一、知识方面1、使学生了解植物体吸水的部位及植物细胞的两种吸水方式。
2、使学生理解渗透作用的原理。
3、理解植物体的水分代谢包括水分的吸收、运输、利用和散失等过程。
4、理解蒸腾作用及其对植物的作用。
5、使学生了解合理灌溉在生产和生活实践中的运用。
二、能力方面1、通过细胞质壁分离和复原的实验，进一步训练学生制作临时装片的技能，同时培养其分析实验的能力。
2、通过分析渗透装置得出渗透吸水原理，培养学生研究问题的能力，训练其科学思维的能力。
三、情感、态度、价值观方面1、通过联系生产和生活实际，如应用植物吸水原理进行合理的灌溉，培养学生理论联系实际的理念。
2、通过学生对水资源现状的了解，增强学生关心、自觉保护地球水资源的意识。
教学建议教材分析本节教材主要讲述了渗透作用的原理，植物细胞的吸水和失水，水分的运输、利用和散失以及合理灌溉等方面的知识内容。
1、渗透作用的原理和植物细胞的吸水和失水教材选简要介绍了一下植物吸收水分的器官（主要器官是根，叶等器官也可以吸收水分）、吸收水分的部位（主要是根尖的成熟区的表皮细胞）、植物根尖的结构、以及植物吸收水的两种主要方式，即吸胀吸水和渗透吸水，指出未成熟的植物细胞，还没有形成大液泡，主要依靠吸胀作用吸水；而成熟的植物细胞，即有大液泡的细胞主要以渗透作用方式吸收水分。
为使学生更好地理解渗透吸水原理，教材通过分析渗透装置，总结出：（1）渗透作用的概念。
即渗透作用是指水分子，或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。
（2）发生渗透作用的两个条件。
即一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液之间具有浓度差。
接着分析为什么一个成熟植物细胞相当于一个渗透系统，指出当成熟的植物细胞具备上述两个条件时，就会发生渗透作用。
然后安排学生做《实验九、观察植物细胞质壁分离与复原》，以验证成熟植物细胞的确是一个渗透系统。
2、水分的运输、利用和散失水分是如何从根毛细胞最终进入植物体的每一个细胞的呢？（1）教材先分析了土壤溶液中的水分进入根尖以内的导管的两条途径①另一条途径是通过渗透作用进入根尖成熟区的表皮细胞、并且通过成熟区表皮细胞以内的层层细胞向内渗入，最终进入导管。
aam基水凝胶
aam基水凝胶
Aam基水凝胶是一种含有AAM（Acrylamide）基团的水凝胶
材料。
AAM（Acrylamide）是一种合成材料，具有优异的吸
水性能和稳定的物理化学性质。
AAM基水凝胶常用于农业、
环境保护和生物医学等领域。
AAM基水凝胶以其高吸水性能而闻名。
它可以吸收大量的水分，形成凝胶状物质，且能够保持较长时间的稳定性。
这使得AAM基水凝胶在农业领域被广泛应用于农作物的保水和根系
的保护。
它可以吸收多余的水分，并逐渐释放给植物根系，以满足植物的水分需求。
此外，AAM基水凝胶也被用于环境保护领域。
它可以用来吸
收和固定有害物质，如重金属离子和有机污染物。
在废水处理和土壤修复等过程中，AAM基水凝胶能够吸附这些有害物质，并防止它们对环境的进一步污染。
在生物医学领域，AAM基水凝胶被用作药物缓释系统。
它可
以吸收药物，并控制缓慢释放，以延长药物的作用时间和降低副作用。
总的来说，AAM基水凝胶是一种功能性材料，具有广泛应用
的潜力，尤其在农业、环境保护和生物医学等领域。
第二章 植物的水分生理
水是生命的源泉，生命不仅发生于水的环境，而且生命过程必须在 水的环境中进行。 水是原生质的最主要成分，原生质的含水量大约在70-90%。在细胞 中物质的代谢、运输及生物体中细胞间的信号传递、物质运输都是 在水溶液中进行的。 水不仅是细胞内代谢反应的基质，而且直接参加了许多生物化学反 应。 细胞的含水量与其生理活动强弱常常是密切相关的。
植物体在一生中需要不断的吸收和散失水分。 水分吸收是其生命活动的需要，而水分散失也是植物必须的。 如，水分可以维持其适宜的体温，夏季炎热干燥的环境，叶片每小 时散失的水分相当于自身所含的全部水分，通过蒸发，将光照带来 的多余的热量散失掉，避免了温度升高的危害。在典型情况下，叶 片吸收的光能有约一半被这种方式消耗掉； 又如水分散失产生的蒸腾拉力，可将根系吸收的矿质元素带到地上 部。
