分析植物的根系与水分吸收关系
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。
《水分的吸收》 知识清单
《水分的吸收》 知识清单 一、水分吸收的重要性 水分对于生物的生存和正常生理功能的维持至关重要。在植物中，水分是光合作用的原料之一，参与各种代谢过程，还能保持细胞的膨压，使植物挺立。对于动物而言，水分是构成细胞和体液的重要成分，有助于营养物质的运输和代谢废物的排出。
二、植物水分吸收的部位和途径 1、 根部是植物吸收水分的主要部位 植物的根系非常发达，尤其是根尖的根毛区。根毛增加了根部与土壤的接触面积，大大提高了水分吸收的效率。
2、 水分进入植物的途径 水分首先通过细胞壁和细胞间隙进入根毛细胞，然后依次通过皮层、内皮层、中柱薄壁细胞，最终进入导管。
三、植物细胞对水分的吸收方式 1、 渗透吸水 这是植物细胞最常见的吸水方式。当细胞内的溶质浓度高于细胞外时，细胞外的水分就会通过细胞膜进入细胞内。
2、 吸胀吸水 未形成液泡的细胞，如干燥的种子，主要通过吸胀作用吸水。细胞中的亲水性物质（如蛋白质、淀粉等）会吸附水分子。
四、影响植物水分吸收的因素 1、 土壤溶液浓度 如果土壤溶液浓度过高，会导致植物细胞失水，从而影响水分吸收。 2、 土壤通气状况 良好的通气状况有助于根系的呼吸作用，为水分吸收提供能量。 3、 土壤温度 适宜的温度能提高根系的代谢活动，促进水分吸收。温度过低或过高都会抑制根系的功能。
4、 植物蒸腾作用 蒸腾作用是水分从植物体内散失的过程，它能产生蒸腾拉力，促进根部对水分的吸收。
五、动物水分吸收的方式 1、 消化道吸收 例如，人类通过饮水和进食摄取水分，水分在消化道中被吸收进入血液循环。
2、 皮肤吸收 在某些低等动物中，皮肤具有一定的透水性，可以吸收少量水分。 六、动物体内水分平衡的调节 1、 肾脏的调节 肾脏通过过滤、重吸收和分泌等过程，调节尿液的生成量和成分，从而维持体内水分和电解质的平衡。
2、 激素调节 抗利尿激素能促进肾小管和集合管对水分的重吸收，减少尿量；醛固酮则能调节钠离子和钾离子的平衡，间接影响水分平衡。
第二节植物对水分的吸收、运输、利用和散失(第一课时)
第二节植物对水分的吸收、运输、利用和散失（第一课时）宁海县桃源中学王兆永【教学目标】：1．知识与技能：（1）了解水对植物生命活动的作用。
（2）演示植物吸水、失水实验，认识植物细胞吸水、失水原理。
（3）了解植物对水分的吸收、运输和利用。
2．过程与方法：（1）通过合作形式进行探究实验，激发学生学科学、爱科学的热情。
（2）培养学生发现问题解决问题的能力。
3．态度、情感与价值观：（1）培养学生实事求是的科学态度（2）通过学习使学生保持对自然的好奇心和对科学的求知欲。
【重点】：植物细胞吸水、失水原理，植物对水分的运输和利用【难点】：植物细胞吸水、失水原理【课前准备】：（1）多媒体课件（2）学生进行预习“实验：植物细胞的吸水和失水”，确定实验方案，准备实验用具。
【教学方法】：实验与讲述、观察与讨论相结合【教学过程】：一、新课引入：教师出示一盆已轻度萎蔫植物，同时演示多媒体，并结合植物在夏天傍晚的现象，提出以下问题：师问：植物为什么会出现萎蔫现象?结论：植物的生长离不开水，吸水器官是根。
师问：如何消除萎蔫现象，使植物正常生长?从而引出植物又是如何靠细胞吸水、失水的?板书：植物对水分的吸收、运输、利用二、探究新知：（一）、植物细胞吸水、失水的原理学生实验一用两块2cm见方，0．5cm厚的萝卜块，分别投入盛有清水和20%NaCl水溶液中，液体要浸没萝卜块。
过一会儿取出萝卜，迅速吸干，同时放在天平上称量。
比较两萝卜的质量变化及其大小。
