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
上一页
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
上一页
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
植物的水分生理
第一章植物的水分生理名词解释水势：每偏摩尔体积水的化学势差。
渗透压：恰好能够使从半透膜一侧通过到另一侧的水分子数目平衡的在较高浓度溶液的液面上施加的额外压强称为渗透压。
质外体：由细胞壁及细胞间隙等空间（包含导管与管胞）组成的体系。
渗透作用：指两种不同浓度的溶液隔以半透膜（允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜），水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。
思考题4.水分是如何进入根部导管？水分优势如何运输到叶片？答：进入根部导管有三种途径：①质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质部分的移动，阻力小，移动速度快。
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：气孔运动主要受保卫细胞的液泡水势的调节。
调节保卫细胞水势的渗透调节物有下列几种。
因为光照时保卫细胞内的叶绿体进行光合作用，水势降低，周围的水分流向保卫细胞，气孔就开（1）K+：在保卫细胞质膜上有ATP质子泵，分解由氧化磷酸化或光合磷酸化产生的ATP，将H+分泌到保卫细胞外，使得保卫细胞的pH升高。
质膜内侧的电势变得更负，驱动K+从表皮细胞经过保卫细胞质膜上的钾通道进入保卫细胞，再进入液泡。
在K+进入细胞内时，还伴随着少量氯离子的进入，以保持保卫细胞的电中性。
保卫细胞中积累较多的钾离子和氯离子，水势降低，水分进入保卫细胞，气孔就张开。
（2）苹果酸：照光下，保卫细胞内的二氧化碳用于光合碳循环，pH升高，导致淀粉分解生成PEP与二氧化碳反应，形成草酰乙酸转变成苹果酸，苹果酸和氯离子共同平衡钾离子。
第二章 水分生理
44
3．温度
▵ 气孔开度一般随温度的升高而增大。在30℃左右，气孔
开度达最大。
但35℃的温度会引起气孔开度减小。
低温下（如10℃）长时期光照也不能使气孔张开。 ▵ 温度对气孔开度的影响可能是通过影响呼吸作用和光合 作用，改变叶内CO2 浓度而起作用的。
45
4．水分
▵ 缺水可导致植物保卫细胞失水而关闭气孔。
第四节 蒸腾作用 一、蒸腾作用的生理意义和蒸腾部位 二、气孔蒸腾 三、影响蒸腾作用的外、内条件 第五节 植物体内水分的运输 一、水分运输的途径 二、水分运输的速度 三、水分沿导管或管胞上升的动力
第三节 植物根系对水分的吸收
一、根系吸水的途径 二、根系吸水的动力 三、影响根系吸水的土壤条件
第六节 合理灌溉的生理基础
2．压力势Ψp 由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加
的值叫压力势，一般为正值。
3．衬质势Ψm 是细胞胶体物质的亲水性和毛细管对自由水的
束缚作用而引起水势降低的值，以负值表示。 一个具有液泡的成熟细胞的水势主要由渗透势和压力势组成， 即 Ψw＝Ψπ＋Ψp
14
㈣ 细胞间的水分移动
▵ 相邻两细胞的水分移动方向，决定于两细胞间的水 势差异，水势高的细胞中的水分向水势低的细胞流动。
15
二、细胞的吸涨作用
▵吸涨：指亲水胶体吸水膨胀的现象。 ▵吸胀力：干燥种子细胞质、细胞壁、淀粉粒、蛋白质等等生 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，这种吸引水分子的力称为吸胀力。 ▵吸胀作用：因吸胀力的存在而吸收水分子的作用称为吸胀作 用。 吸胀力实际上就是衬质势，即由吸胀力的存在而降低的水势值。
渗 透：是指溶剂分子通过半透膜而移动的现象。
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、
植物水分生理
水分胁迫 植物蒸腾失水与根部吸水之间的收支关系称为水分平衡。前者大于后者时,植物含水量下降,水势和膨压也相应降低。超过一定限度时，植物的正常生理过程就会受到干扰，甚至使植物遭受损伤，这种水分亏缺称为水分胁迫或水分逆境。土壤水分过多也对植物造成伤害，也是胁迫，但那是由于土壤渍水阻断根系的氧气供应，妨碍有氧呼吸而造成的。植物各项生理功能对水分胁迫的敏感性差别很大。生长（特别是细胞膨大阶段）最为敏感。温室中生长的，正在伸展的玉米与向日葵叶片水势只要比供水充分的叶片低0.2～0.3MPa就足以使生长明显减缓。细胞壁合成、细胞分裂、蛋白质合成和硝酸还原酶的活力等也对水分胁迫敏感。水分胁迫还引起脱落酸合成量大大增加；乙烯释放量增多；气孔关闭，光合作用减弱；以及花、果、叶脱落。中生植物萎蔫时，体内可溶性糖和氨基酸特别是脯氨酸含量明显增加。同时一些水解酶从相应的区隔中释放出来，因而产生了破坏作用。更严重的水分胁迫最终将导致生物膜系统严重损坏，造成植物死亡。
