植物水分生理
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植物的水分生理
10MPa)，作物吸水困难。
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
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
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
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
第1章 植物水分生理
水的化学势差。
2、水势
水势（water potential）：是指在等温等压下，体系
中每偏摩尔体积的水与纯水的化学势差。
ψw=(μw-μwO)/ Vw,m μwO ：纯水的化学势。 μw-μwO ：表示水的化学势差,单位为J/mol。 Vw,m ：表示水的偏摩尔体积，单位为m3/mol。是指在恒温
第一章 植物的水分生理
水是植物的一个重要环境条件。植物一切正常生 命活动只有在细胞含有一定的水分状况下才能进行； 否则，植物的正常生命活动就会受阻，甚至死亡。所 以，在农业生产中，水是决定收成有无的重要因素之 一。农谚说：“有收无收在于水，收多收少在于肥”， 就是这个道理。
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）。
植物细胞高含水量及水的不可压缩性，使细胞产生 静水压，维持一定的紧张度，使植物保持固有姿态。 5、水调节植物体温和环境气候
水份可维持体温相对稳定。蒸腾散热，调节体温； 低温时灌水护苗；高温干旱时灌水调节温度和湿度。
早春寒潮降临时，秧田灌水可保温抗寒
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、植物细胞的水势
1、自由能与化学势 系统中物质总能量=束缚能+自由能
主要内容
第一节 水分在生命活动中的作用 第二节 植物细胞对水分的吸收 第三节 植物根系对水分的吸收 第四节 植物的蒸腾作用 第五节 植物体内水分向地上部分的运输 第六节 合理灌溉的生理基础
第一节 水分在生命活动中的作用
一、水分子的结构
二、水的物理化学性质 1、高比热容 2、高气化热 3、高溶解热 4、水的密度 5、水的蒸汽压 6、水的内聚力、粘附力和表面张力 7、水的高抗张（拉）力及不可压缩性 8、水的介电常数及溶解性
2、水势
水势（water potential）：是指在等温等压下，体系
中每偏摩尔体积的水与纯水的化学势差。
ψw=(μw-μwO)/ Vw,m μwO ：纯水的化学势。 μw-μwO ：表示水的化学势差,单位为J/mol。 Vw,m ：表示水的偏摩尔体积，单位为m3/mol。是指在恒温
第一章 植物的水分生理
水是植物的一个重要环境条件。植物一切正常生 命活动只有在细胞含有一定的水分状况下才能进行； 否则，植物的正常生命活动就会受阻，甚至死亡。所 以，在农业生产中，水是决定收成有无的重要因素之 一。农谚说：“有收无收在于水，收多收少在于肥”， 就是这个道理。
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）。
植物细胞高含水量及水的不可压缩性，使细胞产生 静水压，维持一定的紧张度，使植物保持固有姿态。 5、水调节植物体温和环境气候
水份可维持体温相对稳定。蒸腾散热，调节体温； 低温时灌水护苗；高温干旱时灌水调节温度和湿度。
早春寒潮降临时，秧田灌水可保温抗寒
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、植物细胞的水势
1、自由能与化学势 系统中物质总能量=束缚能+自由能
主要内容
