第一章植物的水分代谢
一. 名词解释
水分代谢(water metabolism)：植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程。自由水(free water)：距离胶粒较远而不被胶粒所束缚，可以自由流动的水分。束缚水(bound water)：靠近胶粒而被胶粒所束缚、不易自由流动的水分。
扩散(diffusion)：水分通过磷脂双分子层的运输方式。
集流(mass flow)：水分通过膜上的水孔蛋白的运输方式。
水通道蛋白( water channel protein)：存在于生物膜上的一类具有选择性、高效转运水分功能的内在蛋白，亦称水孔蛋白。
束缚能(bound energy)：不能用于做功的能量。
自由能(free energy)：在温度恒定的条件下可用于做功的能量。
化学势( chemical potential)：每摩尔物质所具有的自由能。
水势(water potential )：每偏摩尔体积水的化学势差。
临界水势(critical water potential)：气孔开始关闭的水势。
渗透势(osmotic potential)：由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值。压力势(pressure potential)：由于细胞壁压力的存在而增大的水势值。
衬质势(matrix potential)：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。
重力势(gravitational potential)：由于重力的存在而使体系水势增加的数值。
水的偏摩尔体积(partial molar volume)：在温度、压强及其他组分不变的条件下，在无限大的体系中加入1mol水时，对体系体积的增量。
质壁分离(plasmolysis)：植物细胞由于液泡失水，使原生质体收缩与细胞壁分离的现象。
质壁分离复原(deplasmolysis)：把正在质壁分离的细胞移到低渗溶液或水中时，质壁分离的原生质体恢复原状的现象。
质外体(apoplast)：指植物的细胞壁、细胞间隙和木质部的导管和管胞等部分。
质外体途径(apoplast pathway)：指水分和溶质分子沿着质外体运输的途径。
共质体(symplast)：指通过胞间连丝连接的细胞质部分。
共质体途径(symplast pathway)：水分和溶质分子通过胞间连丝从一个细胞移动到另一个细胞的过程。
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。
半透性膜(permeable membrane)：水分等小分子能自由通过，而蔗糖等大分子物质不能透过的膜。
代谢性吸水(metabolic absorption of water)：利用细胞呼吸释放出的能量，使水分经过质膜进入细胞的过程。
吸胀作用(imbibition)：亲水胶体吸水膨胀的现象。
吸胀水(water of imbibition)：细胞内亲水物质通过吸胀力而结合的水。
径向运输(radial transport)：水分从土壤溶液中运输至木质部导管的过程。
轴向运输(axial transport)：水分从木质部导管向上运输至植物顶部的过程。
重力水(gravitational water)：在重力作用下通过土壤颗粒间的孔隙下降的水分。
毛细管水(capillary water)：存在于土壤颗粒间毛细管内的水分。
根压(root pressure)：靠根部水势梯度使水沿导管上升的动力。
伤流(bleeding)：从受伤或折断的植物器官、组织伤口处溢出液体的现象。
吐水(guttation)：从未受伤的叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。
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。
内聚力(cohesive force)：相同分子之间有相互吸引的力量。
内聚力学说(cohesion theory)：以水分具有较大的足以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断来解释水分沿导管上升的原因的学说。
小孔扩散律(small pore diffusion law)：指气孔通过多孔表面的扩散速率不与其面
积成正比，而与小孔的周长成正比的规律。
蒸腾作用(transpiration)：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。
蒸腾速率(transpiration rate)：又称蒸腾强度，指植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸腾作用而散失的水分量。
蒸腾比率(transpiration ratio,TR)：植物蒸腾作用丧失水分与光合作用同化CO2的物质的量(mol)的比值。
水分利用效率(water use efficiency，WUE)：指植物蒸腾作用消耗单位重量水所制造的干物质量。
蒸腾系数(transpiration coefficient)：植物制造1g干物质所需消耗的水分量(g)。
水分平衡(water balance)：植物吸水量足以补偿蒸腾失水量的状态。
水分临界期(critical period of water)：植物对水分缺乏最敏感的时期，一般为花粉母细胞四分体形成期。
永久萎蔫(permanent wilting)：萎蔫植物若在蒸腾速率降低以后仍不能恢复正常，这样的萎蔫就称永久萎蔫。
永久萎蔫系数(permanent wilting coefficient)：指刚刚发生永久萎蔫时，土壤中残留的水分含量。
永久萎蔫点(permanent wilting point)：土壤中含水量达到永久萎蔫系数时的水势。
暂时萎蔫(temporary wilting)：萎蔫植株如果当蒸腾速率降低后，可以恢复正常，这样的萎蔫称为暂时萎蔫。
生理性干旱(physiological drought)：盐土中栽培的作物，由于土壤溶液的水势低，吸收水分较为困难，或者是原产热带的植物遇低于10℃的温度时出现的萎蔫。
节水农业(economize water agriculture)：充分利用水资源、采取水利和农业措施提高水分利用率和生产效率，并创造出有利于农业可持续发展的生态环境的农业。
调亏灌溉(regulated deficit irrigation )：在作物的非临界期较少灌水，处于干旱胁迫状态，减少蒸腾耗水和延缓营养生长，而把有限的水量集中供给作物的水分
临界期满足生殖器官的形成和生长要求。
二.缩写符号
RH：空气相对湿度；RWC：相对含水量；TR：蒸腾比率；AQP：水孔蛋白；RDI：调亏灌溉；CRAI：控制性分根交替灌溉；WUE：水分利用效率SPAC：土壤-植物-大气连续体
三.简答题
1.植物水分代谢包括哪些过程?
植物从环境中不断地吸收水分，并通过茎导管运到叶片及其他器官，以满足正常的生命活动的需要。但是，植物又不可避免地要丢失大量水分到环境中去。具体而言，植物水分代谢可包括四个过程①水分的吸收；②水分在植物体内的运输；③水分在植物体内的利用；④水分的排出。
2. 水分子的理化性质与植物生理活动有何关系?
①水分子是一个极性分子，可与纤维素、蛋白质分子相结合。
②水分子具有高比热，可在环境温度变化较大时，植物体温仍相当稳定。
③水分子还有较高的汽化热，使植物在烈日照射下，通过蒸腾作用散失水分就可降低体温，不易受高温危害。
④水分子是植物体内很好的溶剂，可与含亲水基团的物质结合形成亲水胶体。
⑤水还具有很大的表面张力，使水与细胞胶体物质产生吸附作用，并借毛细管力进行运动。
3. 植物的含水量规律。
①不同植物的含水量有很大不同；如水生植物的含水量可达鲜重90%以上，而在干旱环境中生长的低等植物（地衣、藓类）则仅占6%左右。
②同种植物生长在不同环境中，含水率也有差异；生长在荫蔽、潮湿环境中的植物的含水量比生长在向阳、干燥的环境中的植物的含水量高。
③同一植株中，不同器官和不同组织的含水量差异较大；幼芽和绿叶中的含水量为60%-90%，而风干种子含水量为10%-14%。
④同一植物，年龄不同含水量也不同；幼龄时期的含水量大于老龄时期。
4.植物体内水分的存在状态与代谢的关系如何?
植物体中水分的存在状态与代谢关系极为密切，并且与抗性有关。植物体中水分的存在状态分为自由水和束缚水，一般来说，束缚水不参与植物的代谢反应，当植物某些细胞和器官束缚水含量较高时，其代谢活动非常微弱，但其抗性却明显增强，能渡过不良的逆境条件。而自由水参与植物体内的各种代谢反应，含量多少影响代谢强度，含量越高，代谢越旺盛。因此常以自由水/束缚水的比值作为衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一。
5. 水分在植物生命活动中的作用。
①水分是植物细胞质的主要成分；
②水分是植物代谢过程中的反应物质；
③水分是植物对物质吸收和运输的溶剂；
④水分能保持植物固有形态；
⑤细胞分裂及伸长都需要水分；
⑥可以通过水的理化特性来调节植物周围的大气湿度、温度等，对维持植物体温稳定也有重要作用。
6. 水分是如何通过膜系统进出细胞的?
①单个水分子通过磷脂双分子层膜脂间隙扩散进出细胞；
②以集流方式通过质膜上水孔蛋白组成的水通道进出细胞。
7. 植物细胞吸水有哪几种方式?