维持导管水流的连续性。
水的内聚力 水分子间的氢键使水分子间存在很大的引力。
粘附力
液固相间引力，如水分子与导管壁表面分子之间存在粘附力。
4. 良好溶剂
水分子体积小、具有极性，是许多电解质和极性分子的良好溶剂， 是已知的溶解范围最宽的溶剂。 水分子可以在离子或极性大分子表面形成水合层，降低溶质分子间 的作用，促进溶解。
分生组织：通过细胞壁的果胶、纤维素，胞内蛋白质亲水胶体对水的 吸附力吸收水分，ψm是也是细胞水势的主要组分。
3. 降压吸水(negative pressure absorption of water)
指因ψp的降低而引发的细胞吸水。 ψp＜0，细胞水势更低，吸水力更强。
(三)细胞吸水过程中水势组分的变化
是指液体中成群的原子或分子(例如组成水溶液的各种物质的分子)在压 力梯度(要受两端压力势差控制。
生物试题之水分进入植物体内途径
生物试题之水分进入植物体内途径植物生长发育过程中，水分是必不可少的营养物质。
水分进入植物体内是植物生长发育的基础，也是植物能够完成光合作用的前提。
本文将围绕“水分进入植物体内途径”这一主题，阐述植物对水分的需求、水分在植物体内的运输途径、和植物如何保持水分平衡等方面的问题。
植物对水分的需求植物对水分的需求是巨大的，水分不仅是构成植物细胞的主要成分之一，还是植物进行光合作用所必需的物质。
同时，水分还可以通过运输作用，将植物体内分布不均的养分和有害物质等有机物从根部运输至其他部分。
植物体内的水分需要通过根系吸收和吸引力等途径进行补充。
其中，根系吸收是植物体内水分进入植物的主要途径之一。
而植物在吸收水分时，还会吸收土壤中的矿物质、氧气等其他物质，并利用它们完成营养代谢。
通过这种吸收和利用，根系还可以调节土壤和植物之间的水分、气体和矿物质交换，高效地提高了土壤中营养物质的利用率，促进了植物的健康生长和发育。
植物体内的水分运输途径植物体内的水分运输途径主要包括根系内的移动和整个植物体内的输送。
在植物体内的流动过程中，植物维持水分运输的平衡状态，保证了水分在植物体内的有效运输。
根系内的移动根系内的移动是指水分在根系内的吸收和转化过程。
当根系从土壤中吸收水分时，水分会通过细胞间隙、活细胞墙、细胞膜和植物根系内的导管等途径向上进行运动。
同时，植物细胞壁的涂层和金属离子的影响，也会影响水分在根系内的吸收和传输。
在根系内，水分不仅可以通过根毛的吸收作用进入，也可以经由根瘤菌在植物根系中进行化学转化。
根瘤菌为植物提供了一些生长环境和有机物质，植物在根瘤菌的帮助下，能够更高效地吸收水分和养分。
整个植物体内的输送整个植物体内的输送主要分为两种情况：向上输送和向下输送。
向上输送是指水分在整个植物中向上运输，以供植物不同部位的细胞进行代谢活动，以维持植物正常的生长和发育。
其中，光合作用是植物体向上输送过程中最主要的推动力。
于是，向上输送过程可以细分为蒸腾作用、照相合成、原生质囊作用等等过程。
植物的水分生理
生产上通常把植物每制造1克干物质所消耗的水的
克数称为需水量（或蒸腾系数）。一般植物的需水量在 200~800之间。
需水量可作为植物抗旱性的参考值
一、植物体内水分的状态及其生理意义
3 植物体内水分的状态（形式）
束缚水：被植物细胞胶体颗粒或渗透物质吸引，且紧紧束缚在
形式
胶体颗粒或渗透物质周围的水分，不能自由移动、升温不挥发、 降温不结冰
一、植物体内水分的状态及其生理意义
3 水可以保持植物的固有姿态 使得细胞保持紧张度，植物枝叶挺立，便于充分吸收阳 光、进行气体交换、花朵开放。失水则会萎蔫 4 水作为原料参与代谢 水是光合作用、呼吸作用、有机物合成与分解的底物 5 水可以调节植物的体温，调节植物的生存环境 水具有高的汽化热、比热，可以维持植物体温相对的稳 定，在烈日下通过蒸腾散失水分降低体温免受高温伤 害。水份可以增加大气湿度、改善土壤及土壤表面的 温度，作物栽培中，早春寒潮降临时给秧田灌水保温 抗寒，就是利用水来调节农田小气候
V细胞间的水分流动 Ψp=+0. 6 Ψp=+0. 2
ψs=-1.2
ψs=-1.0
由水势高的区域向水势低的区域流动!
