第一章 植物的水分代谢
植物的水分代谢
0.2
37.8
2、水分的迁移方式
扩散（diffusion） 物质从高浓度(高化学势)的区域向低浓度(低化学势)区域自发的 转移称为扩散。 动力：两点间的化学势差(浓度差)。 对于短距离的物质运输有效。不适用于长距离运输。
渗透(osmosis)
当溶液被膜分开为两个部分时，溶质无法跨膜运输，溶剂的跨膜 扩散称为渗透。 渗透动力：膜两侧的水势差。 这是水分进入细胞的主要形式。
1.水分的生理作用
1）水是植物细胞原生质的重要组分
2）水是植物体内代谢过程的反应物质
3）水是植物各种生化反应和物质运输的介质 4）水使植物保持挺立的姿态 5）细胞的分裂和延伸生长都需要足够的水
•正常代谢的组织原生质呈溶胶状态；代谢弱的干种子，原生质呈凝胶状态。
2.水对植物的生态作用：
1)水是植物体温调节剂
处在强烈蒸发环境中的细胞ψP会成负值？
• 因为植物细胞壁的表面蒸发失水，原生质和液泡中的一部分水分 就外移到细胞壁中去。但这时并不发生质壁分离。在强烈的蒸发 环境中, 细胞壁内已经没有水分了，原生质体便与细胞壁紧密吸 附而不分离。所以在原生质收缩时，就会拉着细胞壁一起向内收 缩。由于细胞壁的伸缩性有限，所以就会产生一个向外的反作用
用质壁分离现象解决下列几个问题(P13)：
1、鉴定细胞死活
2、测定细胞的渗透势
3、观察物质透过原生质的难易程度 4、证明植物细胞是渗透系统
低水势
常态
纯水
细胞水势、溶质势、压力势与细胞体积的关系
• 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
饱和含水量
植物生理学第1章 水分代谢
3、细胞间的水分移动
土壤水势>植物根水势>茎木质部水势>叶片水势>大气水势
4、水分在植物体内的迁移方式 迁移方式主要有两种：集流和扩散
（1）扩散：是物质分子（包括气体分子、水分子、 溶质分子等）从高浓度区域向低浓度区域转移，直 到分布均匀的现象。水分子可以从高水势区域向低 水势区域扩散，但比较慢。 （2）集流：是在外力的作用下，大量水分子快速运 动的现象。如导管的输水作用。 （ 3）渗透作用（osmosis)：是指液体通过半透膜进 行扩散的现象，是扩散作用的一种特殊形式。
渗透作用（ osmosis) ：是指水分从水势高的系 统通过半透膜向水势低的系统进行扩散的现象， 是扩散作用的一种特殊形式。
图1.2 渗透作用示意图
稀溶液的渗透势可用范特· 霍 夫 （ Vant Hoff）计算渗透压的公式来计算： ψs=ψπ=-iCRT
式中 i为溶质的解离系数； C为溶质的体 积 摩 尔 浓 度 （ mol· L-1 ） ； R 为 气 体 常 数 (0.0083dm3· Mpa· mol-1· K-1) ； T 为绝对温度 (K) 。 对于一个开放系统来说，在常温常压下， 溶液的水势就等于其渗透势。
土壤中的水分是以集流的方式向根部移
动。水分移动的速率与土质有关。
农业的节水灌溉
微灌技术：有微喷灌、滴灌、渗灌及微管灌等。 将灌溉水加压、过滤，经各级管道和灌水器具灌水于 作物根际附近。微灌技术具有以下优点: (1) 微灌技术的节水效益更显著。与地面灌溉相比， 可节水 80％～ 85 ％ .(2) 同时微灌可以与施肥结合，利 用施肥器将可溶性的肥料随水施入作物根区，及时补 充作物需要的水分和养分，增产效果好。 (3) 微灌可 以使土壤疏松、保持颗粒状。（ 4）微灌使地表干燥， 不利于杂草生长。
第一章 植物的水分生理
2. 角质层蒸腾：叶片，5 ％～10％左右
3. 气孔蒸腾：叶片，可占蒸腾总量的 80％～90％。 （三）蒸腾作用的指标（3种） 1．蒸腾速率(transpiration rate) 植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸腾作用所散失水 分的量称为蒸腾速率，也可称为蒸腾强度。一般用每小时每平方米叶面积蒸腾水量的克数表 示（g.m-2.h-1或 mg.dm-2.h-1 ）。现在国际上通用 mmol.m-2.s-1来表示蒸腾速率。 2．蒸腾效率(transpiration ratio TR) 指植物在一定生长期内有光合作用所积累的干物质与 蒸腾失水量之比，也就是每蒸腾1kg水所形成干物质的g数。常用 g.kg-1 表示。
ψw=ψS+ψm+ψP+ψg
第二节 植物细胞对水分的吸收
1、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。
2、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。
第二节 植物细胞对水分的吸收