①未形成液泡的细胞，靠吸胀作用吸水；
②液泡形成之后，细胞主要靠渗透作用吸水；
③与渗透作用无关，而与代谢过程密切相关的代谢性吸水。
8. 利用细胞质壁分离现象可以解决哪些问题?
①说明原生质层是半透膜；
②判断细胞死活，只有活细胞的原生质层是半透膜，才有质壁分离现象；
③测定细胞的渗透势；
④可以观察物质透过细胞膜的的难易程度，即表示膜透性的大小。
9. 简述植物根系吸收水分的方式与动力。
根系吸收水分的方式有两种：主动吸水与被动吸水。主动吸水的动力为根压，消耗生物能；而被动吸水的动力为蒸腾拉力，不消耗生物能。
10. 干燥的种子为什么会大量而快速的吸水？
这是一种亲水胶体吸水膨胀的现象；干燥种子的细胞中，细胞壁的成分纤维素和原生质成分蛋白质等生物大分子都是亲水性的，而且都处于凝胶状态，它们对水分子的吸引力很强。
11. 植物根系吸水的途径
①质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质的部分移动，阻力小，速率快；
②跨膜途径：水分从一个细胞移动到另一个细胞，要两次通过质膜，还要通过也液泡膜；
③共质体途径：水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质，形成一个细胞质的连续体，移动速率较慢。
12. 内聚力学说的主要内容是什么?
此学说又叫蒸腾-内聚力-张力学说，是解释水分在导管内连续不断上升的学说。其内容主要是水分子间有很大的内聚力，叶片蒸腾失水后，便从下部吸水，所以水柱一端总是受到拉力，水分子间的内聚力远远大于水柱因本身重力使水柱下降而产生的张力。同时，水分子与导管纤维素分子间还有很强的附着力，故导管或管胞中的水流可成为连续的水柱。
13. 土壤温度过低或过高为什么对根系吸水不利?
①土壤温度过低时，水分本身黏性增大，扩散速率降低；细胞质黏性增大，水分不易透过细胞质；呼吸作用减弱，影响吸水；根系生长缓慢，阻碍吸水表面积增加。
②土壤温度过高时，加速根的老化过程，使根木质化部位几乎达到尖端，吸收面积减少，吸收速率也下降；同时，温度过高使酶钝化，也影响根的主动吸水。
14. 若施肥不当会产生“烧苗”现象，原因是什么?
一般土壤溶液的水势都高于根细胞水势，根系顺利吸水。若施肥太多或过于集中，会造成土壤溶液水势低于根细胞水势，根系不但不能吸水还会丧失水分，故引起“烧苗”现象。
15. 土壤通气不良造成根系吸水困难的原因是什么?
①根系环境内氧气缺乏，二氧化碳积累，呼吸作用受到抑制，影响根系吸水。
②长期在缺氧时，根进行无氧呼吸，产生并积累较多的乙醇，使根系中毒受伤。
③土壤处于还原状态，加之土壤微生物的活动，产生一些有毒物质，造成“黑根”或“烂根”。
16. 试述高等植物体内水分上运的动力及其产生原因。
水分上运的动力有根压和蒸腾拉力。
根压产生的原因：因根部细胞生理活动的需要，皮层细胞中的离子会不断的通过内皮层细胞进入中柱，中柱内细胞的离子浓度升高，渗透势降低，水势降低，便向内皮层吸收水分，这种靠根部水势梯度使水沿导管上升的动力称为根压。
蒸腾拉力产生的原因：当植物进行蒸腾时，水便从气孔蒸腾到大气中，失水的细胞便向旁边水势较高的叶肉细胞吸水，如此传递，这样便产生了一个由低到高的水势梯度，使根系再向土壤吸水。这种因蒸腾作用所产生的吸水力量，叫做蒸腾拉力。
17.为什么根毛区的吸水能力最强？
①根冠、分生区和伸长区细胞质浓厚、输导组织不发达，对水分移动阻力大；
②根毛区输导组织发达，对水分移动阻力小；
③根毛区有许多根毛，增大了吸收面积；
④根毛细胞壁外部由果胶质组成，黏性强，亲水性强，有利于与土壤颗粒黏着和吸水。
18. 吐水和伤流为什么可以作为根系生理活动的指标？
吐水和伤流都是由根压引起的，吐水量、伤流量及其成分，可以反映根系活动的强弱。
19. 水稻为什么能长期生活在缺氧的水中？
长期生活在水中的植物，其结构和生理功能上形成了一套适应机制。水稻根内具有较大的细胞间隙和气道，与茎叶的细胞间隙和气道相通，便于氧从茎叶中向下传递；同时，水稻根部有较强的乙醇酸氧化途径，放出氧气，用于呼吸。
20. 影响植物根系吸水的土壤条件。
①土壤中的可用水分：土壤中的水分并不能都被植物利用，植物只能利用土
壤中的可用水分。
②土壤通气状况：土壤中空气不足，影响植物根系对水分的吸收。
③土壤温度：土壤温度过高或过低都会影响植物根系对水分的吸收。
④土壤溶液浓度：土壤溶液浓度低时，水势较高，植物根系才能吸水。
21. 简述蒸腾作用的生理意义?
①是植物对水分吸收和运输的主要动力；
②促进植物对矿物质和有机物的吸收及其在植物体内的运输；
③能够降低叶片的温度，以免灼伤。
22. 水分从植物体内散失到外界的方式：
①吐水、伤流，以液体状态散失到体外；
②蒸腾作用，以气体状态散失到体外。
23. 蒸腾作用的部位：
①当植物幼小时，暴露在空气中的全部表面都能蒸腾；
②植物长大后，茎枝形成木栓，茎枝上的皮孔可以蒸腾；
③植物的蒸腾作用绝大部分在叶片上进行，包括角质膜蒸腾和气孔蒸腾。
24. 与表皮细胞相比，保卫细胞有什么特点?
①保卫细胞体积很小，并有特殊结构，有利于膨压迅速而显著的改变；而表皮细胞大，又无特别形状。
②保卫细胞胞壁中有径向排列的辐射状微纤束与内壁相连，便于对内壁施加作用。
③保卫细胞中有一整套细胞器，且数目多。
④保卫细胞叶绿体有明显的基粒构造，而表皮细胞无叶绿体。
25. 气孔运动规律:
双子叶植物的肾形保卫细胞的内壁厚而外壁薄，微纤丝从气孔呈扇形辐射排列；当保卫细胞吸水膨胀时，较薄的外壁易于伸长，向外扩展，但微纤丝难以伸长，于是将力量作用于内壁，把内壁拉过来，于是气孔张开。
禾本科植物的哑铃形保卫细胞中间部分的胞壁厚，两头薄，微纤丝径向排列；当保卫细胞吸水膨胀时。微纤丝限制两端胞壁纵向伸长，而改为横向膨大，这样就将两个保卫细胞的中部推开，于是气孔张开。
26. 气孔开关机理假说有哪些? 并加以说明。
①K+积累学说：在光照下，保卫细胞质膜上具有ATP质子泵，分解光合磷酸化产生的ATP，并将H+分泌到保卫细胞外，使保卫细胞的pH升高；同时保卫细胞的质膜超极化，质膜内测的电势变得更负，驱动K+通过膜上的钾通道进入到细胞中。Cl-也伴随着K+进入，保持保卫细胞的电中性，保卫细胞中积累较多的K+和Cl-，水势降低，水分进入保卫细胞，气孔张开。
②苹果酸代谢学说：在光下保卫细胞内的二氧化碳被利用，pH值上升，从而活化PEPC，剩余的二氧化碳就转变成HCO3-，PEP与HCO3-作用形成草酰乙酸，然后，还原成苹果酸，苹果酸解离为H+和苹果酸根，在H+/K+泵驱使下，K+与H+交换，K+进入保卫细胞，Cl-也伴随进入，与苹果酸负离子一起平衡K+电性。同时苹果酸也可作为渗透调节物与K+、Cl-共同降低保卫细胞的水势，保卫细胞吸水，气孔打开。
③淀粉-糖变化学说：在光照下保卫细胞进行光合作用合成可溶性糖，另外由于光合作用消耗二氧化碳，使保卫细胞pH值升高，淀粉磷酸化酶水解细胞中淀粉，形成可溶性糖，细胞水势下降。当保卫细胞水势低于周围的细胞水势时，保卫细胞便吸水，迫使气孔张开。
27. 试述外部因素对气孔运动的影响。
①二氧化碳：低浓度CO2促进气孔打开，高浓度CO2能使气孔迅速关闭。
②光：一般情况下，光照使气孔打开，黑暗使气孔关闭；另外，光质对气孔运动的影响与对光合作用的影响相似，即蓝光和红光最有效。
③温度：气孔开度一般随温度上升而增大，30℃左右以上气孔开度最大。但35℃以上高温会引起气孔开度减小，低温下气孔关闭。
④水分：水分影响植物细胞的水势，叶中水势下降时，气孔开度减小或关闭。
⑤风：微风有利气孔打开，大风可使气孔关闭。
⑥植物激素：细胞分裂素(CTK)促使气孔张开，脱落酸(ABA)促进气孔关闭。
28. 蒸腾作用的强弱与哪些因素有关？为什么？
(1) 内部因素：气孔和气孔下腔都直接影响蒸腾速率。气孔频度大且气孔大时，蒸腾较强；气孔下腔容积大，蒸腾快。
(2 )外部因素：
①光照；光照是影响蒸腾作用的最主要的外界条件，光照促使气孔张开，又能提高叶片温度，使内部阻力减小和叶内外蒸汽压差增大，加速蒸腾。
②空气相对湿度；当大气相对湿度大时，大气蒸汽压也增大，叶内外蒸汽压差就变小，蒸腾变慢；反之，则加快。
③温度；气温增高时，叶内外蒸汽压差增大，蒸腾加快。
④风；微风可吹走气孔外的界面层，补充一些蒸汽压低的空气，外部扩散阻力减小，蒸腾加快。但大风引起气孔关闭，使蒸腾减弱。
⑤土壤条件，凡是影响根系吸水的各种土壤条件，如土温、土壤通气状况、土壤溶液浓度等均可间接影响蒸腾作用。
29. 为什么通过气孔蒸腾的水量可达到同等面积自由水面蒸发量的许多倍?