Ψp=+0. 5 ψs=-1.4 Ψp=+0. 4 ψs=-1.2 Ψp=+0. 3 ψs=-1.0 Ψp=+0. 6 ψs=-1.2 Ψp=+0. 5 ψs=-1.0
二、植物对水分的吸收
纯水的水势最大，在常温常压下规定为零，任何溶液 的水势因溶质的存在而小于零，为负值。如： 1mol 蔗糖液水势为-2.69MPa 1mol KCl溶液水势为-4.5MPa
海水的水势约为-2.5MPa
在任何状况下，水分流动的方向总是由水势高的 地方流向水势低的地方。
高一生物《植物的水分代谢》教案
高一生物《植物的水分代谢》教案水是植物维持生存所必需的最重要的物质。
植物从水中进化而来。
下面是店铺为大家整理的高一生物《植物的水分代谢》教案，希望对大家有所帮助!高一生物《植物的水分代谢》教案第一章植物的水分代谢一、教学时数计划教学时数为 8 学时，其中理论课 4 学时，实验课 4 学时。
二、教学大纲基本要求1. 了解水的物理化学性质和水分在植物生命活动中的作用;2. 了解水的化学势、水势的基本概念、植物生理学中引入水势的意义;3. 了解植物细胞的水势的组成、溶质势、衬质势、压力势等的概念及其在植物细胞水势组成中的作用，4. 了解并初步学会植物组织水势的测定方法;5. 了解植物根系对水分吸收的部位、途径、吸水的机理以及影响根系吸水的土壤条件;6. 了解植物的蒸腾作用的生理意义和气孔蒸腾是蒸腾的主要方式、蒸腾作用的指标、测定方法以及适当降低蒸腾速率的途径;7. 了解植物体内水分从地下向地上部分运输的途径和速度、水分沿导管上升的机制;8. 了解作物的需水规律、合理灌溉指标及灌溉方法以及发展节水农业促进水资源持续利用的重要性。
三、教学重点和难点( 一 ) 重点1 .水分在植物生命活动中的作用。
2 .植物细胞水势的组成，水分移动的方向。
3 .细胞对水分的吸收。
4 .植物根系对水分的吸收。
5 .气孔蒸腾的机理和影响因素。
6 .植物体内水分运输的途径。
7 .作物需水规律和合理灌溉。
( 二 ) 难点1 .植物细胞的水势的基本概念。
2 .组成和有关计算。
3 .气孔开闭的机理。
1.引言水是植物维持生存所必需的最重要的物质。
植物从水中进化而来。
植物的生长发育、新陈代谢和光合作用等一切生命过程都必须在水环境中才能进行，没有了水，植物的生命活动就会停滞，植株则干枯死亡。
地球上水分的供应量不仅决定了植物的生态分布，而且显著影响了植物的生理生化特性。
对于一株植物来说，一方面，它要不断地从环境中吸收水分，以满足其正常生长发育的需要;另一方面，由于植株地上部分(主要是叶片)的蒸腾作用，植物体内的一部分水分不断散失到大气中，以维持其体内外的水分循环及适宜的体温。
植物生理学第七版第1章水分代谢8.10
低温使根系生长缓慢，有碍吸水表面的增加。
当然土壤温度过高对吸水也不利。
（4）土壤溶液浓度：影响根系环境的土壤水势。施肥过多引起“烧
苗”
第三节
根系吸水和水分向上运输
二、水分向上运输 （一）水分在木质部运输的速度
一般为3－45cm/h 具环孔材 具散孔材 裸子植物 导管较大 导管较小 只有管胞 20－40cm/h 1－6cm/h 0.6cm/h
第二节
植物细胞对水分的吸收
（4）衬质势（matric potential）：细胞胶体物质对水吸
附而引起水势降低的值。 组成：Ψw=Ψs+Ψp+Ψg+Ψm
※ Ψg通常很小，可忽略不计。
※ 对于有液泡细胞，Ψm接近与0，可以忽略不计，即
有液泡细胞的Ψw = Ψp+Ψs 。 ※ 对于干种子， Ψs、Ψp很小，可以忽略不计，即干种 子的Ψw =Ψm
第四节
蒸腾作用
水分从植物体散失到外界的方式：
1.以液体状态散失—吐水、伤流
2.以气体状态散失—蒸腾作用
蒸腾作用：指水分以气体状态通过植物体的表面（主要是 叶片），从体内散失到体外的现象。
第四节
蒸腾作用
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）植物水分吸收、运输的主要动力。
细胞外 第二节
水分子
植物细胞对水分的吸收
水孔蛋白
一、水分跨膜运输的途径
