植物水分生态生理
植物的水分生理
第四节 植物的蒸腾作用
蒸腾作用 (transpiration) -植物体内的水 分以气态散失到 大气中去的过程。
一、蒸腾作用的生理意义和方式
（一）蒸腾作用的生理意义
1.蒸腾拉力是植物吸水与转运水分的主要动 力 2.促进木质部汁液中物质的运输 3.降低植物体的温度 （夏季，绿化地带的气温比非绿化地带的气温 要低3-5 ℃） 4.有利于CO２的吸收、同化
（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。
➢风干种子中，处于凝 胶状态的原生质的衬 质势常低于-10MPa， 甚至-100MPa,所以吸 胀吸水就很容易发生。
➢未形成液泡的幼嫩细 胞能利用细胞壁的果 胶、纤维素以及细胞 中的蛋白质等亲水胶 体对水的吸附力吸收 水分。
降压吸水
-因ψp的降低而引发的细胞吸水 ➢蒸腾旺盛时，导管和叶肉细胞的细胞
蔓陀萝叶气孔 小麦叶气孔
引起气孔运动的主要 原因是：保卫细胞的 吸水膨胀或失水收缩
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)。 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
植物水分生理生态学研究植物的水分生理及其与环境的相互作用
植物水分生理生态学研究植物的水分生理及其与环境的相互作用植物的水分生理及其与环境的相互作用是植物生态学中一个重要的研究领域。
植物作为生命体的一种，需要水分来维持其正常的生长发育和生存环境。
在不同的环境条件下，植物的生态适应性也不同，这与其水分生理有着密切的关系。
本文将从植物的水分生理机制、水分对植物生长发育的影响以及植物与环境的相互关系等方面进行讨论。
首先，植物的水分生理机制是植物研究中的关键之一。
植物通过根系吸收土壤中的水分，经过导管系统运输至叶片，然后通过叶片气孔蒸腾作用蒸发出来。
这一过程中，植物能够调节根系吸水量、导管系统的水分运输速率以及气孔开闭程度等来维持其内部水分平衡。
同时，植物的根系还能够与土壤中的水分形成一种特殊的关系，即植物根系的覆盖度越高，土壤的蒸发量就越低，从而减少植物水分的损失。
其次，水分对植物的生长发育有着重要的影响。
水分是植物进行光合作用的重要成分，是维持细胞代谢的必需物质。
如果植物缺水，就会导致光合作用受限，进而影响植物的生长发育。
此外，水分还能够调节植物细胞的形态结构，如细胞膨压通过调节细胞内压力来控制细胞形态，维持植物器官的正常功能。
最后，植物与环境的相互作用是植物生态系统的关键环节。
水分是植物与环境之间进行物质交换的桥梁。
植物透过根系吸收水分，同时通过蒸腾作用释放水分到大气中。
这种水分的释放不仅能够影响大气湿度，还能够影响地面的水分循环。
此外，植物的水分利用效率在一定程度上决定其对环境的适应能力。
例如，干旱地区的荒漠植物通常具有较高的抗旱性和水分利用效率，而湿地植物则通常具有较高的生长速度和水分吸收能力。
综上所述，植物的水分生理以及其与环境的相互作用是植物生态学中的重要研究领域。
通过对植物水分生理机制的研究，可以更好地理解植物的水分调节机制。
同时，水分对植物生长发育的影响也是植物研究中的一个重点。
最后，植物与环境的相互作用是植物生态系统的关键环节，通过水分的循环和利用，植物能够适应不同的环境条件。
植物生理学2_植物的水分生理
(2)薄膜型抗蒸腾剂 能在叶面形成薄层，阻碍水分散失，如硅酮、胶 乳、聚乙烯蜡、丁二烯丙烯酸等。
(3)反射型抗蒸腾剂 增加叶面对光的反射，降低叶温，减少蒸腾量， 如高岭土。
Ψw =Ψs + Ψp + Ψm + Ψg
Ψs为渗透势， Ψp为压力势， Ψm为衬质势， Ψg为重力势
