第一章水分代谢
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。
植物生理学考点概括(全)
第一章植物的水分代谢1.植物细胞吸水主要有2种方式：（1）吸涨吸水（2）渗透吸水2.渗透作用水分子通过半透膜从水势高的地方流向水势低的地方现象，叫做渗透作用。
3.细胞的水势:典型细胞水势也是由3部分组成的：ψw=ψπ+ψp+ψm渗透势ψπ指的是细胞液的水势，是由于溶质颗粒的存在，降低了水的自由能，因而其水势低于纯水的水势。
压力势ψp是指细胞壁对原生质体产生的压力，使细胞水势增加值，叫做压力势。
衬质势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。
4.水分进入细胞的途径：（1）一种是单个水分子通过磷脂双分子层的间隙进入细胞；（2）一种是水通过质膜上水孔蛋白中的水通道进入细胞。
5.根系吸水有两种动力：根压和蒸腾拉力。
6.根压：植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力，称为根压。
这个过程需要能量A TP的参加，是植物主动吸水的过程。
7.蒸腾作用：是指植物体内的水分以气体状态，通过植物体的表面，从体内散失到体外的过程。
蒸腾作用生理意义：1、蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的主要动力；2、蒸腾作用有助于对矿物质和有机物的吸收；3、蒸腾作用能够降低叶片温度。
8.蒸腾作用有三种方式：皮孔蒸腾、角质蒸腾、气孔蒸腾9.与气孔运动有关的蓝光受体：隐花色素：包括CRY1、CRY2；向光蛋白：包括PHOT1和PHOT210.气孔运动的渗透调节：（1）K+积累学说、保卫细胞质膜上的A TP质子泵，分解由氧化磷酸化或光和磷酸化产生的A TP，将H+分泌到保卫细胞外，使得包围细胞的PH升高，同时使保卫细胞的质膜超极化。
质膜内侧的电势变得更负，驱动钾离子从表皮细胞经过保卫细胞质膜上的钾通道进入包围细胞，在进入液泡。
钾离子的进入同时伴有少量氯离子的进入。
保卫细胞积累较多的钾离子和氯离子，水势降低水分进入保卫细胞气孔张开。
（2）淀粉－糖转化学说、蔗糖保卫细胞光合作用消耗二氧化碳，细胞质内的PH值升高，淀粉降解为可溶性糖，使细胞的水势下降，便从周围细胞中吸取水分，气孔便张开。
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。
植物生理学复习思考题答案
一、名词解释第一章植物的水分代谢1.水势：每偏摩尔体积的水的化学势称为水势。
2.渗透作用：溶液中的溶剂分子通过半透膜扩散的现象。
对于水溶液而言，是指水分子从水势高处通过半透膜向水势低处扩散的现象。
3.蒸腾作用：植物体内的水分以气态从植物体表散失到大气中去的过程。
4.蒸腾速率：又称蒸腾强度或蒸腾率，指植物在单位时间内、单位叶面积上通过蒸腾作用散失的水量。
第二章植物的矿质营养1.溶液培养：在含有全部或部分营养元素溶液中培养植物的方法2.载体运输学说：质膜上的载体蛋白属于内在蛋白，它有选择地与质膜一侧的分子或离子结合，形成载体－物质复合物，通过载体蛋白构象的变化，透过质膜，把分子或离子释放到质膜的另一侧。
第三章植物的光合作用5.光合作用：通常是指绿色细胞吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程。
从广义上讲，光合作用是光养生物利用光能把二氧化碳合成有机物的过程。
6.双光增益效应或爱默生增益效应：在用远红光照射时补红光(例如650nm的光)，则量子产额大增，比用这两种波长的光单独照射时的总和还要高。
这种在长波红光之外再加上较短波长的光促进光合效率的现象被称为双光增益效应，因这一现象最初由爱默生(Emerson)发现的，故又叫爱默生效应。
7.光合磷酸化：光下在叶绿体把ADP与无机磷合成ATP，并形成高能磷酸键的过程。
8.光补偿点：同一叶片在同一时间内，光合过程中吸收的CO2和呼吸过程释放的CO2等量时的光照强度。
9.光呼吸：植物的绿色细胞在光照下吸收氧气释放CO2的过程，由于这种反应仅在光下发生，需叶绿体参与，并与光合作用同时发生，故称作为光呼吸。
因为光呼吸的底物乙醇酸和其氧化产物乙醛酸，以及后者经转氨作用形成的甘氨酸皆为C2化合物，因此光呼吸途径又称为C2循环。
第四章植物的呼吸作用1.呼吸商：简称RQ，指植物在一定时间内，呼吸作用所释放的CO2的量与吸收的O2的量的比值。
2.温度系数：是指在生理温度范围内，温度每升高10 ℃所引起呼吸速率增加的倍数。
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
植物生理学--名词解释
第一章植物的水分代谢一、名词解释1．自由水：距离胶粒较远而可以自由流动的水分。
2．束缚水：靠近胶粒而被胶粒所束缚不易自由流动的水分。