1. 跨膜脂双分子层的扩散：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。 双层膜 2. 跨膜水孔蛋白的扩散：许多水分子通过膜的水通道呈线 细胞质 形扩散，水分流速快。 水通道
图1-1 水分跨过细胞膜的途径
图1-1 水分跨过细胞膜的途径
植物生理学植物的水分生理
➢水孔蛋白（AQPs）：一种存在于生物膜上的、分子量为28,000 、具有通透水分功能的内在蛋白。也称之为水通道蛋白。 (图)
第一章 植物的水分生理
植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程，
称为植物的水分代谢（water metabolism）。
植物从环境中不断吸取水分，以满足正常生命活动的需要。 但是，植物又不可避免地要丢失大量的水分到环境中去。这样就形 成了植物水分代谢的三个过程：植物通过根系吸收水分、水分在植 物体内的运输、植物通过气孔排出水分。(图)
➢ 导管上部呈开放状态，不产生压力，于是水柱就在指向上方 的压力下向上移动。
这样就形成了根压
有人指出：根压是由于根内外皮层存在水势梯度而产生的一种 现象，它可作为根产生水势差的一个量度，但不是一种动力，因 为水流的真正动力是水势差.
2. 被动吸水
动力――蒸腾拉力
➢ 蒸腾拉力（transpirational pull）：指因为叶片蒸腾作用而产 生的使导管中水分上升的力量。（图）
ψw＝ψs＋ψp
Ⅱ.植物细胞吸水达到紧张状态 ψw＝0,ψs = -ψp 体积最大 , 细胞吸水能力最小。
Ⅲ.植物细胞初始质壁分离状态 ψw ＝ψs,ψp＝0 体积最小，细胞吸水能力最大。
Ⅳ.植物细胞水为蒸汽状态 ψp＜0, ψw≤ψs＋ψp
三、相邻细胞间水分的运转
相邻细胞的水分移动方向决定于两细胞间的水势差异，
或边缘的水孔向外溢 出液滴的现象。
✓吐水现象可作为根 系活动的生理指标， 并能用以判断植物苗 长势的强弱。 ★
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化学势、水势 的概念 植物细胞水势的组成 植物细胞间水分的流动——渗透作用 一些实验方法
一 自由能、化学势、水势
1. 自由能 自由能(free energy):体系内可以用于做功的 能量。而束缚能(bound energy)是不能用于做 功的能量。 2. 化学势( chemical potential):指一个体系中， 化学势 在恒温恒压下1mol某组分的自由能(偏摩尔自 由能)，也可以说是在同温同压和其它物质的 浓度不变的情况下，向体系中加入1mol某物 质而引起体系自由能的变化，用表示，规定 纯水的化学势为0焦耳/摩 尔。
= RTlnαw／ Vwm+P+ρgh = Ψs+ Ψp+ Ψg(渗透势+压力势+重力势)
单位：帕斯卡(Pa),巴(1bar=105Pa),Mpa, atm 规定纯水的水势为0，而水总是从水势高处向水势低处 流。
二 植物细胞水势的组成
Ψ = Ψs+ Ψp+ Ψg 1. Ψs is the solute potential (溶质势 渗透势） 溶质势/渗透势 溶质势 渗透势） 由于溶液中溶质颗粒的存在而使水势降低的值。纯水 的溶质势为0，溶液的渗透势可根据 Van‘t Hoff Equation计算： Ψs = - CiRT 其中C是溶液的摩尔浓度，i是溶质的等渗系数 （蔗糖、葡萄糖等不解离物质为1，盐大于1，如 低浓度NaCl为1.8），R是气体常数（8.314J/mol K （结果：帕）或 0.082 L atm / mol K(大气压）或 0.083Lbar /molK(巴)），T是绝对温度 (°K). 负号 表明溶质起降低渗透势 的作用。
三 植物细胞吸水的方式
一般说来，植物细胞在形成液泡前，是靠吸胀 作用吸水，即通过亲水胶体的低衬质势吸水， 而在形成液泡后靠渗透作用吸水。这些方式都 是被动的，不消耗代谢能。 细胞间水流的方向：高水势细胞→低水势细胞。 质壁分离(plasmolysis)与质壁分离复原 (deplasmolysis)
2.