2、压力势：由于压力的存在而使体系水势 改变的数值，用ψp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，这就
是细胞的压力势。
一般情况下，压力势为正值
渗透势(Ψπ) 一般叶组织 旱生植物叶片 -1.0～ -2.0 MPa -10.0 MPa
Ψs = - 1.4 Mpa
Ψs = - 1.2 Mpa
Ψp = + 0.8 Mpa
Ψw = - 0.6 Mpa X
Ψp = + 0.4 Mpa
Ψw = - 0.8 Mpa Y
两个相邻的细胞之间的水分移动方向是由二者的水势差 决定；多个细胞相连时，水分从水势高的一端流向水势低 的一端。
第三节根系吸水和水分向上运输
（三）影响气孔运动的因素
1、光照：光照—张开 黑暗—关闭
景天科植物例外
2、温度：上升—气孔开度增大
10℃以下小，30℃最大，35℃以上变小
3、CO2
：低浓度—促进张开
高浓度—迅速关闭 4、水分：水分胁迫—气孔开度减小或关闭 5、植物激素（CTK、ABA)
小结
水势是指每偏摩尔体积水的化学势差。植物细胞的水
Free Water
植物水分生理
15～20 20～30 7～15
气孔数/叶面 积（ mm2） 100～200
40～100 50～100 100～500
宽（μ m） 4～5
5～6 3～4 1～6
气孔面积 占叶面积(%) 0.8～1.0
0.8～1.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 0.5～0.7 0.5～1.2
阳性植物
阴性植物 禾本科植物 冬季落叶树
4.影响根系吸水的土壤因素
1.土壤水分状况
土壤中水分按物理状态可分为束缚水、毛管水和重力水。
2.土壤温度
“午不浇园”是指在中午的烈日下不要用冷水浇灌作物， 骤然降温会使根系吸水减少，引起萎蔫。
适 温 低 温 温度 高 温
3.土壤通气状况 O2 CO2 4.土壤溶液浓度 “烧苗”现象。 盐碱地 可以采用灌水、洗盐等措施来降低土壤 溶液浓度。
(1)水对植物体温的调节
(2)水对植物生存环境的调节 水分可以增加大气湿度、 改善土壤及土壤表面大气的温度、改善田间小气候等。
(3)水的透光性使水生植物的需光反应正常进行 水的透 光性使水生植物的植物色素和光受体能吸收到可见光和紫外光， 有利于光合作用和光形态建成。
生理需水是指用于植物生命活动和 保持植物体内水分平衡所需要的水分。 生态需水是指利用水的理化特性,调 节植物生态环境所需要的水分。
2012年考研题 简述光促进气孔开放的机制
• 光是气孔运动的主要调节因素。光可以促进保 卫细胞内苹果酸的形成和 K+和 Cl-的积累。一 般情况下，光可以促进气孔张开，暗则气孔关 闭。但景天科酸代谢植物例外， 它们的气孔通 常是白天关闭，晚上张开。
2.二氧化碳
低浓度CO2促进气孔张开,高 浓度CO2促使气孔关闭。
第一章植物的水分生理(共54张PPT)
水分通过胞间连丝的吸收。移动速度较慢。
•
由于水势梯度引起水分进入中柱后产生 的压力。
和 现象可以证明根压的存在。
伤流（bleeding）
吐水（guttation）
从受伤或折断的植物组织溢 从未受伤叶片尖端或边缘向
出液体的现象
外溢出液滴的现象
水、无机盐、有机物、植物激素（细胞 分裂素）。
伤流液的数量和成分，可以作为根系活 力强弱的指标。
lower epidermis more than in the upper epidermis.
• In grain plants, those distribution is nearly equal in the lower epidermis to in
the upper epidermis.