因为气体分子通过气孔扩散时，孔中央水蒸气分子彼此碰撞，扩散速率很慢；在孔边缘，水分子相互碰撞机会少，扩散速率快。而对于大孔，其边缘周长所占的比例小，故水分子扩散速率与大孔的面积成正比。气孔很小，数目很多，边缘效应显著，故蒸腾速率很大。
30. 根据性质和作用方式，抗蒸腾剂可分为哪三类？各举例说明。
①代谢型抗蒸腾剂：如阿特拉津，可使气孔开度减小，苯汞乙酸可改变膜透性，使水分不易向外界扩散。
②薄膜型抗蒸腾剂：如硅酮，可在叶面形成单分子薄层，阻碍水分散失。
③反射型抗蒸腾剂：如高岭土，可反射光，降低叶温，从而减少蒸腾量。
31. 水分从被植物吸收到蒸腾出体外，需要经过哪些途径？动力如何?
经过的途径：水分自根毛→根的皮层→根中柱→根的导管→茎的导管→叶脉导管→叶肉细胞→叶细胞间隙与气孔下腔→气孔→大气。
在导管中水分运输的动力是蒸腾拉力和根压，其中蒸腾拉力占主要地位。在活细胞间的水分运输主要为渗透作用。
32. 禾谷类作物的水分临界期在什么时期？为什么?
一个在孕穗期，即花粉母细胞四分体到花粉粒形成阶段。因为此阶段小穗正在分化，茎、叶、穗迅速发育，叶面积快速扩大，代谢较旺盛，耗水量最多，若缺水，小穗发育不良，植株矮小，产量低。
另一个是在开始灌浆到乳熟末期。此时主要进行光合产物的运输与分配，若缺水，有机物运输受阻，造成灌浆困难，功能叶早衰，籽粒瘦小，产量低。
33. 合理灌溉增产的原因是什么?
①干旱时，灌溉可使植株保持旺盛的生长和光合作用。
②减缓“午休”现象。
③促使茎叶输导组织发达，提高同化物运输速率，改善光合产物的分配利用。
④改变栽培环境：如早稻秧田在寒潮来临前深灌，起保暖防寒作用；晚稻在寒露风来临前灌深水，有防风保暖作用；盐碱地灌水，有洗盐和压制盐分上升的作用；施肥后灌水，有溶肥作用。
34. 谈谈维持植物水分平衡的途径和措施。
①增加供水是维持水分平衡的主要途径，其措施有兴修水利，保证灌溉。
②减少蒸腾，如移栽植物时，搭棚遮阴，或减去一部分枝叶以减少蒸腾等；而任何减少蒸腾的办法都会降低植物的光合性能，进而影响植物的生长和产量。
35. 调亏灌溉(RDI)有什么优点？
RDI是在作物的非临界期减少灌水，使其处于干旱胁迫状态，减少蒸腾耗水和延缓营养生长，而把有限的水量集中供给作物的水分临界期，满足作物生殖器官形成和生长的要求。RDI技术可显著提高水分利用效率而不降低或可增加产量。
36. 近年来兴起的灌溉技术。
①喷灌：利用喷灌设备将水喷到作物的上空成雾状，再降落到作物或土壤中。
②滴灌：在地下或土表装上管道网络，让水定时定量地流到作物根系附件。
③调亏灌溉：在作物的非临界期减少灌水，使其处于干旱胁迫状态，减少蒸腾耗水和延缓营养生长，而把有限的水量集中供给作物的水分临界期，满足作物生殖器官形成和生长的要求。
④控制性分根交替灌溉：一方面使部分根系处于土壤干燥的区域，作物受到干旱胁迫，气孔开度减少，降低蒸腾耗水量；另一方面，使部分根系处于灌水的区域中，作物从土壤中吸收水分，满足正常的生理活动需要。干旱和湿润交替胁迫后，作物次生根大量增加，根系吸水吸肥能力增加，水分利用效率明显提高。
37. 节水农业工程对我国的农业生产有什么意义？
我国是世界上贫水国之一，加上有限的水资源分布不均匀，西北、华北地区极度缺水，限制农业的发展。节水农业工程能用较少的水源得到较大的收益，提高水分利用效率，无疑给我国的农业生产带来新的突破。
38. 在栽培作物时，如何才能做到合理灌溉？
①在生产实践中，我们应该尽可能地维持作物的水分平衡。水分平衡是指植物吸水量足补偿蒸腾失水量的状态。水分平衡破坏时，常发生萎蔫现象，农业上用灌溉来保证作物是水分供应。
②在栽培作物时，应该客观地根据植物外部性征来灌溉。可以通过叶片水势，细胞液浓度，渗透势和气孔开度来辨别是否需水。
③使用节水灌溉的方法，节水灌溉有几种方法，喷灌，滴灌，调亏灌溉和控制性分根交替灌溉。
第一章植物的水分生理 ●水势：水溶液的化学势与纯水的化学势之差，除以水的偏摩尔体积所得商。 ●渗透势：亦称溶质势，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水势的水势下降值。 ●压力势：指细胞的原生质体吸水膨胀，对细胞壁产生一种作用力相互作用的结果，与引起富有弹性的细胞壁 产生一种限制原生质体膨胀的反作用力。 ●质外体途径：指水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质部分的移动，阻力小，移动速度快。 ●共质体途径：指水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质，形成一个细胞质的连 续体，移动速度较慢。 ●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。 ●根压：由于水势梯度引起水分进入中柱后产生的压力。 ●蒸腾作用：指水分以气体状态，通过植物体的表面（主要是叶子），从体内散失到体外的现象。 ●蒸腾速率：植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量。 ●蒸腾比率：光合作用同化每摩尔CO2所需蒸腾散失的水的摩尔数。 ●水分利用率：指光合作用同化CO2的速率与同时蒸腾丢失水分的速率的比值。 ●内聚力学说：以水分具有较大的内聚力足以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断来解释水分上升原因的学说。 ●水分临界期：植物对水分不足特别敏感的时期。 1.将植物细胞分别放在纯水和1mol/L 蔗糖溶液中，细胞的渗透势、压力势、水势及细胞体积各会发生什么变化？答：在纯水中，各项指标都增大；在蔗糖中，各项指标都降低。 2.从植物生理学角度，分析农谚“有收无收在于水”的道理。答：水，孕育了生命。陆生植物是由水生植物进化而来的，水是植物的一个重要的“先天”环境条件。植物的一切正常生命活动，只有在一定的细胞水分含量的状况下才能进行，否则，植物的正常生命活动就会受阻，甚至停止。可以说，没有水就没有生命。在农业生产上，水是决定收成有无的重要因素之一。水分在植物生命活动中的作用很大，主要表现在4个方面：水分是细胞质的主要成分。细胞质的含水量一般在70~90%使细胞质呈溶胶状态，保证了旺盛的代谢作用正常进行，如根尖、茎尖。如果含水量减少，细胞质便变成凝胶状态，生命活动就大大减弱，如休眠种子。水分是代谢作用过程的反应物质。在光合作用、呼吸作用、有机物质合成和分解的过程中，都有水分子参与。水分是植物对物质吸收和运输的溶剂。一般来说，植物不能直接吸收固态的无机物质和有机物质，这些物质只有在溶解在水中才能被植物吸收。同样，各种物质在植物体内的运输，也要溶解在水中才能进行。水分能保持植物的固有姿态。由于细胞含有大量水分，维持细胞的紧张度（即膨胀），使植物枝叶挺立，便于充分接受光照和交换气体。同时，也使花朵张开，有利于传粉。 3.水分是如何跨膜运输到细胞内以满足正常的生命活动的需要的？答：通过膜脂双分子层的间隙进入细胞。膜上的水孔蛋白形成水通道，造成植物细胞的水分集流。植物的水孔蛋白有三种类型：质膜上的质膜内在蛋白、液泡膜上的液泡膜内在蛋白和根瘤共生膜上的内在蛋白，其中液泡膜的水孔蛋白在植物体中分布最丰富、水分透过性最大。 4.水分是如何进入根部导管的？水分又是如何运输到叶片的？答：进入根部导管有三种途径：质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质部分的移动，阻力小，移动速度快。跨膜途径：水分从一个细胞移动到另一个细胞，要两次通过质膜，还要通过液泡膜。