第一节 水分在生命活动中的作用 第二节 植物细胞对水分的吸收 第三节 植物根系对水分的吸收 第四节 植物的蒸腾作用 第五节 植物体内水分向地上部分的运输 第六节 合理灌溉的生理基础
第一节 水分在生命活动中的作用
一、水分子的结构
二、水的物理化学性质 1、高比热容 2、高气化热 3、高溶解热 4、水的密度 5、水的蒸汽压 6、水的内聚力、粘附力和表面张力 7、水的高抗张（拉）力及不可压缩性 8、水的介电常数及溶解性
植物的水分生理
第一章植物的水分生理第一节植物对水分的需要一、植物的含水量（几-90以上%）主要影响因素：植物种类：水生植物、肉质植物>90%以上,草本植物为70-85%,在干旱环境中生长的低等植物（地衣、藓类）为6%。
生长环境：生长于阴蔽、潮湿环境中的植物较向阳、干燥环境中的高。
器官、组织种类：幼嫩>衰老。
根尖、茎尖、嫩幼苗、绿叶为60-90%，树干为40%，休眠芽为40%，风干种子为10-14%。
二、植物体内水分的存在状态1、束缚水—植物体内距离亲水物质（蛋白质、核酸等）较近而被之吸咐束缚不易自由移动的水分子。
2、自由水—植物体内距离亲水物质（蛋白质、核酸等）较远而不被吸咐束缚易自由移动的水分子。
自由水/束缚水：高，植物代谢旺，抗逆能力弱；低，植物代谢弱，抗逆能力强。
如：越冬植物和休眠的干燥种子，自由水/束缚水低，仅以极弱的代谢维持生命活动，但抗性却明显增强，能度过不良的逆境条件。
松、竹、梅，被称作“岁寒三友”，抗寒能力极强，也与体内束缚水多有关。
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2、水分是代谢过程的反应物质3、水分是植物对物质吸收和运输的溶剂4、水分能保持植物的固有姿态第二节植物细胞对水分的吸收吸水方式：扩散集流渗透性吸水（主要方式）三、渗透性吸水（一）概念1、渗透性吸水：细胞通过渗透作用吸水。
2、渗透作用：（广义）—物质由浓度高处向浓度低处扩散移动的现象。
（狭义）—水分子通过半透膜由水势高处向水势低处移动的现象。
3、半透膜：只能让水分子、葡萄糖分子等小分子物质自由通过，而不能让大分子物质自由通过的膜。
种子的种皮、细胞膜、猪膀胱等。
反之称为透性膜，如细胞壁。
4、水势—每偏摩尔体积水的化学势或水的偏摩尔自由能。
符号：ψ国际单位：兆帕（Mpa=106pa），1atm=1.013×103pa重要用途：衡量一个系统中水分子自由扩散能力的强弱，水势高，水分子自由扩散力强，反之则弱。
植物的水分生理植物对水分的吸收、运输、利用和散失
➢植物细胞通过改变水孔蛋白的活性，调节水孔蛋白在膜上的丰度 来调节膜对水的通透能植物力的。水分生理植物对水分的吸收、
运输、利用和散失
质壁分离及质壁分离的复原：
● 证明原生质层是半透膜；
● 判断细胞的死活；
● 测定细胞液的ψs（初始质壁分离）。★
原生质膜 半透膜
外液 ψw1
液泡 ψw2
植物的水分生理植物对水分的吸收、 运输、利用和散失
➢一 般 植 物 根 压 ： 0.1--0.2Mpa ， 木 本 植 物 根 压 ： 0.6-0.7Mpa。
➢ 伤流现象和吐水现象是证实根压存在的两种生理现象。
植物的水分生理植物对水分的吸收、 运输、利用和散失
➢ 伤流(bleeding)：从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象。 ➢ 从伤口流出的汁液叫伤流液（bleeding sap）。 ➢ 伤流液的数量和成分，可作为根系活动能力强弱的生理指标。 ★
根毛区 (根尖向上约10mm的范围) ★
根毛区的吸水能力最强的原因： ➢ 根毛区有许多根毛，增大了吸收面积（5－10倍）。 ➢ 根毛细胞壁外层由果胶质覆盖，粘性强，亲水性好有利于和土壤胶体
颗粒的粘着和吸水。 ➢ 根毛区的输导组织发达，对水移动阻力小，水分转移速度快。
根系吸水的机理
❖ 主动吸水 动力――根压
植物细胞是一个渗透系统（质壁分离及质壁分离的复原）