3．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。
4．水势（ψw）：每偏摩尔体积水的化学势差。
符号：ψw。
5．渗透势即溶质势（ψπ）：由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值，符号ψπ。
用负值表示。
亦称溶质势（ψs）。
6．压力势（ψp）：由于细胞壁压力的存在而增加的水势值。
一般为正值。
符号ψp。
初始质壁分离时，ψp为0，剧烈蒸腾时，ψp会呈负值。
7．衬质势（ψm）：细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起的水势降低值，以负值表示。
符号ψm 。
8．小孔扩散律：气体通过多孔表面的扩散速率，不与小孔的面积成正比，而与小孔的周长成正比。
9．水分临界期：10．蒸腾作用：水分以气体状态通过植物体表面从体内散失到体外的现象。
11．根压：植物根部的生理活动使液流从根部上升的压力。
12．质壁分离:将植物细胞放到水势较低的浓溶液中，细胞渗透失水，细胞壁弹性有限，原生质体弹性较大，细胞继续失水造成细胞壁和细胞质分离的现象13．蒸腾速率：又称蒸腾强度，指植物在单位时间内，单位面积通过蒸腾作用而散失的水分量。
（g／dm2·h）14．蒸腾比率（效率）：植物每消耗l公斤水时所形成的干物质重量（克）。
15．蒸腾系数：植物制造 1克干物质所需的水分量（克），又称为需水量。
它是蒸腾比率的倒致。
16．内聚力学说：又称蒸腾流-内聚力-张力学说。
即以水分的内聚力解释水分沿导管上升原因的学说。
第二章植物的矿质营养一、名词解释1. 矿质元素:2．灰分元素：亦称矿质元素，将干燥植物材料燃烧后，剩余一些不能挥发的物质称为灰分元素。
3．大量元素：在植物体内含量较多，占植物体干重达万分之一以上的元素。
包括钙、镁、硫、氮、磷、钾、碳、氢、氧等9种元素（C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S）。
第一章 植物的水分代谢
(2)压力势(pressure potential) 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， 这就是细胞的压力势。
渗 透 装 置
图1－1 渗透现象
1.实验开始时
2.由于渗透作用纯水通过 选择透性膜向糖溶液移动， 使糖溶液液面上升。
经过一段时间后，由于水分子可以自由通过 半透膜，而蔗糖分子不可以。单位体积内，清水 中水分子数多于蔗糖分子中的，数多。故而导 致蔗糖溶液的液面升高。
3 关于气孔蒸腾的试验
试验当天：
试验三天后：
4.蒸腾作用的生理意义
运输动力 降温 气体交换 提高空气湿度，调节气候， 防止干旱
5
蒸腾作用的影响因素
5.1 内部因素
1）气孔频度（气孔数/cm2） 2）气孔大小 3）气孔开度
5.2 外部因素
1）光照 2）空气相对湿度 3）温度 4）风速
第四节 植物体内水分的运输
一、水分运输的途径：
土壤水分 木质部 薄壁细胞 叶肉 细胞 气孔 下腔 根毛 茎的 导管 皮层 叶脉 导管 内皮层
气孔
大气
Evaporation
Water molecules are “sticky”
Cohesion
Uptake
二、
水分运输的速度
不同植物、不同部位、不同环境都会影响 水分的运输速度
二.植物细胞吸水的途径
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一章水分代谢
几种常见化合物的水势
溶液 纯水
Ψw /Mpa 0
Hoagland营养液 -0.05
海水
-2.50
1mol·L-1蔗糖
-2.69ຫໍສະໝຸດ 1mol·L-1 KClΨs
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 相对体积
第一章水分代谢
（1）初始质壁分离时，V=1.0，
Ψp= 0， Ψw = Ψs = -2.0MPa
（2）充分膨胀时，V=1.5，
Ψw = Ψs + Ψp = 0 （3）剧烈蒸腾时，Ψp < 0
第一章水分代谢
（四）细胞间的水分移动（Ψw ，Map）
吸胀作用：指亲水胶体吸水膨胀的现象。
不同物质分子吸胀力大小是：蛋白质 > 淀粉 > 纤维素
干燥种子、根尖、茎尖分生细胞、果 实和种子形成过程中靠吸胀吸水。
细胞吸水饱和时ψm=0 三、细胞的代谢性吸水
代谢性吸水：利用细胞呼吸释放的能量 使水分透过质膜进入细胞的过程。
第一章水分代谢
四、水分进入细胞的途径 1、单个水分子通过膜脂双分子层的间 隙进入细胞 2、水集流通过质膜上水孔蛋白组成的 水通道进入细胞 水孔蛋白：是一类具有选择性地、 高效转运水分的膜通道蛋白。
存在状态：束缚水和自由水
束缚水（bound water）：被原生质组分 吸附，不能自由移动的水分。