现象：放在清水中的萝卜块质量变大了，放在盐水中的萝卜块质量变小了。
教师用多媒体演示上述实验过程。
教师提问:植物细胞为什么会在不同的情况下失水和吸水?师讲述:为探究这个问题我们先要通过演示实验搞清“溶液”和“浓度”的含义。
教师演示实验二:取甲、乙、丙三只烧杯，放入等量的蒸馏水。
演示步骤(1):向乙烧杯中加入一小勺盐，形成盐水。
引导学生找出蒸馏水和盐水的区别，知道溶液的含义。
演示步骤(2):向丙烧杯中加两小勺盐使其溶解，问丙杯液体是溶液吗?与乙杯有什么不同?引导学生理解浓度的含义。
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。
植物根系吸收养分的过程特点
植物根系吸收养分的过程特点植物的根系是植物体的重要组成部分，它扎根于土壤中，起到了固定植物体、吸收水分和养分的重要作用。
根系吸收养分的过程特点如下：1. 超细根毛增加吸收面积：植物根系具有许多细小的根毛，这些根毛分布在根系的外表面，形成了非常庞大的吸收面积。
根毛的数量和长度非常多，可以迅速扩大根系的吸收面积，增加养分的吸收效率。
2. 渗透作用提高养分吸收：植物根系通过渗透作用吸收水分和养分。
渗透作用是指根毛细胞内外浓度差引起的水分和养分自由扩散的过程。
根毛表面的细胞壁具有渗透膜，可以选择性地吸收水分和养分，增加了养分吸收的速度和效率。
3. 主动吸收养分：植物根系通过主动运输机制吸收养分。
主动运输是指植物根系通过能量消耗，将养分从低浓度区域转运到高浓度区域的过程。
植物根毛细胞内含有许多活跃的离子泵和转运蛋白，可以主动地吸收水分和养分，使其浓度在根毛细胞内保持较高水平。
4. 吸附作用提高养分吸收：植物根系通过吸附作用吸附养分。
吸附作用是指植物根系表面的吸附体质（如根毛表面的细胞壁）与养分之间的物理或化学作用。
根系表面的吸附体质可以吸附和固定养分，防止其被土壤颗粒吸附或流失，提高养分的吸收效率。
5. 激素调控养分吸收：植物根系通过激素调控养分吸收。
激素是植物体内具有调节生长和发育的特殊化合物。
植物根系分泌的激素可以调控根毛的生长和发育，使其更好地适应养分的吸收环境。
同时，激素还可以调节根系对特定养分的选择性吸收，增加养分吸收的效率。
6. 与土壤微生物互利共生：植物根系与土壤中的微生物形成互利共生关系。
土壤中的微生物可以分解有机物，释放出养分供植物吸收，同时植物根系分泌的有机物也可以促进土壤微生物的生长和活动，增加养分的有效性和可利用性。
植物根系吸收养分的过程特点是：通过超细根毛增加吸收面积，通过渗透作用和主动运输机制提高养分吸收效率，通过吸附作用固定养分，通过激素调控养分吸收，与土壤微生物互利共生等方式，使植物能够更好地吸收和利用土壤中的养分，保证其正常生长和发育。
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”。
植物的水分生理
高浓度溶液中， 高浓度溶液中，植 物细胞液泡失水， 物细胞液泡失水， 原生质体与细胞壁 分离的现象。 分离的现象。
Plasmolysis Deplasmolysis
低浓度溶液中， 低浓度溶液中，植 物细胞液泡吸水， 物细胞液泡吸水， 原生质体与细胞壁 重新接触的现象。 重新接触的现象。
3. 植物细胞是一个渗透系统
成熟细胞的原生质层（原生质膜、 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。 原生质和液泡膜）相当于半透膜。 半透膜 液泡液、原生质层和细胞外溶液构 液泡液、 成了一个渗透系统。 成了一个渗透系统。 证明植物细胞是一个渗透系统 质壁分离（plasmolysis） 质壁分离（plasmolysis）
1. 学习水势概念的意义?