二、水的移动 水的移动方式有3种式：扩散、集流和渗透作用。 (一) 扩散 是物质分子（包括气体分子、水分子、溶质分 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。 （二）集流 是指液体中成群的原子或者分子（例如组成 水溶液各种物质的分子）在压力梯度（水势梯度）的作用下 共同移动的现象。 （三）渗透作用 是物质依水势梯度移动。指溶液中的溶 剂分子通过半透膜扩散现象。
植物的水分代谢解读
质壁分离（plasmolysis):植物细胞由于液泡失水而是 原生质体和细胞壁分离的现象 质壁分离的复原（deplasmolysis)
第二节 植物细胞对水分的吸收
4、细胞的水势
水势就是水的化学势。水流动需要能量，水用于做功的能量大小的 量度用水势来表示。一个系统中物质所含的能量可分为束缚能和自 由能两部分。束缚能是在恒温、恒压下不能做功的能量，而自由能 是在恒温恒压下用于做功的能量。只有自由能可用来做功，水只能 延着能量减小的方向移动，即从水势高向水势低的方向移动。
重力势ψ
g
：是水分因重力下移而引起水势降低的
力量，其大小取决于参考状态下水的高度（h）、
水的密度和重力加速度。
植物细胞水势的组分：
一个典型细胞的水势是由溶质势、压力
势、衬质势和重力势所组成。
ψ w =ψ
s
+ψ
p
+ψ
m
+ψ
g
对已形成中央大液泡的成熟植物细胞
来说，由于原生质仅为一薄层，液泡内的
大分子物质又很少，衬质势 ψ 为 ψ w =ψ 质势 ψ
水势的单位：兆帕（ MPa ）、帕（ Pa ）、巴
(bar)、大气压(atm)。 1巴=0.1MPa = 0.987 大气压 = 105 帕
cell水势、溶质势、压力势/MPa
1.5 1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5
Ψp Ψw
Ψs
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 相对体积
水势的应用
水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转,故水势 可用于判断水分迁移的方向。如：
1.
相邻细胞的水分转移：水分由水势高的细胞沿水势梯度流向 水势低的细胞。 植物体内的水分转移：植株地上部分的水势低于根系，故根 系水分可向地上部分运转。
植物的水分代谢.
第二节 植物细胞对水分的吸收
细胞吸水有三种方式： 吸胀作用吸水（形成液泡前） 渗透性吸水（形成液泡后） 代谢性吸水（形成液泡后）
一、植物细胞的渗透性吸水
1、扩散和渗透作用 扩散是物质分子从高浓度向低浓度转移，直到均匀分布的现象。 渗透作用是扩散作用的特殊形式，是水分通过半透性膜的扩散作用。 半透性膜的特点是：
1巴=0.1MPa = 0.987 大气压 = 105 帕
cell水势、溶质势、压力势/MPa
1.5
1.0
0.5
Ψp
0
-0.5
-1.0 -1.5
Ψw
-2.0 -2.5
Ψs
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 相对体积
水势的应用
水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转,故水势 可用于判断水分迁移的方向。如：
ψw =ψs +ψp 没有形成液泡如风干种子的细胞，衬 质势ψm 可达-100MPa，渗透势ψs和压力 势ψp很小，可忽略不计，所以它们的细胞 水势可表示为：
ψw =ψm
水势的大小和单位：
纯水的水势(ψw0)最大ψw0=0，植物细胞的 水势都为负值。
水势的单位：兆帕（MPa）、帕（Pa）、巴 (bar)、大气压(atm)。
内皮层（凯氏带）阻碍了水通过。内皮层通道自保就是一个具有选 择性的膜，对根中水分运转其调控作用
2）蒸腾拉力—被动吸水
蒸腾拉力（transpirational pull）：由于蒸腾作用产生的一系 列水势梯度使导管中水分上升的力量。主要动力
3 根系吸水的影响因素 A) 植物本身因素
1) 根系发达程度： 根系密度（root desity): cm/cm3
μw-μw0
植物生理考研专用
植物生理考研专用第一章植物的水分代谢名词解释：1、水势：每偏摩尔体积水的化学势差。
就是说，水溶液的化学势与纯水化学势之差，除以水的偏摩尔体积所得的商，称为水势。
2、根压：由于植物根系生理活动促使液流从根部上升的压力3、伤流：从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象4、水分临界期：植物在生命周期中对缺水最敏感、最易受害的时期5、内聚力学说：以水分的内聚力（相同分子间互相吸引的力量）来解释水分在木质部中上升的学说6、小孔扩散规律：指气体通过多孔表面扩散的速率,不与小孔的面积成正比，而与小孔的周长或直径成正比的规律。