共质体途径：水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质，形成一个细胞质的连续体，移动速度较慢。这三条途径共同作用，使根部吸收水分。根系吸水的动力是根压和蒸腾拉力。运输到叶片的方式：蒸腾拉力是水分上升的主要动力，使水分在茎内上升到达叶片，导管的水分必须形成连续的水柱。造成的原因是：水分子的内聚力很大，足以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断，从而使水分不断上升。 5.植物叶片的气孔为什么在光照条件下会张开，在黑暗条件下会关闭？答：保卫细胞细胞壁具有伸缩性，细胞的体积能可逆性地增大40~100%。保卫细胞细胞壁的厚度不同，分布不均匀。双子叶植物保卫细胞是肾形，内壁厚、外壁薄，外壁易于伸长，吸水时向外扩展，拉开气孔；禾本科植物的保卫细胞是哑铃形，中间厚、两头薄，吸水时，横向膨大，使气孔张开。保卫细胞的叶绿体在光下会形成蔗糖，累积在液泡中，降低渗透势，于是吸水膨胀，气孔张开；在黑暗条件下，进行呼吸作用，消耗有机物，升高了渗透势，于是失水，气孔关闭。 6.气孔的张开与保卫细胞的什么结构有关？答：细胞壁具有伸缩性，细胞的体积能可逆性地增大40~100%。细胞壁的厚度不同，分布不均匀。双子叶植物保卫细胞是肾形，内壁厚、外壁薄，外壁易于伸长，吸水时向外扩展，拉开气孔；禾本科植物的保卫细胞是哑铃形，中间厚、两头薄，吸水时，横向膨大，使气孔张开。 第二章植物的矿质营养 ●矿质营养：植物对矿物质的吸收、转运和同化。
第二章植物的水分代谢复习题参考答案1、植物细胞吸水方式有、和 。 2、植物调节蒸腾的方式有、和 。 3、植物散失水分的方式有和。 4、植物细胞内水分存在的状态有和。 5、水孔蛋白存在于细胞的和上。水孔蛋白活化依靠 作用调节。 6、细胞质壁分离现象可以解决下列问题：、 和。 7、自由水/束缚水比值越大，则代谢；其比值越小，则植物的抗逆性。 8、一个典型细胞的水势等于；具有液泡的细胞的水势等于；干种子细胞的水势等于。 9、形成液泡后，细胞主要靠吸水。 10、风干种子的萌发吸水主要靠。 11、溶液的水势就是溶液的。 12、溶液的渗透势决定于溶液中。 13、在细胞初始质壁分离时，细胞的水势等于，压力势等于。 14、当细胞吸水达到饱和时，细胞的水势等于，渗透势与压力势绝对值。 15、将一个ψp=-ψs的细胞放入纯水中，则细胞的体积。 16、相邻两细胞间水分的移动方向，决定于两细胞间的。 17、植物可利用水的土壤水势范围为。 18、植物根系吸水方式有：和。前者的动力是________后者的动力是。 19、证明根压存在的证据有和。 20、对于大多数植物，当土壤含水量达到永久萎蔫系数时，其水势约为 MPa，该水势称为。 21、叶片的蒸腾作用有两种方式：和。 22、某植物制造10克干物质需消耗5公斤水，其蒸腾系数。 23、水分在茎、叶细胞内的运输有两种途径1. 细胞，2. 细胞。 24、小麦的第一个水分临界期是，第二个水分临界期是 。 25、常用的蒸腾作用的指标有、和 。 26、影响气孔开闭的因子主要有、 和。 27、影响蒸腾作用的环境因子主要是、、和。 28、C3植物的蒸腾系数比C4植物。 29、可以较灵敏地反映出植物的水分状况的生理指标有、 、和 。 30、近年来出现的新型的灌溉方式有、和 。 四、选择题 1、植物在烈日照射下，通过蒸腾作用散失水分降低体温，是因为（）。 A、水具有高比热； B、水具有高气化热； C、水具有表面张力； D、水分子具有内聚力。 2、一般而言，进入冬季越冬作物组织内自由水/束缚水的比值：（）。 A、升高； B、降低； C、不变； D、无规律。 3、有一个充分为水饱和的细胞，将其放入比细胞液浓度低10倍的溶液中，则细胞体积：（） A、变大； B、变小； C、不变； D、可能变小，也可能不 变。 4、已形成液泡的植物细胞吸水靠（）。 A、吸涨作用； B、渗透作用； C、代谢作用； D、扩散作 用。 5、已形成液泡的细胞，其衬质势通常省略不计，其原 因是：（）。 A、初质势很低； B、衬质势不存在； C、衬质势很高， 绝对值很小；D、衬质势很低，绝对值很小。 6、植物分生组织的细胞吸水靠（）。 A、渗透作用； B、代谢作用； C、吸涨作用； D、扩散作 用。 7、将一个细胞放入与其渗透势相等的外界溶液中，则 细胞（）。 A、吸水； B、失水； C、既不吸水也不失水； D、既可能 失水也可能保持平衡。 8、在土壤水分充足的条件下，一般植物的叶片的水势 为( ) 。 A、-0.2- -0.8 Mpa； B、–2- -8 Mpa； C、-0.02- 0.08 Mpa；D、0.2- 0.8 Mpa。 9、在气孔张开时，水蒸气分子通过气孔的扩散速度 （）。 A、与气孔的面积成正比； B、与气孔周长成正比； C、 与气孔周长成反比；D、与气孔面积成反比。 10、蒸腾作用快慢，主要决定于（）。 A、叶内外蒸汽压差大小； B、气孔长度； C、叶面积大 小；D、叶片形状。 11、保卫细胞的水势变化与下列无机离子有关 （）。 A、Ca2+； B、K+； C、Cl-； D、Mg2+。 12、保卫细胞的水势变化与下列有机物质有关 （）。 A、丙酮酸； B、脂肪酸； C、苹果酸； D、草酸乙酸。 13、调节植物叶片气孔运动的主要因素是 ( )。 A、光照； B、温度； C、氧气； D、二氧化碳。 14、根部吸水主要在根尖进行，吸水能力最大的是 （）。 A、分生区； B、伸长区； C、根毛区； D、根冠。 15、土壤通气不良使根系吸水量减少的原因是 （）。 A、缺乏氧气； B、水分不足； C、水分太多； D、CO2浓 度过高。 16、植物体内水分长距离运输的途径是 ( )。 A、筛管和伴胞； B、导管和管胞； C、通道细胞； D、胞 间连丝。 17、植物体内水分向上运输的动力有 ( )。 A、大气温度； B、蒸腾拉力； C、水柱张力； D、根压。 18、土壤温度过高对根系吸水不利，因为高温会 （）。 A、加强根的老化； B、使酶钝化； C、使生长素减少； D、 原生质粘度增加。 19、植物的水分临界期是指植物（）。 A、对水分缺乏最敏感的时期； B、需水量最多的时期； C、需水终止期； D、生长最快的时期。 20、作为确定灌溉时期的灌溉生理指标有：( ) 。 A、叶片水势； B、细胞汁液浓度； C、渗透势； D、气孔 开度。 五、是非判断题 1、影响植物正常生理活动的不仅是含水量的多少，而 且还与水分存在的状态有密切关系。（） 2、在植物生理学中被普遍采用的水势定义是水的化学 势差。（） 3、种子吸胀吸水和蒸腾作用都是需要呼吸作用直接供 能的生理过程。（） 4、植物根系吸水快慢和有无，决定于导管汁液与外界 溶液之间的水势差异的大小有无。（） 5、植物细胞吸水方式有主动吸收和被动吸水。 （） 6、植物的临界水势越高，则耐旱性越强。 ( ) 7、在细胞初始质壁分离时，细胞水势等于压力势。 （） 8、在细胞为水充分饱和时，细胞的渗透势为零。 （） 9、把一个细胞放入某溶液中体积不变，说明该细胞液 的浓度与此溶液的浓度相等（）。 10、蒸腾效率高的植物，一定是蒸腾量小的植物。 （） 11、蒸腾作用与物理学上的蒸发不同，因为蒸腾过程 还受植物结构和气孔行为的调节。（） 12、空气相对湿度增大，空气蒸汽压增大，蒸腾加强。 （） 13、低浓度CO2促进气孔关闭，高浓度CO2促进气孔迅 速张开。（） 14、糖、苹果酸和K+、Cl-进入液泡，使保卫细胞压力 势下降，吸水膨胀，气孔张开。（） 15、就利用同单位的水分所产生的干物质而言，C3植物 比C4植物要多1-2倍。（） 16、干旱时细胞内磷酸酯酶活性减弱；硝酸还原酶活 性增强。（） 17、植物轻度缺水时，光合作用尚未受影响，但生长 已受抑制。( ) 18、灌溉的形态指标易于观察，它比生理指标更及时 和灵敏。 ( ) 19、植物体内的水分平衡是有条件的、短暂的。 ( ) 20、作物一定时期缺水并不一定会降低产量，还可能 对作物增产更为有利。( ) 一、名词解释 1、水分代谢( water metabolism)：植物对水分的吸收、 运输、利用和散失的过程。 2、水势(water potential )：每偏摩尔体积水的化学势 差。符号：ψw 3、渗透势(osmotic potential )：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）。 4、压力势(water potential )：由于细胞壁压力的存 在而增大的水势值。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。 5、衬质势(water potential): 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，以负值表 示。符号：ψm 6、重力势(water potential )：由于重力的存在而 使体系水势增加的数值。符号：ψg 。 7、自由水：距离胶粒较远而可以自由流动的水分。 8、束缚水：靠近胶粒而被胶粒所束缚，不易自由流动 的水分。 9、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。 10、吸涨作用：亲水胶体吸水膨胀的现象。 11、代谢性吸水：利用细胞呼吸释放出的能量，使水 分经过质膜进入细胞的过程。 12、水的偏摩尔体积：在温度、压强及其他组分不变 的条件下，在无限大的体系中加入1摩尔水时，对体系体积的 增量。符号V-w 13、化学势：一种物质每mol的自由能就是该物质的 化学势。 14、水通道蛋白：存在于生物膜上的一类具有选择性、 高效转运水分功能的内在蛋白，亦称水孔蛋白。 15、吐水：从未受伤的叶片尖端或边缘的水孔向外溢 出液滴的现象。 16、伤流：从受伤或折断的植物器官、组织伤口处溢 出液体的现象。 17、根压：植物根部的生理活动使液流从根部上升的 压力。 18、蒸腾拉力：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。 19、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。 20、蒸腾速率：又称蒸腾强度，指植物在单位时间内， 单位叶面积通过蒸腾作用而散失的水分量。（g/dm2·h） 21、蒸腾比率：植物每消耗1kg水时所形成的干物质 重量（g）。 22、蒸腾系数：植物制造1g干物质所需消耗的水分量 （g）。又称为需水量。它是蒸腾比率的倒数。 23、小孔扩散律：指气孔通过多孔表面的扩散速率不与 其面积成正比，而与小孔的周长成正比的规律。 24、永久萎蔫：萎蔫植物若在蒸腾速率降低以后仍不能 恢复正常，这样的萎蔫就称为永久萎蔫。 25、临界水势：气孔开始关闭的水势。 26、水分临界期：植物对水分缺乏最敏感的时期。一般 为花粉母细胞四分体形成期。 27、生理干旱：盐土中栽培的作物，由于土壤溶液的水 势低，吸收水分较为困难或者是原产热带的作物遇低于10℃ 的温度时而出现的萎蔫现象。 28、内聚力学说：又称蒸腾流一内聚力—张力学说。即 以水分的内聚力来解释水分沿导管上升的原因的学说。 29、初干：在蒸腾失水过多或水分供应不足的条件下， 细胞间隙及气孔下腔不再为水蒸气所饱和，这时即使气孔张 开，蒸腾作用也受到抑制的现象。 30、节水农业：是充分利用水资源、采取水利和农业措 施提高水分利用率和生产效率，并创造出有利于农业可持续发
第一章植物的水分代谢 一、名词解释 1．水分代谢2．水势3．压力势4．渗透势5．根压6．自由水7．渗透作用8．束缚水9．衬质势10．吐水11．伤流12．蒸腾拉力13．蒸腾作用14．蒸腾效率15．蒸腾系数16．生态需水17．吸胀作用18．永久萎蔫系数19．水分临界期20．内聚力学说2l．植物的最大需水期22．小孔扩散律23. 重力势24. 水通道蛋白25. 节水农业 二、写出下列符号的中文名称 1. RWC 2.Ψw 3.Ψs 4.Ψm 5. Vw 6.Ψp 7. SPAC 8. RH 9.Mpa 10.AQP 三、填空题 1. 水分在植物体内以______ 和______ 两种形式存在。 2. 将一个充分饱和的细胞放入比其细胞液低10倍的溶液中，其体积______。 3. 植物细胞的水势是由______ 、______ 、______ 等组成的。 4. 细胞间水分子移动的方向决定于______，即水分从水势______的细胞流向______的细胞。 5. 水分通过叶片的蒸腾方式有两种，即______ 和______ 。 6. ______和______现象可以证明根压的存在。 7. 无机离子泵学说认为，气孔在光照下张开时,保卫细胞内______离子浓度升高，这是因为保卫细胞内含______，在光照下可以产生______,供给质膜上的______作功而主动吸收______离子，降低保卫细胞的水势而使气孔______。 8. 影响蒸腾作用最主要的外界条件是______ 。 9. 细胞中自由水越多，原生质粘性______，代谢______，抗性______。 10. 灌溉的生理指标有______ ，细胞汁液浓度，渗透势和______ 。 11. 植物细胞吸水有三种方式，未形成液泡的细胞靠______吸水，液泡形成以后，主要靠______吸水，另外还有______吸水，这三种方式中以______吸水为主。 12. 相邻的两个植物细胞，水分移动方向决定于两端细胞的______。 13. 干燥种子吸收水分的动力是______ 。 14. 植物对蒸腾的调节方式有______、______和______。 15. 某种植物每制造一克干物质需要消耗水分500克，其蒸腾系数为______，蒸腾效率为______。 16. 水滴呈球形，水在毛细管中自发上升。这两种现象的原因是由于水有______。 17. 影响气孔开闭的最主要环境因素有四个，它们是______，______，______和______。 18. 植物被动吸水的能量来自于______，主动吸水的能量来自于______。 19. 影响植物气孔开闭的激素是______、______。 20. 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______ 。 四、问答题 1. 温度过高或过低为什么不利于根系吸水？ 2. 试述气孔运动的机理。 3. 试述水对植物生长发育的影响。 4. 蒸腾拉力能将水分提升至植物体的各个部位，其途径和机理是什么？ 5. 解释“烧苗”现象的原因。 6．土壤通气不良造成根系吸水困难的原因是什么？
第 2 章植物的水分代谢 一、名词解释 1. 水分代谢 2. 自由水 3. 束缚水 5. 化学势 7. 水势 10. 渗透作用 11. 半透膜 12. 溶质势势降低的数值。溶质势表示溶液中水分潜在的渗透能力的大小,因此, 公溶质势又可称为渗透势 (osmosis potential,π) 。溶质势可用ψs=RTlnNw/ V W,m 式计算 , 也可按范特霍夫公式ψs= ψπ=-iCRT 计算。 13. 衬质势 14. 压力势 15. 重力势。 16. 膨压 17. 集流 18. 质壁分离 20. 水通道蛋白 22. 吸胀作用 23. 根压 24. 伤流 25. 吐水 29水分临界期。 30．蒸腾效率 31．蒸腾系数 40、被动吸水 41、等渗溶液 42、主动吸水 二、填空题 1．将一植物细胞放人纯水(体积很大)中,达到平衡时测得其ψw为-0.26Mpa,那么