＊高水势外液中（低渗溶液） 细胞吸水 体积增大 图 ＊等水势外液中（等渗溶液） 细胞水分交换动态平衡 体积不变 ＊低水势外液中（高渗溶液） 细胞失水 体积变小（咸菜、果脯等制作）
➢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)
运输、利用和散失
质壁分离及质壁分离的复原：
● 证明原生质层是半透膜；
● 判断细胞的死活；
● 测定细胞液的ψs（初始质壁分离）。★
原生质膜 半透膜
外液 ψw1
液泡 ψw2
植物的水分生理植物对水分的吸收、 运输、利用和散失
➢一 般 植 物 根 压 ： 0.1--0.2Mpa ， 木 本 植 物 根 压 ： 0.6-0.7Mpa。
➢ 伤流现象和吐水现象是证实根压存在的两种生理现象。
植物的水分生理植物对水分的吸收、 运输、利用和散失
➢ 伤流(bleeding)：从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象。 ➢ 从伤口流出的汁液叫伤流液（bleeding sap）。 ➢ 伤流液的数量和成分，可作为根系活动能力强弱的生理指标。 ★
根毛区 (根尖向上约10mm的范围) ★
根毛区的吸水能力最强的原因： ➢ 根毛区有许多根毛，增大了吸收面积（5－10倍）。 ➢ 根毛细胞壁外层由果胶质覆盖，粘性强，亲水性好有利于和土壤胶体
颗粒的粘着和吸水。 ➢ 根毛区的输导组织发达，对水移动阻力小，水分转移速度快。
根系吸水的机理
❖ 主动吸水 动力――根压
植物细胞是一个渗透系统（质壁分离及质壁分离的复原）
＊高水势外液中（低渗溶液） 细胞吸水 体积增大 图 ＊等水势外液中（等渗溶液） 细胞水分交换动态平衡 体积不变 ＊低水势外液中（高渗溶液） 细胞失水 体积变小（咸菜、果脯等制作）
➢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)
植物的水分生理
⒊根系吸水的动力
根压 蒸腾拉力 蒸腾－内聚力－张力学说
⒋影响根系吸水的土壤条件
⑴土壤可用水分 ⑵土壤温度 ⑶土壤通气状况 ⑷土壤溶液浓度
⒌植物体内的水分运输
⑴水分运输的途径 水分在树木茎、叶细胞内的运输有两种途径： 经过死细胞 经过活细胞 ⑵植物体内水分运输的速度
1.3植物的蒸腾作用
⒈蒸腾作用的概念、意义和方式
⒊树干注药原理
树干注药防治
工人给树干注药
⒋合理灌溉
1.5旱涝灾害对植物的危害及抗性
香
⑴水生植物
蒲
王 莲
金鱼藻
沉水植物
浮叶植物
挺水植物
（2）陆生植物
湿生植物 中生植物 旱生植物
欧洲慈菇
湿生植物
灯心草
北美沙漠的仙人掌
沙蓬
南美的瓶子树 沙拐枣
旱生植物
⒉旱害与植物的抗旱性
⑴旱害的类型
大气干旱 土壤干旱
气孔开闭 1双子叶植物 2单子叶植物
⒊影响蒸腾作用的内外部条件
外界条件
光照 温度 大气湿度
CO2 风速 土壤
内部因素
气孔的构造 内部因素
1.4水分生理与园林生产
⒈抑制蒸腾作用 减少蒸腾面积 改变环境条件 使用抗蒸腾剂
2.植物移栽成活原理 保持和恢复植株的水分平衡平衡。
在植物挖运和栽植过程中，防止植株过度失水； 植物栽植后短期内恢复和扩大根系的吸收表面与能力； 根系与土壤颗粒密切接触，土壤有足够适量的水分供应。
⑵干旱对植物的危害
⑶植物的抗旱性 ⑷提高植物抗旱性的途径
抗旱锻炼 选择抗旱性园林植物 化学药剂处理 生长调节剂和抗蒸腾剂的使用 合理施肥
⒊涝害与植物的抗涝性
⑴涝害类型及危害 湿害 涝害
植物的水分生理
细胞液
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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
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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