2.水势的哪一种成分较容易测定?
第三节 植物根系对水分的吸收※
根吸水的区域： 根吸水的区域： 根毛数量度多 吸收面积大； 数量度多， 根毛数量度多，吸收面积大； 细胞壁较薄，透水性好； 细胞壁较薄，透水性好；
输导组织发达
•栽植物时要带土，尽量减少根毛损伤，以利成活。 栽植物时要带土，尽量减少根毛损伤，以利成活 栽植物时要带土
水孔蛋白广泛分布于植物各个组织。 水孔蛋白广泛分布于植物各个组织。 所有的活细胞均有aquaporins,不同的组织有不同的 不同的组织有不同的 所有的活细胞均有 aquaporins。根系水分进入有约 控制。 。根系水分进入有约80%由aquaporins控制。 由 控制
三、细胞的渗透作用 1.渗透作用
纯水 糖水 半透膜（水分子可自由移动而
溶质不能自由移动）
2.自由能和水势 2.自由能和水势
第二章 植物的水分生理 (2)
压力势(ψp)
压力存在使水势改变，加正压力，增加水势，反之降低水势。
重力势(ψg)
重力存在使水势增加。
使体系水势增高的因素有：
①正压力； ②升高温度； ③升高海拔高度。
使体系水势降低的因素有：
①溶质； ②衬质； ③负压力； ④毛细管力； ⑤降低温度； ⑥降低海拔高度。
五、水的移动
(一)集流 集流(mass flow或bulk flow)
自由水(free water)：与细胞内胶体之间吸附力较弱，可以自由移动的 水。
特点：含量变化大，参与代谢。
其相对含量与植物的生命活动有关。
2.水是代谢过程的反应物质
光合、呼吸、许多有机物质的合成与分解。
3.水是各种生理生化反应和运输物质的介质
水分子具有极性，是自然界中能溶解物质最多的良好溶剂。
4.水能使植物保持固有的姿态。
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。
高于-0.01MPa的水为重力水.
相当于土壤永久萎蔫系数的水，其水势约为-1.5MPa
二、根系吸水的部位
根系吸水的部位主要在根的尖端，从根尖开始向上约10mm的范围内， 包括根冠、根毛区、伸长区和分生区，其中以根毛区的吸水能力最强。
①根毛区有许多根毛，这增大了吸收面积(约5～10倍)；
②根毛细胞壁的外层由果胶质覆盖，粘性较强，亲水性 好，从而有利于和土壤胶体颗粒的粘着和吸水；
植物根系吸水的主要方式简述说明过程
植物的根系吸水是通过根毛和根绒两种主要方式进行的。
根毛是根系中微小的毛状细胞，主要分布在根尖的周围。
根绒是由分枝根和侧根上的分生组织形成的吸收性绒毛，主要分布在分枝根和侧根的部位。
1. 根毛吸水过程：在植物的根毛吸水过程中，首先是通过渗透作用使水分从土壤中进入根毛细胞内。
当植物体内的水分浓度低于土壤中水分的浓度时，根毛细胞会吸收土壤中的水分。
这是因为根毛细胞内的细胞液中所含有的溶质浓度较高，导致水分分子会沿着浓度梯度从土壤中流向细胞内。
随着水分的渗入，植物的根毛细胞内的压力会增大，从而驱动渗透过程的进行。
水分会通过细胞间隙和细胞膜进入到根毛细胞内部，并在细胞内通过液泡和细胞间隙传导到整个植物体内。
2. 根绒吸水过程：与根毛不同，根绒的吸水过程是通过活跃运输和渗透作用来实现的。
根绒的吸水主要通过根绒细胞膜上的运输蛋白来进行，这些蛋白能够运输水分子和溶质分子进出细胞膜，并调节细胞内外的渗透压。