• T—absolute temperature
• 植物细胞膜的特点—生物膜（质膜、液泡
膜），半透膜，选择透性，水分子易于通 过，而对溶质则有选择性；而且细胞液与 外界溶液具有Ψw 差。
• 质壁分离（Plasmolysis）和质壁分离复原
（ Deplasmolysis）现象可以验证之。
高浓度溶液中， 细胞失水，质壁 分离。
扩散 依浓度梯度进行，短距离运输 集流 依压力梯度进行，长距离运输
A. 单个水分子通过膜 脂双分子层进入细胞
B．多个水分子通过水孔蛋白形成的水
通道进入细胞
水分移动需要能量做功，该动力来自于 渗透作用。
渗透作用：
通过半透膜移动的现象。
发生条件：半透膜，膜两边有浓度差。
1 mol物质的自由能。
每偏摩尔体积水的化学势，用Ψ表示，
0.5
0
-0.5
植物的水分生理
细胞液
上一页
15
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
上一页
2.发生质壁分离的条件
（1）外界环境水势低于细胞水势；
（2）原生质层具有选择性； （3）细胞壁与细胞质的收缩能力不同。
3.质壁分离说明以下问题
（1）原生质层具有半透膜的性质； （2）判断细胞的死活； （3）能测定细胞的渗透势（？）,进行农作物品种抗旱性鉴定。 (4) 测定物质进入原生质体的速度和难易程度。
17
(二)植物细胞的水势
细胞的水势公式： ψw＝ψs＋ ψp ＋ψg ＋ ψm 1 .渗透势(溶质势)：由于溶质颗粒的存在而使水势降低
的部分（水的自由能降低），一般为负值。
2 .压力势：由于细胞壁压力的存在而增加的水势，一般 为正值，但质壁分离时为0，剧烈蒸腾时为负。 3 .重力势：水分因重力下移与相反力量相等时的力量。 有液泡的细胞或细胞群 ：ψw＝ψs＋ ψp
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
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。
水势：衡量水分反应或作功能量的高低。指每偏摩尔体积 水的化学势差。 纯水 Ψ o w =零 溶液：溶液的水势为负值,浓度越大，水势越低。
（二）根系吸水的方式及动力
1、主动吸水和根压 （1）根压的产生 由于离子的主动吸收，使皮层内外产生水势差，水分向 中柱扩散而产生静水压力（根压）——由于水势梯度引起水 分进入中柱后产生的压力。 （2）伤流 （3）吐水
植物生理学植物水分关系
2-4
3. 植物细胞的水势组成
水势（Ψw）=溶质势（Ψs）+压力势（Ψp）+ 衬 质势（Ψm）
（1）溶质势
溶质势也称渗透势（Ψπ），是由于溶质颗粒与水 分子作用而引起细胞水势降低的数值，与溶液中溶 质颗粒的数目成反比，即溶质越多，溶质势越小， 水势越小。所以，溶液的浓度与水势成反比。溶质 势为负值。
当细胞完全膨胀时，细胞不再吸水，水势达到最大， Ψw=0， 那么溶质势与压力势的绝对值必然相等。
5. 植物体内的水分运动
在植物体内相邻两个细胞的水分移动，
取决于它们的水势之差。
s= -1a
w= 0.6MPa
p= +w0.=4M-0P.a8MPa
A
水势代表水分移动的趋势，水分总是从水势 高处流向水势低处。
2. 植物细胞的渗透现象
在一个成熟的细胞中，原生质层（包括原生质 膜、原生质和液泡膜）就相当于一个半透膜。如果 把此细胞置于水或溶液中，则含有多种溶质液泡液， 原生质层以及细胞外溶液三者就构成了一个渗透系 统（图2-3）。
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 液泡膜 生
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 图2-3 植物细胞形态简图
植物细胞由于液泡失水而使原生质体和细胞壁分离的现 象，称为质壁分离。
如果把发生了质壁分离的细胞浸在水势较高溶液或蒸馏 水中，外界的水分子便进入细胞，液泡变大，整个原生质 体慢慢地恢复原状，这种现象叫质壁分离复原或去质壁分 离（图2-4）。
4. 细胞水势与水势各组分的变化关系
Ⅲ
Ⅱ
Ⅳ
Ⅰ
1.5
1.0
Ψp
第二章 植物水分生理
ψw = ψm
ψw = ψs +ψp
第二节 植物细胞对水分的吸收
4.细胞吸水过程中水势组分
环境状况 体积 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 ψw
等渗溶液
低渗溶液 纯水中 高渗溶液
V＝1
V>1 V最大 V<1
ψ p＝0
ψ p增大 ψ p＝-ψ s ψ p<0
根部吸水的途径
第三节 植物根系对水分的吸收
五、影响根系吸水的土壤条件 1.土壤通气状况：通气状况良好，有利于根 吸水； 2.土壤温度：适宜的温度范围内土温愈高， 根系吸水愈多； 3. 土壤溶液浓度：根细胞水势小于土壤水势 有利于根系吸水
细胞初始质壁分离时：
ψp =0, ψw = ψs