气孔蒸腾速率符合小孔扩散律填空：1、水分在植物体内由（自由水）和（束缚水）两种形式存在2、将一个充分饱和的细胞放入比其细胞液还低10倍的溶液中，其体积（变小）3、细胞间水分子移动的方向决定于（水势差），即水分从（水势高）的细胞流向（水势低）的细胞4、（伤流）和（吐水）现象可以证明根压的存在5、细胞中自由水越多，原生质粘性（越小），代谢（越旺盛），抗性（越弱）6、植物细胞吸水有多种方式，未形成细胞液的细胞靠（吸胀作用）吸水，液泡形成后主要靠（渗透作用）吸水7、相邻的两个植物细胞，水分移动方向决定于两端细胞的（水势差异）8、干燥种子吸收水分的动力是（吸胀作用）判断题：（只有对的）1、处于初始质壁分离状态的细胞，若其细胞内液浓度等于外液浓度，则细胞的吸水速度与排水速度相等，出现动态平衡2、水分通过根部内皮层，需经过共质体，因而内皮层对水分运转起调节作用3、将ΨP=0的细胞放入等渗溶液中，其体积不变4、植物体内水在导管和管胞中能形成连续的水柱，主要是由于蒸腾拉力和水分子内聚力的存在问答题：1、温度过高或过低为什么不利于根部吸水？答：温度尤其是土壤温度与根系吸水关系很大。
过高或过低对根系吸水均不利。
（1）低温使根系吸水下降的原因：①水分在低温下粘度增加，扩散效率降低，同时由于细胞原生质粘度增加，水分扩散阻力加大；②根呼吸效率下降，影响根压产生，主动吸水减弱；③根系生长缓慢，不发达，有碍吸水面积扩大。
植物生理学精要1、2章
第一章 植物的水分代谢 一、名词解释： 植物的水分代谢：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 水势：（ψw 或φw ）：在一个系统（溶液）中，水的化学势与相同温度压力下纯水的化学势之差，再除以水的偏摩尔体积。
1bar=105Pa = 0.1MPa = 0.987atm水势的单位是压强单位，帕斯卡（Pa ）、大气压（atm ）、巴（bar ）渗透作用：水分子通过半透膜扩散的现象，是扩散作用的一种特殊形式。
渗透压：渗透作用所形成的流体静压叫渗透压渗透吸收：依赖渗透作用的吸水方式为渗透吸水植物根系的主动吸水：由植物根系生理活动而引起的吸水过程称为主动吸水质外体途径：水分通过质外体进入根内部质外体是指由细胞壁、细胞间隙、胞间层以及导管的空腔组成的体系。
根中的质外体被内皮层凯氏带分隔成两个区域：外部质外体和内部质外体。
共质体途径：土壤水分通过共质体进入根内部导管共质体是指由胞间连丝把一个个生活细胞的原生质体连成一体的体系。
水分在共质体内运输时需要跨膜，移动阻力较大。
植物根系的被动吸水：由蒸腾作用产生的水势梯度而引起根的吸水称为被动吸水 吸胀吸水：依赖于低的衬质势而引起的吸水称为吸胀吸水。
蒸腾作用：植物体内的水分以气态方式从植物体的表面向外界散失的过程称为蒸腾作用二、知识点：植物的水分代谢包括哪些内容？水分的吸收→水分的运输→水分的利用→水分的散失自由水/束缚水的生理意义？是衡量植物代谢强弱和抗性强弱的生理指标之一。
二者比值越大代谢越旺盛；反之，抗性越强。
溶液水势高低与溶液浓度的关系？纯水的水势为零，其他任何溶液的水势为负值。
溶液浓度愈大，水势值愈小。
若体系存在水势差，则发生水分子转移，水分总是从水势高处向水势低处移动，直至两处水势差为0。
植物细胞水势的组成？溶质势、重力势、衬质势和压力势（帕）Pa N/m J/m mol m mol J 23131===⋅⋅=--w ψ溶液渗透压与浓度的关系？水分移动方向与渗透压的关系？ψs =ψπ=－π=－iCRT溶液越浓=渗透压越大=水势越低。
第一章水分
二、吸涨吸水
1.吸涨力：亲水物质与水分子 间存在亲和力，两者相互作 用，吸引水分子的力量。如 附着力、毛细管力、电化学 作用等。
2. 吸涨作用 ：原生质及细胞壁 的组成成分吸水膨胀的作用。
3. 吸涨吸水特点Fra bibliotek（1）液泡形成之前的主要吸水方式。
如种籽萌发、幼嫩细胞；
（2）不同物质吸涨力不同。
蛋白质、淀粉、纤维素吸涨力依
压压力的势存（在ψp而）增：加在的植水物势组。织为中正由值于或静为水0（质 壁分离）。（由于细胞壁压力的存在而增 加的水势。水进入细胞，使细胞的体积膨 大，增加了水分向细胞外移动的趋势，）
植物组织（细胞）水势：ψW=ψS+ψm +ψp
小结：
1、纯水的自由能最大，水势最高； 2、浓度越浓水势越低； 3、水势一般以相对值表示，把纯 水定为0，溶液与其相比为负值； 4、水从高水势处流向低水势处。
次递减。
（3）吸涨作用的大小就是衬质势（ψm） 的大小（幼嫩细胞在形成液泡之前富
含原生质）。
三、代谢吸水 利用细胞呼吸释放的能量，使水分
经过质膜 而进入细胞的过程。 试验证明，通气良好，细胞呼吸加
强，细胞吸水增强；相反，减少氧气或 用呼吸抑制剂处理，细胞呼吸速率降低， 细胞吸水减少。
第三节 植物根系对水分的吸收
ψW=（μw-μ0w）/Vw=Δμw/Vw
水的偏mol体积：指加入1mol水使体系的 体积发生的变化。
理解： （1）加入1mol水时，对体系体积的增量； （2）不同含水体系数值不同； （3）纯水的mol体积为18cm3/mol。 （4）稀溶液，应用时代替纯水的mol体积。 水势的概念：“体系中的水与纯水之间每单 位体积水的自由能差”。