该细胞的ψp为ψw为。 3．将一植物细胞放入ψw=-0.8 MPa 的溶液(体权相对细胞来说很大)中，吸水达到平衡时测得细胞的ψs=-o.95MPa,则该细胞内的ψp为，ψw为。4．某种植物形成5g干物质消耗了2.5Kg水,其蒸腾效率为蒸腾系数 为。 5．植物体内自由水/束缚水比值降低时，植物的代谢活动，抗逆 性。 8．利用质壁分离现象可以判断细胞、细胞的以及观测物质透过原生质层的难易程度。 9．根系吸水有主动吸水和被动吸水两种方式,前者的动力是，后者的动力是。 10．和纯水相比,含有溶质的水溶液其冰点 ,渗透势。 11.在干旱条件下，植物为了维持体内的水分平衡，一方面要，一方面要尽量。 12.水分沿着导管或管胞上升的下端动力是，上端动力 是。由于的存在，保证水柱的连续性而使水分不断上升。这一学说在植物生理学上被称为。 14.气孔在叶面所占的面积一般为，但气孔蒸腾失去了植物体内的大量水分，这是因为气孔蒸腾符合原理，这个原理的基本内容 是。 17.一般认为，植物细胞吸水时起到半透膜作用的是：、和 三个部分。 19.细胞中的自由水越多，原生质粘性________，代谢_____ ，抗性________ 。 21. 植物细胞发生初始质壁分离时，其Ψw =________；当细胞吸水达到饱和时，其Ψw= ________ 。 22. 一般植物细胞Ψw= _________；当细胞刚发生质壁分离时，其Ψ w= __________ 。 23. 液泡化的植物细胞，其水势主要由________和_________组成，而________可以忽略不计。 27.种子萌发时靠________作用吸水，其吸水量与_________有关。 28.分生组织主要依靠________吸水，形成液泡的细胞主要靠_______ 吸水。
一、绪论 1、植物生理学就是研究植物生命活动规律与细胞环境相互关系的科学,在细胞结构与功能的基础上研究植物环境刺激的信号转导、能量代谢与物质代谢。 二、植物的水分生理 1、水势:相同温度下一个含水的系统中一偏摩尔体积的水与一偏摩尔体积纯水之间的化学势差称为水势。把纯水的水势定义为零,溶液的水势值则就是负值。水分代谢:植物对水分的吸收、运输、利用与散失的过程。 2.衬质势: 由于衬质(表面能吸附水分的物质,如纤维素、蛋白质、淀粉等)的存在而使体系水势降低的数值。 3、压力势:植物细胞中由于静水质的存在而引起的水势增加的值。 4、渗透势:溶液中固溶质颗粒的存在而引起的水势降低的值。 5、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,就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。 6、质壁分离:植物细胞由于液泡失水而使原生质体与细胞壁分离的现象。 7、吸胀作用: 亲水胶体物质吸水膨胀的现象称为吸胀作用。胶体物质吸引水分子的力量称为吸胀。 8、根压:由于植物根系生理活动而促使液流从根部上升的压力。伤流与吐水现象就是根压存在的证据。 9、蒸腾作用:水分通过植物体表面(主要就是叶片)以气体状态从体内散失到体外的现象。 10.蒸腾效率:植物在一定生育期内所积累干物质量与蒸腾失水量之比,常用g·kg-l表示。 11、蒸腾系数:植物每制造1g干物质所消耗水分的g数,它就是蒸腾效率的倒数,又称需水量。12、气孔蒸腾:植物细胞内的水分通过气孔进行蒸腾的方式称为气孔蒸腾。 13、气孔运动主要受保卫细胞的液泡水势的调节,但调节保卫细胞水势的途径比较复杂。 14、保卫细胞:新月形的细胞,成对分布在植物叶气孔周围,控制进出叶子的气体与水分的量。形成气孔与水孔的一对细胞。双子叶植物的保卫细胞通常就是肾形的细胞,但禾本科的气孔则呈哑铃形。气孔的保卫细胞含有叶绿体,因为细胞壁面对孔隙的一侧(腹侧)比较厚,而外侧(背侧)比较薄,所以随着细胞内压的变化,可进行开闭运动。 15、蒸腾拉力: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。 16、水孔蛋白: 存在在生物膜上的具有通透水分功能的内在蛋白。水通道蛋白亦称水通道蛋白。 17、内聚力(the cohesion value)又叫粘聚力,就是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力,这种相互吸引力就是同种物质分子之间存在分子力的表现。 18、蒸腾拉力-内聚力-张力学说 19、萎焉:水分亏缺严重时,植物细胞因失水而松弛,靠膨压维持挺立状态的叶片与茎的幼嫩部分下垂,这种现象叫萎焉。 20、暂时萎焉:当蒸腾作用强烈,根系吸水及转运水分的速度较慢,不足以弥补蒸腾失水时, 发生暂时萎焉,当蒸腾速率降低时,根系吸水的水分足以弥补失水,消除水分亏缺,即使不浇水或者通过荫蔽能恢复,这种靠降低蒸腾就能消除的萎焉。
第2章植物的水分代谢 第一节水在植物生命活动中的意义 1.1 植物的含水量 一般来说，植物组织含水量一般为70%~90%。 草本>木本，水生>陆生 潮湿环境，阴生植物>干燥、向阳环境中的植物 生长旺盛和代谢活跃的器官或组织含水量较高。 1.2 植物体内水分的存在状态 束缚水（bound water）：指细胞内与原生质胶粒紧密结合而不能自由移动的水分。 自由水（free water）：指细胞内距离原生质胶粒较远而可以自由移动的水分。 这种划分是相对的，两种水分之间没有明显的界限。 自由水/束缚水是衡量植物代谢强弱和抗性强弱的生理指标之一。 1.3 水对植物的生理生态作用 生理作用： 1、水是原生质的重要组分； 2、水参与植物代谢过程（原料、参与）； 3、水是植物吸收、运输物质的良好介质； 4、水能使植物保持固有姿态； 5、水能促进细胞的分裂和生长。 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、水可调节植物的生存环境。 第二节植物细胞对水分的吸收 一、植物细胞的渗透现象 1、渗透作用（osmosis）：在一个系统中，水分通过半透膜从水势高的一方向水势低的一方移动的现象。（两个条件：半透膜、水势差） 渗透装置的条件 1、具有半透膜 2、半透膜两侧具有浓度差 植物细胞是一个渗透系统 二、水势的概念 水势（Ψw ）：水的化学势，即偏每摩尔体积水所含的自由能。 自由能（G）：系统中物质能用于做功的潜在能量。 束缚能：系统中物质不能用于做功的潜在能量。 化学势（μ）：每偏摩尔体积某物质所含的自由能。 化学势是能量概念，单位为J／mol [J=N（牛）·m]， 偏摩尔体积的单位为m3／mol
第一章植物水分生理 一、名词解释（写出下列名词的英文并解释） 自由水free water：不与细胞的组分紧密结合，易自由移动的水分，称为自由水。其特点是参与代谢，能作溶剂，易结冰。所以，当自由水比率增加时，植物细胞原生质处于溶胶状态，植物代谢旺盛，但是抗逆性减弱。 束缚水bound water：与细胞的组分紧密结合,不易自由移动的水分，称为束缚水。其特点是不参与代谢，不能作溶剂，不易结冰。所以，当束缚水比率高时，植物细胞原生质处于凝胶状态，植物代谢活动减弱，但是抗逆性增加。 生理需水：直接用于植物生命活动与保持植物体内水分平衡所需要的水称为生理需水 生态需水：水分作为生态因子，创造作物高产栽培所必需的体外环境所消耗的水 水势Water potential：水势是指在同温同压同一系统中，一偏摩尔体积（V）溶液（含溶质的水）的自由能(μw）与一摩尔体积（V）纯水的自由能(μ0w)的差值(Δμw)。 Ψw=(μw /V w) -（μ0w／V w） =(μw-μ0w)／V w=Δμw／V w 植物细胞的水势是由溶质势、压力势、衬质势来组成的。 