ψp is the pressure potential（压力势） （压力势） 压力势是指外界（如细胞壁）对细胞的压力而 使水势增大的值。一般情况下细胞处于膨胀状 态，原生质体压迫细胞壁产生膨压，而细胞壁 反过来反作用于原生质体使产生压力势。规定 在标准状况下（1atm）下溶液的压力势为0， 膨胀的细胞其压力势>0,而在剧烈蒸腾时细胞压 力势＜0 。这一负压是水分沿木质部上升的主 要动力。
3. ψg is the gravitational potential（重力势） （重力势） 重力势是指由于高度的存在而使水势增加的 值。规定海平面上的重力势为0，则10米高的 水其水势为ρgh=0.1MPa,从实验室角度出发， 重力势比较小因而认为可以忽略。
另外，在提到干种子、细胞壁、干土壤时，经常提到水势 的另一组分——衬质势 衬质势) 4. ψm is the matric potential (衬质势 衬质势 衬质势是由于胶体物质的亲水性和毛细管对水的束缚而 引起水势降低的值。 事实上，衬质是通过降低渗透势、压力势来降低水势，不 必要也不应该再算进去。一般说，在植物细胞形成液泡 前衬质势很低（数值很大），而在形成液泡后衬质势很 小。所以，我们考虑植物细胞水势时只考虑： ψ = ψs + ψp; 另外， 另外，干种子：Ψ=Ψm；质壁分离时：Ψ=Ψs
3. 偏摩尔体积 偏摩尔体积(partial molar volume):在恒温 恒压下，向一足够大的某一浓度的溶液中加 入1mol的物质， 引起体系体积的变化量；也 可以说是在恒温恒压下，1mol某组分在体系 中所体现出来的体积。
如20℃,1atm下甲醇的体积是40.5cm3,向任何体积的 纯甲醇中加入1mol甲醇，体积都 会增加40.5cm3， 但如果是向甲醇的水溶液中加甲醇，体积的增加就 不再是40.5cm3 ，而是小于40.5cm3 。故称为偏摩尔 体积。 甲醇/水溶液的摩尔分数 1 0.8 0.6 0.4 0.2 甲醇的偏摩尔体积 40.5 40.4 39.8 39.0 37.8
四 测定水势及其组分的方法
测水势：热电偶法；压力室法；小液流法 测渗透势：冰点下降法、质壁分离法、蒸汽压 下降法 测压力势：压力 压 力 计 法 测 压 力 势
压 力 探 针 法 测 压 力 势
质壁分离现象——水分的渗透作用
高渗溶液
通过质壁分离现象可以： 判断细胞死活 测定细胞渗透势 判断物质进入质膜的快慢
不膨胀 状态
植物细胞水势各部分针对细胞体积的动态变化
问题： （1）甲、乙两细胞，甲放在0.4M的蔗糖溶液中， 充分平衡后，测得其渗透势为-0.8RT；乙放在0.3M的 NaCl溶液中，充分平衡后，测得其渗透势为－0.7RT， 假定i蔗糖=1,iNaCl=2, 问①甲、乙两细胞谁的压力势大： ②取出两细胞后紧密接触，水分流动方向如何？③若 破坏细胞质膜，水分又如何流动？ （2）甲、乙两细胞，甲渗透势为－24巴，放入 0.5M的蔗糖溶液中平衡后，体积增加了50%；乙细胞 渗透势为－30巴，放入0.4M的蔗糖溶液中平衡后，体 积增加了100%，问平衡后哪个细胞压力势大？
下面是某一体系中，B组分的化学势的组成： B=B*+ZBFE+RTlnαB+VBmP+mBgh 其中B*是参比态B组分的化学势，ZB是B物质的净电 荷数， F是法拉第常数，E是B物质所处体系的电位， R是气体常数， αB是B物质的活度，VBm是B物质的偏 摩尔体积， P是B物质所处体系的压强，mB是B物质的 质量，h是B物质所处体系的高度。 B物质从体系1→体系2，其化学势的变化为 B= B2 －B1 =ZBF E +RTln(αB2 /αB2 )+VBm P +mBg h 当 B <0时，可自发发生，不需能，反之不能自发 发生。
5. 水的化学势和水势 因为水的净电荷为0，所以水的化学势：
w=w* + RTlnαw+VwmP+mwgh
但在植物生理学中，通常不用水的化学势而用水势来 考虑水流的方向。定义为体系中水的化学势与同温同 压下纯水化学势的差除以水的偏摩尔体积；或称为偏 摩尔体积水的化学势，用Ψ表示。 Ψ= (w-w*)/Vwm= (RTlnαw+VwmP+mwgh)/ Vwm