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第一章植物的水分代谢一填空题1 淀粉磷酸化酶在pH值降低时催化________转变为________，在光下由于光合作用的进行，保卫细胞中的________减少，pH值上升。
2 典型植物细胞的水势是由________组成的，细胞间水分子移动的方向决定于________，即水势________的细胞向水势________的细胞方向流动。
3 植物根系吸水的动力是________和________，其中________较为重要。
4 将已发生质壁分离的细胞放入清水中，细胞的水势变化趋势是________，细胞的渗透势________，压力势________。
当________时，细胞停止吸水。
5 水分在植物细胞内以________和________状态存在，________比值大时，代谢旺盛；________比值小时，代谢降低。
6 在相同________下，一个系统中一偏摩尔容积的________与一偏摩尔容积的________之间的________，叫作水势。
7 ________和________现象可以证明根压的存在。
8 当相邻两个植物细胞连在一起时，水分移动方向决定于两端细胞的________。
9 植物对蒸腾的调节方式有________、________和________。
10 植物根部吸水能力最强的部位为________，因为________________。
二是非题1 Leave is always the source and root is always the sink in the source-sink relationship.（）2 Osmotic adjustment is an active process in reducing the plant osmotic potential during water deficiency. （）3 小麦从灌浆期倒乳熟末期是它的第二水分临界期。
（）4 伤流速度主要取决于木质部溶液与外界溶液的水势差。
（）5 深秋的早晨，树木花草叶面上有许多水滴，这种现象称为吐水。
（）6 落叶乔木在春天芽刚萌动时主要依靠根压吸收水分。
（）7 植物的蒸腾比率越大，说明其越抗旱。
（）8 土壤中水分越多，对植物吸收越有利。
（）9 植物蒸腾系数大，说明其利用水效率低。
（）10 蒸腾效率高的植物，一定是蒸腾量小的植物。
（）11 具液泡的细胞，其衬质势数值很小，通常忽略不计。
（）12 细胞水势在根部距离导管越远，则越高。
（）三选择题1 The direction of water movement between adjacent cells is determined by the _______ gradient of the cells.A. water potentialB. osmotic potentialC. pressure potentialD. matric potential2 The loss of water from plants is called ____ and typically occurs through the ____.A. evaporation, leavesB. transpiration, leavesC. transpiration, stemD. osmosis, roots3 Through which part of the leaf does water transpire?A. stomataB. epidermisC. xylemD. chloroplast4 When the guard cells have a ___ water pressure, they become ____ and close the stoma.A. low, turgidB. low, flaccidC. high, turgidD. high, flaccid5 Which of the following systems functions to absorb water and minerals?A. leafB. stemC. rootD. flower6 A cell that is hypertonic...A. will experience a net movement of water into the cell from the surrounding environment.B. has a lower concentration of solutes than the surrounding environment.C. will experience a net movement of water out of the cell into the