溶质势Solute potential、渗透势Osmotic potential ：由于溶质的存在而降低的水势，它取决于细胞内溶质颗粒(分子或离子)总和。和溶液所能产生的最大渗透压数值相等，符号相反。 压力势pressure potential：由于细胞膨压的存在而提高的水势。一般为正值；特殊情况下，压力势会等于零或负值。如初始质壁分离时，压力势为零；剧烈蒸腾时，细胞的压力势会呈负值。 衬质势matric potential：细胞内胶体物质（如蛋白质、淀粉、细胞壁物质等）对水分吸附而引起水势降低的值。为负值。未形成液泡的细胞具有明显的衬质势，已形成液泡的细胞的衬质势很小（-0.01MPa左右）可以略而不计。 扩散作用diffusion：任何物质分子都有从某一浓度较高的区域向其邻近的浓度较低的区域迁移的趋势，这种现象称为扩散。 渗透作用osmosis：指溶剂分子（水分子）通过半透膜的扩散作用。 半透膜semipermeable membrane：是指一种具有选择透过性的膜，如动物膀胱、蚕豆种皮、透析袋等。理想的半透膜只允许水分子通过而不允许其它的分子通过。 吸胀作用Imbibition：是亲水胶体吸水膨胀的现象。只与成分有关：蛋白质>淀粉>纤维素> >脂类。豆科植物种子吸胀现象非常显著。未形成液泡的植物细胞，如风干种子、分生细胞主要靠吸胀作用。 代谢性吸水Metabolic absorption of water ：利用细胞呼吸释放出的能量，使水分通过质膜而进入细胞的过程——代谢性吸水。 质壁分离Plasmolysis：高浓度溶液中，植物细胞液泡失水，原生质体与细胞壁分离的现象。 质壁分离复原Deplasmolysis：低浓度溶液中，植物细胞液泡吸水，原生质体与细胞壁重新接触的现象。
植物生理学第一章植物的水分生理
第一章植物的水分生理 一、名词解释 1．水分代谢 2．自由水 3．束缚水 4．扩散 5．集流 6．渗透作用 7．水势 8．渗透势 9．压力势 10．衬质势 11．质外体途径 12．共质体途径 13．根压 14．蒸腾拉力 15．内聚力学说 16．蒸腾作用 17．蒸腾速率 18．蒸腾系数 19．蒸腾比率 20．水分临界期 21．跨膜途径 二、缩写符号翻译 1. ψw 2. ψp 3. ψm 4. ψs 5. ψπ 6. MPa 7. WUE 三、填空题 1．植物细胞吸水方式有、和。 2．简单扩散是物质依而移动，集流是物质依而移动，而渗透作用是物质依而移动。 3．植物散失水分的方式有和。 4．植物细胞内水分存在的状态有和。 5．细胞质含水较多呈状态，含水较少呈状态。 6．自由水/束缚水比值越大，则代谢；其比值越小，则植物的抗逆性。7．一个典型细胞的水势等于；具有液泡的细胞的水势等于；干种子细胞的水势等于。 8．形成液泡后，细胞主要靠吸水。 9．风干种子的萌发吸水主要靠。 10．溶液的水势就是溶液的。 11．溶液的渗透势决定于溶液中。 12．在细胞初始质壁分离时，细胞的水势等于，压力势等于。 13．当细胞吸水达到饱和时，细胞的水势等于，渗透势与压力势绝对 值。 14．相邻两细胞间水分的移动方向，决定于两细胞间的。 15．植物根系吸水方式有：和。 16．证明根压存在的证据有和。 17．叶片的蒸腾作用有两种方式：和。 18．某植物制造10克干物质需消耗5公斤水，其蒸腾系数。 19．小麦的第一个水分临界期是，第二个水分临界期是。 20．常用的蒸腾作用的指标有、和。 21．影响气孔开闭的因子主要有、和。 22．影响蒸腾作用的环境因子主要是、、和。
第二章植物的水分代谢复习题参考答案 一、名词解释 1、水分代谢( water metabolism)：植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程。 2、水势(water potential )：每偏摩尔体积水的化学势差。符号：ψw 3、渗透势(osmotic potential )：由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水 势降低值，符号ψ π。用负值表示。亦称溶质势（ψ s ）。 4、压力势(water potential )：由于细胞壁压力的存在而增大的水势值。一 般为正值。符号：ψ p 。初始质壁分离时，ψ p 为0；剧烈蒸腾时，ψ p 会呈负值。 5、衬质势(water potential): 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，以负值表示。符号：ψ m 6、重力势(water potential )：由于重力的存在而使体系水势增加的数值。符号：ψg 。 7、自由水：距离胶粒较远而可以自由流动的水分。 8、束缚水：靠近胶粒而被胶粒所束缚，不易自由流动的水分。 9、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。 10、吸涨作用：亲水胶体吸水膨胀的现象。 11、代谢性吸水：利用细胞呼吸释放出的能量，使水分经过质膜进入细胞的过程。 12、水的偏摩尔体积：在温度、压强及其他组分不变的条件下，在无限大的 体系中加入1摩尔水时，对体系体积的增量。符号V- w 13、化学势：一种物质每mol的自由能就是该物质的化学势。 14、水通道蛋白：存在于生物膜上的一类具有选择性、高效转运水分功能的内在蛋白，亦称水孔蛋白。 15、吐水：从未受伤的叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。 16、伤流：从受伤或折断的植物器官、组织伤口处溢出液体的现象。 17、根压：植物根部的生理活动使液流从根部上升的压力。 18、蒸腾拉力：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。 19、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。 20、蒸腾速率：又称蒸腾强度，指植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸腾作用而散失的水分量。（g/dm2·h） 21、蒸腾比率：植物每消耗1kg水时所形成的干物质重量（g）。 22、蒸腾系数：植物制造1g干物质所需消耗的水分量（g）。又称为需水量。它是蒸腾比率的倒数。 23、小孔扩散律：指气孔通过多孔表面的扩散速率不与其面积成正比，而与小孔的周长成正比的规律。 24、永久萎蔫：萎蔫植物若在蒸腾速率降低以后仍不能恢复正常，这样的萎蔫就称为永久萎蔫。 25、临界水势：气孔开始关闭的水势。 26、水分临界期：植物对水分缺乏最敏感的时期。一般为花粉母细胞四分体形成期。 27、生理干旱：盐土中栽培的作物，由于土壤溶液的水势低，吸收水分较为
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 potential B. osmotic potential C. pressure potential D. matric potential 2 The loss of water from plants is called ____ and typically occurs through the ____. A. evaporation, leaves B. transpiration, leaves C. transpiration, stem D. osmosis, roots