1植物的水分生理
在而使水势降低的值；或称溶质势(solute potential， ΨS)，为负值
❖Ψπ =-iCRT ❖ C-溶液的摩尔浓度，T-绝对温度
R-气体常数，i-解离系数
❖ 压力势(pressure potential, Ψp )：由于细胞壁压力的 存在而引起细胞水势增加的值；一般为正值
❖ 衬质势(matrix potential, Ψm)：细胞胶体物质亲水性 和毛细管对自由水的束缚(吸引)而引起的水势降低 值；为负值
❖ 2）植物细胞的渗透性吸水 ❖ 半透膜：只允许水等小分子物质透过，其它溶
质分子或离子则不易透过的膜。如质膜和液泡膜
❖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， 称为渗透作用 ❖(osmosis)
❖ 3）植物细胞与外部溶液之间就构成了一个渗透 系统
高渗
原生质膜、
溶液
液泡膜是
半透膜
❖ 例如，休眠种子和越冬植物体内的自由水/束缚水比 例低。
❖1.1.3 水分对植物生命活动中的作用 ▪ 1）原生质的主要组分 原生质一般含 水量在70%-90% ▪ 2）代谢作用过程的反应物质 ▪ 3）植物对物质吸收和运输的溶剂 ▪ 4）保持植物的固有姿态
1.2 植物细胞对水分的吸收
❖1.2.1 水分进出细胞的途径 ❖ 1）单个水分子：通过膜脂双分子层的间隙进入细
❖ 换算关系：
❖
1 bar=0.1 MPa=0.987 atm，
❖ 或1 atm=1.013×105 Pa=1.013 bar。
溶液 纯水 海水
Ψw /MPa 0
-2.50
1mol·L-1蔗糖 1mol·L-1 KCl Hoagland营养液
-2.69 -4.50 -0.05
❖Ψπ =-iCRT ❖ C-溶液的摩尔浓度，T-绝对温度
R-气体常数，i-解离系数
❖ 压力势(pressure potential, Ψp )：由于细胞壁压力的 存在而引起细胞水势增加的值；一般为正值
❖ 衬质势(matrix potential, Ψm)：细胞胶体物质亲水性 和毛细管对自由水的束缚(吸引)而引起的水势降低 值；为负值
❖ 2）植物细胞的渗透性吸水 ❖ 半透膜：只允许水等小分子物质透过，其它溶
质分子或离子则不易透过的膜。如质膜和液泡膜
❖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， 称为渗透作用 ❖(osmosis)
❖ 3）植物细胞与外部溶液之间就构成了一个渗透 系统
高渗
原生质膜、
溶液
液泡膜是
半透膜
❖ 例如，休眠种子和越冬植物体内的自由水/束缚水比 例低。
❖1.1.3 水分对植物生命活动中的作用 ▪ 1）原生质的主要组分 原生质一般含 水量在70%-90% ▪ 2）代谢作用过程的反应物质 ▪ 3）植物对物质吸收和运输的溶剂 ▪ 4）保持植物的固有姿态
1.2 植物细胞对水分的吸收
❖1.2.1 水分进出细胞的途径 ❖ 1）单个水分子：通过膜脂双分子层的间隙进入细
❖ 换算关系：
❖
1 bar=0.1 MPa=0.987 atm，
❖ 或1 atm=1.013×105 Pa=1.013 bar。
溶液 纯水 海水
Ψw /MPa 0
-2.50
1mol·L-1蔗糖 1mol·L-1 KCl Hoagland营养液
-2.69 -4.50 -0.05
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气孔口径 长（μ m） 10～20
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。
• 植物体内水分长距离运输的主要途径是 （ ） • A 筛管和伴胞 • B 转移细胞 • C 胞间连丝 • D 导管和管胞
3.根系吸收水分的机制
(1)主动吸水