surround environment.D. is in danger of plasmolysis.7 What is the term for a situation in which water osmoses out of a cell and into the surrounding environment?A. lysisB. plasmolysisC. hemolysisD. hydrostatic pressure increase8 Which types of molecules usually will not pass through the membrane's lipid core?A. permeableB. nonpolarC. smallD. polar9 During the two procedures from lab, what was the indicator that cell membranes were damaged?A. Betacyanin leaked from the tonoplast and the plasma membrane, turning the water red.B. Betacyanin was absorbed from the water turning the tonoplasts red.C. Tonoplasts were produced.D. The cell membrane pulled away from the cell wall.10 吐水时由于高温高湿环境下A. 蒸腾拉力引起的B. 根系生理活动的结果C. 土壤中水分太多的缘故D.空气中水分多的缘故11 把植物组织放在高渗溶液中，植物组织是________A. 吸水B. 失水C. 水分动态平衡D. 水分不动12 水分沿导管或管胞上升的主要动力是________A. 吐水B. 内聚力C. 蒸腾拉力D. 根压13 渗透作用进行的条件是________A. 水势差B. 细胞结构C. 半透膜D. 半透膜的膜两侧水势差14 如果外液的水势高于植物细胞的水势，这种溶液称为________A. 等渗溶液B. 高渗溶液C. 平衡溶液D. 低渗溶液15 风干种子的萌发吸水靠________A. 代谢作用B. 吸胀作用C. 渗透作用16 在同温同压条件下，溶液中水的自由能与纯水相比________A. 要高一些B. 要低一些C. 两者相等17 植物的保卫细胞中的水势变化与下列哪项有关________A. 糖B. 脂肪酸C. 苹果酸四名词解释1 吐水2 共质体3 渗透势4 蒸腾系数5 根压6 渗透作用7 水势8 生理干旱五解释现象1 小麦灌浆期缺水严重减产。
2 水分沿着植物茎部导管上升可高达100m，为什么水柱不断？3 为什么有时在植物移栽时要剪掉一部分叶子，根部还要带土？4 为什么植物受水淹时反而出现萎焉现象？5 盛夏中午植物不宜浇水，为什么？6 植物如何维持其体温的相对恒定？7 植物叶片水势的日变化如何？六问答题1 If a grocer wanted to keep his fresh vegetables fresh and crispy, which type of water would he spray on them and why, distilled water, salt water, or no water at all?2 What factors affect the direction of diffusion? If diffusion is observed to stop, does this mean that the molecules have stopped moving? Why or why not?3 What is the basic driving force that causes the opening and closing of stomata? Exactly how does this affect the stomata?4 Briefly describe how light, wind, and humidity affect transpiration.5 How to promote the water utilization efficiency on the basis of different photosynthetic pathways of plants?6 试述植物气孔开闭的机理。
7 试以淀粉—糖转化学说，说明叶片气孔开闭的原因。
8 为什么说水是植物进行正常生命活动所必需的外界环境条件？9 水分代谢与植物体温的关系何在？10 举例说明外界环境条件对根系吸水和蒸腾作用的影响。
11 请说明保卫细胞的水势在光照和黑暗的不同条件下为什么不同。
12 溶液中的水势为什么是负值？13 植物水分代谢包括哪些过程？。