第一章植物的水分生理 1.将植物细胞分别放在纯水和1mol/L蔗糖溶液中，细胞的渗透势、压力势、水势及细胞体积各会发生什么变化？ 答：在纯水中，各项指标都增大；在蔗糖中，各项指标都降低。 2.从植物生理学角度，分析农谚“有收无收在于水”的道理。 答：水，孕育了生命。陆生植物是由水生植物进化而来的，水是植物的一个重要的“先天”环境条件。植物的一切正常生命活动，只有在一定的细胞水分含量的状况下才能进行，否则，植物的正常生命活动就会受阻，甚至停止。可以说，没有水就没有生命。在农业生产上，水是决定收成有无的重要因素之一。 水分在植物生命活动中的作用很大，主要表现在4个方面： ●水分是细胞质的主要成分。细胞质的含水量一般在70~90%，使细胞质呈溶胶状态，保证了旺盛的代谢作用正常进行，如根尖、茎尖。如果含水量减少，细胞质便变成凝胶状态，生命活动就大大减弱，如休眠种子。 ●水分是代谢作用过程的反应物质。在光合作用、呼吸作用、有机物质合成和分解的过程中，都有水分子参与。 ●水分是植物对物质吸收和运输的溶剂。一般来说，植物不能直接吸收固态的无机物质和有机物质，这些物质只有在溶解在水中才能被植物吸收。同样，各种物质在植物体内的运输，也要溶解在水中才能进行。 ●水分能保持植物的固有姿态。由于细胞含有大量水分，维持细胞的紧张度（即膨胀），使植物枝叶挺立，便于充分接受光照和交换气体。同时，也使花朵张开，有利于传粉。 3.水分是如何跨膜运输到细胞内以满足正常的生命活动的需要的？ ●通过膜脂双分子层的间隙进入细胞。 ●膜上的水孔蛋白形成水通道，造成植物细胞的水分集流。植物的水孔蛋白有三种类型：质膜上的质膜内在蛋白、液泡膜上的液泡膜内在蛋白和根瘤共生膜上的内在蛋白，其中液泡膜的水孔蛋白在植物体中分布最丰富、水分透过性最大。 4.水分是如何进入根部导管的？水分又是如何运输到叶片的？ 答：进入根部导管有三种途径： ●质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质部分的移动，阻力小，移动速度快。 ●跨膜途径：水分从一个细胞移动到另一个细胞，要两次通过质膜，还要通过液泡膜。 ●共质体途径：水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质，形成一个细胞质的连续体，移动速度较慢。 这三条途径共同作用，使根部吸收水分。 根系吸水的动力是根压和蒸腾拉力。 运输到叶片的方式：蒸腾拉力是水分上升的主要动力，使水分在茎内上升到达叶片，导管的水分必须形成连续的水柱。造成的原因是：水分子的内聚力很大，足以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断，从而使水分不断上升。 5.植物叶片的气孔为什么在光照条件下会张开，在黑暗条件下会关闭？ ●保卫细胞细胞壁具有伸缩性，细胞的体积能可逆性地增大40~100%。 ●保卫细胞细胞壁的厚度不同，分布不均匀。双子叶植物保卫细胞是肾形，内壁厚、外壁薄，外壁易于伸长，吸水时向外扩展，拉开气孔；禾本科植物的保卫细胞是哑铃形，中间厚、两头薄，吸水时，横向膨大，使气孔张开。 保卫细胞的叶绿体在光下会形成蔗糖，累积在液泡中，降低渗透势，于是吸水膨胀，气孔张开；在黑暗条件下，进行呼吸作用，消耗有机物，升高了渗透势，于是失水，气孔关闭。 6.气孔的张开与保卫细胞的什么结构有关？ ●细胞壁具有伸缩性，细胞的体积能可逆性地增大40~100%。 ●细胞壁的厚度不同，分布不均匀。双子叶植物保卫细胞是肾形，内壁厚、外壁薄，外壁易于伸长，吸
第1章植物的水分生理 1. 植物组织中的水分，依据其存在状态可分为自由水和束缚水。两者的含量及比值常与植物的生长和抗性有 密切关系。当自由水/束缚水比值高时，细胞原生质呈溶胶状态，植物的代谢活性旺盛，生长较快，抗逆性弱； 反之，细胞原生质呈凝胶状态，代谢活性低，生长迟缓，但抗逆性强。 2. 水分运动方式包括扩散和集流；植物细胞的三种吸水方式是渗透吸水、吸胀吸水和降压吸水，；有液泡细 胞的主要吸水方式是渗透吸水；无液泡的分生组织和干燥种子细胞的主要吸水方式是吸胀吸水。 3. 一个典型的植物细胞的水势等于Ψw =Ψπ+Ψp+Ψm ；细胞水势不是固定不变的，ψp及ψs随含水量增 加而增加，细胞吸水能力则相应下降。当细胞吸水达紧张状态，ψw=0时，即使细胞在纯水中亦不能吸水。 细胞失水时，随着含水量减少，其水势亦下降，吸水能力又上升。 4. 一个充分吸水的细胞，其ψS=—0.5MPa，将该细胞放入ψS为－0.01 MPa的溶液中，该细胞的体积会增大， ψP会增大，ψS会增大。达到平衡时，细胞的ψW为－0.01 MPa。 5. 写出当植物细胞水势取下列不同值时的细胞水分状态 （1）ψW=0，|ψP|=|ψS|，细胞水分饱和状态； （2）ψP=0，ψW=ψS，初始质壁分离； （3）ψP＞0，ψW＞ψS，细胞吸水； （4）ψP＜0，ψW＜ψS细胞失水状态。 6. 测定植物水势的方法有液相平衡法(包括小液流法,质壁分离法测渗透势)、压力平衡法(压力室法测水势)、 气相平衡（热电偶湿度计，露点法）等。 7. 蛋白质、淀粉和纤维素三者与水分子间相互作用的力量不同，其吸胀能力亦有差异，其中纤维素较小，蛋 白质最大，淀粉次之。 8. 吐水和伤流是植物根压存在的两种表现。根系吸水动力有根压和蒸腾拉力两种。前者与根系的生理活动有 关，后者则与叶片蒸腾作用有关。 9. 植物体内水分运输阻力最大的部位是内皮层，阻力最小的部位是导管。 10.径向传输过程中有三种并列的途径：.质外体途径、共质体途径和跨细胞途径途径。 11.水在植物体内移动有扩散和集流两种形式，水的共质体运输以及叶片的蒸腾作用都是扩散现象，而植物维 管束中水的流动主要是集流现象。 12. 土壤永久萎蔫系数用来表明植物可利用土壤水的下限，田间持水量是大多数植物可利用的土壤水限。 13.土壤中可溶性盐类过多而使根系吸水困难，造成植物体内缺水，这种现象称为生理性干旱。 14.农业生产上造成盐害的原因是大量灌溉后，随着蒸发和植物的蒸腾，带走了土中的纯水，留下大量的盐分 在土壤中，尤其在气候干旱地区，盐溃化日趋严重。 15.植物叶片的蒸腾方式可分为气孔蒸腾和角质层蒸腾。 16.蒸腾作用常用的指标有蒸腾速率、蒸腾效率和蒸腾系数。 17.蒸腾速度大小决定于植物叶肉内的气室和外界空气间的蒸汽压差。蒸汽压差大时，蒸腾即强，反之则弱。 18. 保卫细胞的pH升高，K＋增加，淀粉含量下降，蔗糖含量增加，苹果酸含量增加等，都可导致细胞的Ψs 下降，细胞吸水，膨压发生变化，从而使气孔张开。 19. 与气孔开闭密切相关的激素是ABA和CTK，相关的金属离子是K+和Ca++。参与气孔运动渗透调节的金属 离子是K+，作为第二信使参与气孔运动调节的金属离子是Ca++。 20.某一植物每制造一克干物质需耗水500克，其蒸腾效率与蒸腾系数分别应为2g/kg水和500。 21.土壤中的水分按其存在形态，可分为三种固态水、汽态水、束缚水和自由水。 22.越干旱的土壤其土壤水势越低；一般植物正常生长的土壤，其水势比植物的水势高。 23.水通道蛋白位于植物的质膜和液泡膜上，水通道蛋白的活化和抑制是依靠磷酸化/脱磷酸化作用调节。水 通过水通道蛋白的运动是一种微集流运动。 24.水分的跨膜运输，既包括依赖于依赖于浓度梯度的跨膜扩散，也包括通过膜上水通道蛋白的微集流运动。 第2章植物的矿质营养 1. 大量元素包括C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S共9种，微量元素包括Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl共7种。 2. 在16种植物面必需元素中，只有C、H、O、N 4种不存在于灰分中。 3. N、P、K这所以被称为肥料三要素，这是因为植物对其需量较大，而土壤中往往又供应不足。 4. 缺N和缺K的植物病症相同之处是老叶失绿；不同之处是缺N全叶失绿，缺K叶尖叶缘失绿。