由于根系代谢活动而引起的根系吸水的过程称为主动 吸水。伤流和吐水都是主动吸水的表现。
1.根压
根压是木质部中的正压力。根压可使根部吸进的水分 沿导管输送到地上部分，同时土壤中的水分又不断地补充 到根部，这样就形成了根系的主动吸水。 伤流和吐水是证实根压存在的两种生理现象。
(一) 水在植物生命活动中的意义
1.植物的含水量及水在植物体内存在形 式
1.不同植物的含水量不同 2.同一植物不同器官和组织的含水量不同 3.同一器官和组织在不同生育时期含水量不同 4.同一植物生长在不同环境中的含水量不同
束缚水 与细胞组分紧密结合不能自由移动的水。束缚 水含量较为稳定，不易蒸发散失，也不作为溶剂或参与化学 反应。 自由水 与细胞组分之间吸附力较弱,可以自由移动的水。 自由水含量变化较大，可参与各种代谢活动。
把一发生质壁分离的植物细胞放入纯水中，细胞 的体积、水势、渗透势、压力势如何变化？（简 答题，8分）
答案要点：
初始质壁分离细胞的压力势为0，水势等于其渗透势且小于0， 放在纯水中，细胞吸水。随着细胞吸水的进行，细胞的体积、 水势、渗透势、压力势逐渐增大； 达到平衡后，细胞水势等于纯水水势，此时压力势和渗透势 绝对值相等，细胞体积、水势、渗透势、压力势都达到最大。
1.5 1
特例 1、强烈蒸腾下细胞 充 分 吸 水 Ψp为负值
0.5
0
-0.5
-1
2、初始质壁分离细胞
Ψp=0, Ψw= Ψs
-1.5
-2
-2.5 0.9
3、充分吸水细胞 Ψw=0， Ψp= -Ψs
1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
初始质 壁分离
Cell volume(times)
2008年考研题
2.吸胀吸水
指依赖于低ψm而引起的吸水。衬质吸引水分子的力量称 为吸胀力，衬质吸水膨胀的现象称为吸胀作用吸胀作用是细胞 吸水的方式之一。
2009年考研题
干种子的吸水力取决于种子的（ ） A重力势；B压力势；C衬质势；D渗透势
3.降压吸水
因ψp的降低而引发的细胞吸水。
细胞吸水过程中水势组分的变化
2.水分在植物生命活动中的生理作用
1.水是细胞原生质的主要组分
植物细胞原生质的含水量为70%～ 90%。
2.水在植物的生理活动中有着重要的作用
(1)水是代谢过程的反应物质
(2)水是物质运输吸收及生化反应的介质
(3)水使细胞维持膨压促进生长
(4)水使植物保持固有的姿态
3.水对植物生存有着重要的生态意义
(3)影响气孔运动的外界因素
1.光
光是影响气孔运动的主要环境因素。多数植物的气孔光 下张开,暗中关闭。 光促进气孔开启的效应有两种： 一种是通过光合作用发生的间接效应，这种效应可被光 合电子传递抑制剂二氯苯基二甲脲（DCMU）所抑制； 另一种是通过光受体感受光信号而发生的直接效应，这 种效应不被DCMU抑制。 红光和蓝光都可引起气孔张开，红光是通过间接效应； 蓝光是调控气孔开放最为有效的光质。
Ψp
膨压
３.衬质势
表面能够吸附水分的物质称为衬质，如细胞中的
纤维素、蛋白质、染色体属于衬质 ,由于衬质的存
在引起体系水势降低的数值称为衬质势。干燥种子
的Ψm可达-100MPa；
4.细胞的水势组成 ψ细胞=ψ细胞质=ψs+ψm+ψp 已形成液泡的ψ细胞＝ψ液泡＝ψs+ψp 未形成液泡的ψ细胞＝ψm
5.植物水势的测定方法
(1)液体交换法
2011年考研题
用小流液法测定某种植物叶片的水势，得到下列实验数据
试管编号 蔗糖溶液浓度 小液流方向 1 0 ↓ 2 0.20 ↓ 3 0.40 ↓ 4 0.60 ↑ 5 0.80 ↑ 6 1.0 ↑
（1）R=0.0083Mpa L-1K-1,t=27℃,解离素数i=1。请计算出被 测植物叶片的水势。如果要获得更精确的结果，仍然采用小液 流法应该怎样进行进一步的实验？（写出简要实验思路即可） （2）小液流测定植物组织水势的原理是什么？
Ψw0=0 1MPa=106Pa=10bar=9.87atm 海水为-2.5M Pa、 1M NaCl为–4.46MPa