充分饱和的细胞:
ψw = 0 ψs = -ψp
蒸腾剧烈时： ψp < 0， ψw < ψs
第二节 植物细胞对水分的吸收
二、 细胞吸水的方式： 2.吸胀吸水：依赖于低的ψ m而引起的吸水。 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。
一、 植物的含水量 不同植物含水量不同 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％ 木本植物——稍低于草本植物。 一种植物，不同环境下有差异 荫蔽、潮湿 > 向阳、干燥环境 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。
第二章植物水分生理
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、
简述水分对植物的生态作用
简述水分对植物的生态作用水分对植物的生态作用是至关重要的。
它不仅直接参与了植物的生命活动，还在全球的生态系统中起到了关键的调节作用。
以下是对水分在植物生态方面的作用的详细阐述：1.参与生命活动：水是植物生命活动的必要条件。
从细胞的分裂、伸展、组织的形成，到养分的吸收、运输和利用，以及光合作用的进行，无一不需要水分的参与。
水还直接参与了植物的新陈代谢，为植物的生长和发育提供了必要的环境。
2.调节温度：水对植物生长环境的温度有着重要的调节作用。
当周围环境温度过高时，水可以帮助植物降温，防止植物受到热伤害。
反之，在温度过低时，水可以起到保温的作用，保护植物免受冻害。
3.维持水分平衡：水分的吸收和散发是植物维持水分平衡的关键。
通过根部吸收土壤中的水分，植物可以保持组织细胞的湿度，并调节其内部的水分平衡。
同时，通过叶片的蒸腾作用，植物可以排放多余的水分，防止水分在体内过度积累。
4.促进养分吸收：水是植物吸收养分的重要媒介。
土壤中的养分通常以溶解在水中的形式被植物吸收。
因此，水分的存在和流动是植物获取养分的关键。
5.调节光合作用：水还直接参与了光合作用的过程。
它不仅是光合作用的主要反应物之一，还在调节光合器官的水分平衡中起着重要作用。
通过控制水分的吸收和排放，植物可以调节叶片的气孔开度，从而影响光合作用的效率。
6.应对环境变化：水分对植物的生态作用还包括应对环境变化。
例如，在干旱条件下，植物可以通过减缓生长、关闭气孔等方式适应缺水的环境。
而在水分过多时，植物可以采取措施防止水分过度积累导致的伤害。
7.维持生态平衡：在全球生态系统中，水分的循环和分布对维持生态平衡起着重要作用。
通过降雨、蒸发、地表径流等过程，水分在不同的生态系统之间流动，影响着生态系统的稳定性和生物多样性。
8.促进生物多样性：水分的存在和变化还直接或间接地影响着各种生物的生存和繁殖。
在一些湿地和沼泽生态系统中，水分的存在和变化对保护生物多样性和维持生态系统的平衡具有特别重要的意义。
植物水分生理
植物生理学水分生理水是生命的源泉，是植物重要的生存条件之一。
水分对植物的生命活动有极其重要的生理和生态作用。
植物通过不断的从环境中吸取水分，保持其正常的含水量，参与各项生理代谢活动。
而植物吸收的绝大多数水分主要通过蒸腾作用散失至大气，就是通过蒸腾作用产生的“蒸腾拉力”以及根系主动吸水所产生的“根压”发挥其生物学功能，来促进植物对土壤矿质元素的吸收和运输，促进体内有机物运输。
植物正常的生命活动就是建立在对水分不断地吸收、运输、利用和散失的过程中。
水分在植物体内有自由水和束缚水两种存在形式，两种水分存在形式不是固定不变的。
自由水起到溶剂的作用，直接参与植物的生理过程和生化反应；束缚水则是被植物细胞的胶体颗粒或渗透物质亲水基团所吸引而不能自由移动。
因此，自由水/束缚水比值较高时，植物代谢活跃生长较快，抗逆性较差；反之则代谢活性低生长缓慢，抗逆性较强。
植物水势是偏摩尔体积的水在一个系统中的化学式与纯水在相同温度、压力下的化学式之间的差。
植物细胞和土壤溶液水势的组分均由溶质势（Ψs）、衬质势（Ψm）、压力势（Ψp）和重力势（Ψg）组成，即：Ψw=Ψm+Ψs+Ψp+Ψg。
其中，溶质势恒为负值、衬质势趋于零、压力势一般为正值、重力势为正值但可忽略不计，所以水势可表示为Ψw=Ψs+Ψp。
相同点：（1）土壤中构成溶质势的成分主要是无机离子,而细胞中构成溶质势的成分除无机离子外,还有有机溶质；（2）土壤衬质势主要是由土壤胶体对水分的吸附所引起的,而细胞衬质势则主要是由细胞中蛋白质、淀粉、纤维素等亲水胶体物质对水分的吸附而所引起的；（3）土壤溶液是个开放体系中,土壤的压力势易受外界压力的影响,而细胞是个封闭体系,细胞的压力势主要受细胞壁结构和松驰情况的影响。
如将一个植物细胞放在纯水中，因纯水水势永远大于植物细胞水势故植物细胞吸水植物细胞水势升高，有植物细胞壁的存在植物细胞不会吸水涨破，水势升高到一阶段遍不再变化。
在一个成熟的细胞中，原生质层相当于一个半透膜。