当植物体内的水分浓度低于土壤中水分的浓度时，根绒细胞运输蛋白会有选择性地将土壤中的水分子运输到细胞内。
细胞膜上的渗透调节蛋白能够调节细胞内外的渗透压差，促进水分子的渗透进入细胞内。
水分会通过细胞间隙和细胞膜进入到根绒细胞内部，并在细胞内通过液泡和细胞间隙传导到整个植物体内。
总结：通过根毛和根绒的吸水过程，植物可以有效地吸收土壤中的水分，并将其分布到整个植物体内。
这两种吸水方式通过渗透作用和活跃运输，保证了植物的正常生长和发育。
根毛和根绒的特殊结构和功能也为植物提供了充分的水分营养，为植物体内的其他生物化学过程提供了基础条件。
根系吸水过程对于植物的生长发育和生存具有非常重要的意义。
经过了上面对植物根系吸水的基本过程的介绍，接下来我将更详细地展开对根毛和根绒吸水机制的讨论，以及植物根系吸水过程中所涉及的关键概念和影响因素。
3. 根毛吸水的机制根毛是植物根系中起着吸收水分和养分的重要作用的结构。
每根毛细胞表面都长满了微小的绒毛，成千上万的根毛增大了植物根系的表面积，使其能够更充分地吸收土壤中的水分和养分。
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、
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分析植物的根系与水分吸收关系植物的根系与水分吸收关系的分析
植物的根系是植物体的重要部分，非常关键的功能是吸收水分和矿
物质。
在这篇文章中，我们将分析植物的根系与水分吸收之间的关系。
首先，让我们先了解一下植物的根系结构。
植物的根系主要由根主
轴和侧根组成。
根主轴是从植物的种子中发芽，向下扎根的主要部分。
根主轴上生长着许多侧根，形成一个较为庞大的根系系统。
根系的结
构使得植物能够更好地吸收水分和矿物质。
植物通过根系吸收水分的过程是一个复杂而精确的过程。
首先，植
物的根系通过根毛增大了表面积，从而更好地吸收水分。
根毛是根部
的一种结构，形似倒立的绒毛，通过增大根部的表面积，提高了水分
吸收的效率。
此外，植物根系的细胞膜还能选择性地通过渗透作用，
将水分和溶解在其中的矿物质吸收进入根部细胞中。
根系与水分吸收的关系还与土壤环境有关。
土壤中的含水量、盐分
浓度和氧气含量都会影响植物根系的水分吸收能力。
例如，在土壤干
旱时，植物的根系会通过调节根毛的生长和根系对水分的渗透压来适
应环境，以提高水分吸收的能力。
根系对水分吸收的过程也受到植物的内外调节因素的影响。
植物内
部的调节机制包括植物体的水分传导系统。
水分通过植物体内的细胞
间隙和导管组织进行传输。
植物通过根与叶之间的水分运输调节，使
得根部吸收到的水分能够有效地传输到其他部位。
植物外部的调节因
素包括土壤水分、温度和光照等。
这些因素对根系的水分吸收和传输
能力都有影响。
最后，要注意到植物的根系与水分吸收关系的重要性。
植物的根系
是植物生长和发育的基础，而水分则是植物生命活动的关键资源之一。
植物的根系与水分吸收关系的研究不仅有助于了解植物的生态适应性
和环境响应能力，还对农业生产和环境保护有着重要的意义。
总结起来，植物的根系与水分吸收关系是一个复杂而精确的过程。
根系的结构、土壤环境、植物的内外调节因素都会影响植物的水分吸
收能力。
研究植物的根系与水分吸收关系对于我们更好地理解植物的
生态适应性和环境响应能力具有重要意义。