2.水分的运动方式
(1)集流 集流 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。依靠水的集流能使土壤中的无机养 分和叶片制造的光合产物运往植物体的各个部分。
1.细胞的溶质势 溶质势 由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降 低的数值。为负值。溶液的溶质愈多，其溶质势愈 低。 溶质势又可称为渗透势。 一般陆生植物叶片细胞的溶质势是-2～-1 MPa， 旱生植物叶片细胞的溶质势可以低到-10 MPa。
2.细胞的压力势
原生质体吸水膨胀 ，对细 胞壁产生的压力称为膨压。细胞 壁在受到膨压作用的同时会产生 与膨压大小相等、方向相反的壁 压。 压力势 细胞壁对细胞的压 力而使细胞水势改变的值。压力 势一般为正值。 在特殊情况下 ，压力势也 可为负值或等于零。
尼亚加拉瀑布
黄果树瀑布
(2)扩散
扩散(diffusion)是物质分子从高化学势区域向低化学势 区域转移，直到均匀分布的现象。水的蒸发、叶片的蒸腾作用 都是水分子扩散现象。
(3)渗透
渗透作用 是指溶液中的溶剂分子通过半透膜的扩散现象。 半透膜也称选择透性膜
半 透 性 膜
3.植物细胞的水势
(1)植物细胞的水势组分
(2)气孔运动的机理(调节机制)
气孔运动 由于保卫细胞的膨压（水势）变化引
起的。保卫细胞的水势变化是由K+及苹果酸等
渗透调节物质进出保卫细胞引起的。
关于气孔运动的机理有多种学说，如：K+泵学 说、苹果酸代谢学说、淀粉与糖转化学说等。
2010年考研题
下列学说中，不属于解释气孔运动机制的是 A.K+累积学说； B.压力流动学说； C.淀粉-糖互变学说； D.苹果酸代谢学说
(二).植物细胞的水分关系
1.水势的基本概念
水势(water potential)是 美国水分生理学家克雷默从物 理化学中的化学势引导出并运 用于植物生理学的。
植物生理学上采用的水势的概念并不就 是水的化学势差，而是“每偏摩尔体积的水 的化学势差”:
ψw ＝ (μw-μwo)/ (Vw,m) .
2010年考研题
将一植物细胞放入0.1mol.L-1的蔗糖溶液中，水 分交换达到平衡时该细胞的ψw值 A.等于0.1MPa B.大于0.1MPa C.等于0 MPa D.小于0 MPa
4.植物细胞的吸水
1.渗透吸水
指由于ψs的下降而引起的细胞吸水。
含有液泡的细胞吸水，如根系吸水、气孔保卫细胞的吸水 主要为渗透吸水。
参考答案
（1） ψw=-iCRT=-1.245×106Pa，浓度梯度设置为0， 0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6
（2）原理：植物体内细胞间和植物与外界环境间的
水分移动方向都由水势差来决定。当植物细胞或组织 放在外界环境中时，会发生水分交换。即组织水势大 于外界水势时，组织失水，外液浓度降低
2.气孔的面积小，蒸腾速率高
气体通过多孔表面扩散的速率,不与小孔的面积成正比， 而与小孔的周缘长度成正比，这就是小孔律。在一定范围内， 孔越小, 边缘效应越明显，扩散的速率就越快。
3.保卫细胞具有多种细胞器
A.双子叶植物烟草一对保卫细胞的电 子显微照片(与叶面垂直)
4.保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构
（2)蒸气压法
(3)压力室法
（三）植物根系对水分的吸收
1.土壤的水分状况
毛管水 毛管上升水、毛管悬着水 --植物吸水的主要来源
物理状态
束缚水 土壤胶体吸附，不能利用 重力水
水分饱和的土壤中，由于重力，自上而 下渗漏出来的水分
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。