自由水（free water）：不被原生质组分 吸附，可自由移动的水分。
自由水/束缚水是衡量植物代谢强弱和 抗性的生理指标之一。
第一章水分代谢
第一章水分代谢
二、水对植物的生理生态作用 生理作用：
1、水是原生质的主要组分 2、水直接参与植物体内重要的代谢过 程 3、水是物质吸收、运输的良好介质 4、水保持植物的固有姿态 5、细胞的分裂和生长需要足够的水
第一章水分代谢
生态作用： 1、调节植物体温 高比热：稳定植物体温 高汽化热：降低体温，避免高温危害 介电常数高：有利于离子的溶解 2、水对可见光有良好的通透性 3、水可调节对植物的生存环境
第一章水分代谢
第二节 植物细胞对水分的吸收※
渗透性吸水（具液泡细胞） 吸胀性吸水（未形成液泡的 吸水方式 细胞） 代谢性吸水（直接耗能）
第一章水分代谢
假设一个细胞的渗透势为-0.8Mpa , 将其放入渗透势为-0.3Mpa溶液中，请计 算细胞的压力势为何值时才分别发生下 列三种情况？
1、细胞体积变大 2、细胞体积变小 3、细胞体积不变
(ψW <0.5 ，≥0) (ψW >0.5 ，≤0.8) (ψW =0.5)
第一章水分代谢
二、细胞的吸胀吸水
第一章 水分代谢
第一节 水在植物生活中的重要性 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 蒸腾作用
※
第五节 植物体内的水分运输
第六节 合理灌溉的生理基础
第一章水分代谢
没有水就没有生命 “有收无收在于水”
第一章水分代谢
第一章水分代谢
第一节 水在植物生活中的重要性
一、植物的含水量及其存在状态 植物组织含水量一般为70%~90%。
第一章水分代谢
•
•• •
水通道 ••
•
•
•
•
•
••
•
•
水分子
水分跨膜移动途径示意图
第一章水分代谢
类脂
◇ 水孔蛋白的活化依靠磷酸化和脱磷酸化 作用调节。如依赖Ca2+的蛋白激酶可使其 丝氨酸残基磷酸化，水孔蛋白的水通道加 宽， 水集流通过量增加。如除去此磷酸基
Ψπ = -iCRT
i:解离系数，C：溶质浓度 常数，T：绝对温度
R：气体
第一章水分代谢
Ψp ：压力势，由于细胞壁压力 的存在而引起的水势增加值。
一般情况下，压力势为正值； 质壁分离时，压力势为零； 剧烈蒸腾时，压力势为负值。
第一章水分代谢
Ψm ：衬质势，由于细胞胶体物质 亲水性和毛细管对自由水的束缚而引起 的水势降低值。恒为负值。
未形成液泡的细胞有一定的衬质势 （如干燥种子的可达-100MPa），已形成 液泡的细胞衬质势很大，但绝对值很小 （趋于零），可忽略不计
故具有液泡的成熟细胞：
Ψw = Ψπ + Ψp
第一章水分代谢
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
-4.50
第一章水分代谢
（二）渗透作用
渗透作用（osmosis）：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。
纯水 糖水 半透膜
第一章水分代谢
植物细胞就是一个渗透 系统
成熟细胞的原生质层 （原生质膜、原生质和 液泡膜）相当于半透膜。
液泡液、原生质层和 细胞外溶液构成了一个 渗透系统。
第一章水分代谢
纯水的水势最高，定为0
单位：
Δμ J /mol N·m/mol N
Ψw =
=
=
=
Vw，m m3/mol m3/mol m2
水势的单位是压强的单位，帕斯卡 （Pa）、大气压（atm）、巴（bar）。
1bar=105Pa = 0.1MPa = 0.987atm
第一章水分代谢
Vw，m ：偏摩尔体积，指在恒温 恒压、其它组分不变的条件下，加入1 摩尔的水所引起的体积增量。
第一章水分代谢
一、细胞的渗透性吸水
（一）自由能、化学势、水势的概念 自由能（G）：物质能用于做功的潜
在能量。 化学势（μ）：每摩尔体积某物质的
自由能。
第一章水分代谢
水的G 1mol水的G
μw △μw= μw - μ˚w
△μw
Ψw ＝ Vw，m
水势（water potential）：每偏摩尔 体积水的化学势差。
A
B
-0.8 -0.6
C -0.4
（1）将细胞放入高水势溶液中： （2） 将细胞放入低水势溶液中： （3）将细胞放入等水势溶液中:
第一章水分代谢
：例如：有一为水分充分饱和的细胞， 将其放入比细胞液浓度低100倍的溶 液中，则其细胞体积（ ） A、变大 B、变小 C、不变
将一个细胞放入渗透势为-0.2MPa 的溶液中，达到动态平衡后，细胞的 渗透势为-0.6MPa，细胞的压力势等 于多少？
第一章水分代谢
质壁分离现象可以解决下列问题：
1、说明原生质层是半透膜 2、判断细胞死活 3、测定细胞的渗透势 4、观察物质通过细胞 的速率。
第一章水分代谢
（三）植物细胞的水势构成 ※
Ψw = Ψπ + Ψp + Ψm
Ψπ :渗透势，也称溶质势（Ψs） 由于溶质颗粒的存在而引起的水势降 低值。恒为负值。