• 植物体内水分长距离运输的主要途径是 （ ） • A 筛管和伴胞 • B 转移细胞 • C 胞间连丝 • D 导管和管胞
3.根系吸收水分的机制
(1)主动吸水
由于根系代谢活动而引起的根系吸水的过程称为主动 吸水。伤流和吐水都是主动吸水的表现。
1.根压
根压是木质部中的正压力。根压可使根部吸进的水分 沿导管输送到地上部分，同时土壤中的水分又不断地补充 到根部，这样就形成了根系的主动吸水。 伤流和吐水是证实根压存在的两种生理现象。
(一) 水在植物生命活动中的意义
1.植物的含水量及水在植物体内存在形 式
1.不同植物的含水量不同 2.同一植物不同器官和组织的含水量不同 3.同一器官和组织在不同生育时期含水量不同 4.同一植物生长在不同环境中的含水量不同
束缚水 与细胞组分紧密结合不能自由移动的水。束缚 水含量较为稳定，不易蒸发散失，也不作为溶剂或参与化学 反应。 自由水 与细胞组分之间吸附力较弱,可以自由移动的水。 自由水含量变化较大，可参与各种代谢活动。
把一发生质壁分离的植物细胞放入纯水中，细胞 的体积、水势、渗透势、压力势如何变化？（简 答题，8分）
答案要点：
初始质壁分离细胞的压力势为0，水势等于其渗透势且小于0， 放在纯水中，细胞吸水。随着细胞吸水的进行，细胞的体积、 水势、渗透势、压力势逐渐增大； 达到平衡后，细胞水势等于纯水水势，此时压力势和渗透势 绝对值相等，细胞体积、水势、渗透势、压力势都达到最大。
1.5 1
特例 1、强烈蒸腾下细胞 充 分 吸 水 Ψp为负值
0.5
0
-0.5
-1
2、初始质壁分离细胞
Ψp=0, Ψw= Ψs
-1.5
-2
-2.5 0.9
3、充分吸水细胞 Ψw=0， Ψp= -Ψs
1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
初始质 壁分离
Cell volume(times)
2008年考研题
2.吸胀吸水
指依赖于低ψm而引起的吸水。衬质吸引水分子的力量称 为吸胀力，衬质吸水膨胀的现象称为吸胀作用吸胀作用是细胞 吸水的方式之一。
2009年考研题
干种子的吸水力取决于种子的（ ） A重力势；B压力势；C衬质势；D渗透势
3.降压吸水
因ψp的降低而引发的细胞吸水。
细胞吸水过程中水势组分的变化
2.水分在植物生命活动中的生理作用
1.水是细胞原生质的主要组分
植物细胞原生质的含水量为70%～ 90%。
2.水在植物的生理活动中有着重要的作用
(1)水是代谢过程的反应物质
(2)水是物质运输吸收及生化反应的介质
(3)水使细胞维持膨压促进生长
(4)水使植物保持固有的姿态
3.水对植物生存有着重要的生态意义
(3)影响气孔运动的外界因素
1.光
光是影响气孔运动的主要环境因素。多数植物的气孔光 下张开,暗中关闭。 光促进气孔开启的效应有两种： 一种是通过光合作用发生的间接效应，这种效应可被光 合电子传递抑制剂二氯苯基二甲脲（DCMU）所抑制； 另一种是通过光受体感受光信号而发生的直接效应，这 种效应不被DCMU抑制。 红光和蓝光都可引起气孔张开，红光是通过间接效应； 蓝光是调控气孔开放最为有效的光质。
Ψp
膨压
３.衬质势
表面能够吸附水分的物质称为衬质，如细胞中的
纤维素、蛋白质、染色体属于衬质 ,由于衬质的存
在引起体系水势降低的数值称为衬质势。干燥种子
的Ψm可达-100MPa；
4.细胞的水势组成 ψ细胞=ψ细胞质=ψs+ψm+ψp 已形成液泡的ψ细胞＝ψ液泡＝ψs+ψp 未形成液泡的ψ细胞＝ψm
5.植物水势的测定方法
(1)液体交换法
2011年考研题
用小流液法测定某种植物叶片的水势，得到下列实验数据
试管编号 蔗糖溶液浓度 小液流方向 1 0 ↓ 2 0.20 ↓ 3 0.40 ↓ 4 0.60 ↑ 5 0.80 ↑ 6 1.0 ↑
（1）R=0.0083Mpa L-1K-1,t=27℃,解离素数i=1。请计算出被 测植物叶片的水势。如果要获得更精确的结果，仍然采用小液 流法应该怎样进行进一步的实验？（写出简要实验思路即可） （2）小液流测定植物组织水势的原理是什么？
Ψw0=0 1MPa=106Pa=10bar=9.87atm 海水为-2.5M Pa、 1M NaCl为–4.46MPa
2.水分的运动方式
(1)集流 集流 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。依靠水的集流能使土壤中的无机养 分和叶片制造的光合产物运往植物体的各个部分。
1.细胞的溶质势 溶质势 由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降 低的数值。为负值。溶液的溶质愈多，其溶质势愈 低。 溶质势又可称为渗透势。 一般陆生植物叶片细胞的溶质势是-2～-1 MPa， 旱生植物叶片细胞的溶质势可以低到-10 MPa。
2.细胞的压力势
原生质体吸水膨胀 ，对细 胞壁产生的压力称为膨压。细胞 壁在受到膨压作用的同时会产生 与膨压大小相等、方向相反的壁 压。 压力势 细胞壁对细胞的压 力而使细胞水势改变的值。压力 势一般为正值。 在特殊情况下 ，压力势也 可为负值或等于零。
尼亚加拉瀑布
黄果树瀑布
(2)扩散
扩散(diffusion)是物质分子从高化学势区域向低化学势 区域转移，直到均匀分布的现象。水的蒸发、叶片的蒸腾作用 都是水分子扩散现象。
(3)渗透
渗透作用 是指溶液中的溶剂分子通过半透膜的扩散现象。 半透膜也称选择透性膜
半 透 性 膜
3.植物细胞的水势
(1)植物细胞的水势组分
(2)气孔运动的机理(调节机制)
气孔运动 由于保卫细胞的膨压（水势）变化引
起的。保卫细胞的水势变化是由K+及苹果酸等
渗透调节物质进出保卫细胞引起的。
关于气孔运动的机理有多种学说，如：K+泵学 说、苹果酸代谢学说、淀粉与糖转化学说等。
2010年考研题
下列学说中，不属于解释气孔运动机制的是 A.K+累积学说； B.压力流动学说； C.淀粉-糖互变学说； D.苹果酸代谢学说
(二).植物细胞的水分关系
1.水势的基本概念
水势(water potential)是 美国水分生理学家克雷默从物 理化学中的化学势引导出并运 用于植物生理学的。
植物生理学上采用的水势的概念并不就 是水的化学势差，而是“每偏摩尔体积的水 的化学势差”:
ψw ＝ (μw-μwo)/ (Vw,m) .
2010年考研题
将一植物细胞放入0.1mol.L-1的蔗糖溶液中，水 分交换达到平衡时该细胞的ψw值 A.等于0.1MPa B.大于0.1MPa C.等于0 MPa D.小于0 MPa
4.植物细胞的吸水
1.渗透吸水
指由于ψs的下降而引起的细胞吸水。
含有液泡的细胞吸水，如根系吸水、气孔保卫细胞的吸水 主要为渗透吸水。
参考答案
（1） ψw=-iCRT=-1.245×106Pa，浓度梯度设置为0， 0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6
（2）原理：植物体内细胞间和植物与外界环境间的
水分移动方向都由水势差来决定。当植物细胞或组织 放在外界环境中时，会发生水分交换。即组织水势大 于外界水势时，组织失水，外液浓度降低
2.气孔的面积小，蒸腾速率高
气体通过多孔表面扩散的速率,不与小孔的面积成正比， 而与小孔的周缘长度成正比，这就是小孔律。在一定范围内， 孔越小, 边缘效应越明显，扩散的速率就越快。
3.保卫细胞具有多种细胞器
A.双子叶植物烟草一对保卫细胞的电 子显微照片(与叶面垂直)
4.保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构
（2)蒸气压法
(3)压力室法
（三）植物根系对水分的吸收
1.土壤的水分状况
毛管水 毛管上升水、毛管悬着水 --植物吸水的主要来源
物理状态
束缚水 土壤胶体吸附，不能利用 重力水
水分饱和的土壤中，由于重力，自上而 下渗漏出来的水分