植物对水分胁迫有多种抗御的功能，就其与胁迫的关系可以分为3大类：①逃避，例如沙漠中的短命植物，在一次降雨之后，短时期（一个月）内就完成从种子萌发到开花结籽的整个周期。植物实际上不直接经受水分胁迫；②回避，植物虽经受水分胁迫，但以某些响应防止了体内不利影响的发生。例如干旱时气孔关闭，防止了水分的散失和体内水势的下降；根冠比增高使供应单位叶面积的根吸收表面积增加,从而改变供求比等;③忍耐,变水型旱生植物能忍受强度脱水,直到气干状态仍不死亡;再获雨水时能很快恢复生命活动,也称为复苏植物。恒水植物中北美南部沙漠区的Larrea tridentata,旱季中老叶和小枝脱落，只留下长成的叶和芽，含水量降到干重的50％也不引起严重损伤，雨后仍能重新生长（见植物抗性）。
植物水分生理
植物生理学的一个重要分支，研究和阐明水对植物生活的意义，植物对水的吸收，水在植物体内的运输和向大气的散失（蒸腾作用），以及植物对水分胁迫的响应与适应。
植物对水分胁迫有多种抗御的功能，就其与胁迫的关系可以分为3大类：①逃避，例如沙漠中的短命植物，在一次降雨之后，短时期（一个月）内就完成从种子萌发到开花结籽的整个周期。植物实际上不直接经受水分胁迫；②回避，植物虽经受水分胁迫，但以某些响应防止了体内不利影响的发生。例如干旱时气孔关闭，防止了水分的散失和体内水势的下降；根冠比增高使供应单位叶面积的根吸收表面积增加,从而改变供求比等;③忍耐,变水型旱生植物能忍受强度脱水,直到气干状态仍不死亡;再获雨水时能很快恢复生命活动,也称为复苏植物。恒水植物中北美南部沙漠区的Larrea tridentata,旱季中老叶和小枝脱落，只留下长成的叶和芽，含水量降到干重的50％也不引起严重损伤，雨后仍能重新生长（见植物抗性）。
植物水分生理
植物生理学的一个重要分支，研究和阐明水对植物生活的意义，植物对水的吸收，水在植物体内的运输和向大气的散失（蒸腾作用），以及植物对水分胁迫的响应与适应。
1.植物的水分生理
定义(体系中水的水势，等于体系中水的偏摩尔体积化学势减去作为基准的标准态
水的偏摩尔体积化学势),标准态水的水势自然为零。植物的水势一般都低于零 (负
值)。在热力学上，水总是从水势高的相或区域自发地流向水势低的相或区域。水
势指体系中水的水势，通常将细胞中水的水势称为细胞的水势，大气中水的水势
称为大气的水势，等等。
部导管来说，压力势通常是导管中水溶液的张力( tension )或负压力
( negative pressure)。多数情况下，细胞的压力势>0，为正值，而木质
部导管的压力势<0,为负值。
当植物细胞受到干旱或冰冻脱水胁迫时，也会通过细胞壁产生细胞
内的负压力，严重时导致细胞壁向细胞塌陷( cytorhysis )，这时细胞的
体系内组分)不变时体系中每增加或减少一摩尔水所引起的自由能改变，
也可简单表述为特定条件下体系内每摩尔水所具有的自由能。
根据Kramer等人在1966年提出的水势概念和后来的完善，一个体系
中水的水势(Ψw）是体系中水的偏摩尔体积化学势与某一标准态的水
的偏摩尔体积化学势之差，即
μw-μw0
Ψw=
ഥ W
(三)植物细胞的水势
一个体系中水的化学势是温度、压力和水的摩尔分数的函数。在等
温条件下，体系中水的化学势和水势是压力和水的摩尔分数的函数。
在水溶液中，水的摩尔分数可以转换成渗透势，因此在等温条件下，
水势Ψw主要由压力势( pesure potential, Ψp )和渗透势( osmotic
potential, Ψπ)构成:
物的生态型(ecotype)等，都有决定性的影响。
图1-2显示了同一地区沙漠和湿地生长的芦苇的生态型的差别。
水的偏摩尔体积化学势),标准态水的水势自然为零。植物的水势一般都低于零 (负
值)。在热力学上，水总是从水势高的相或区域自发地流向水势低的相或区域。水
势指体系中水的水势，通常将细胞中水的水势称为细胞的水势，大气中水的水势
称为大气的水势，等等。
部导管来说，压力势通常是导管中水溶液的张力( tension )或负压力
( negative pressure)。多数情况下，细胞的压力势>0，为正值，而木质
部导管的压力势<0,为负值。
当植物细胞受到干旱或冰冻脱水胁迫时，也会通过细胞壁产生细胞
内的负压力，严重时导致细胞壁向细胞塌陷( cytorhysis )，这时细胞的
体系内组分)不变时体系中每增加或减少一摩尔水所引起的自由能改变，
也可简单表述为特定条件下体系内每摩尔水所具有的自由能。
根据Kramer等人在1966年提出的水势概念和后来的完善，一个体系
中水的水势(Ψw）是体系中水的偏摩尔体积化学势与某一标准态的水
的偏摩尔体积化学势之差，即
μw-μw0
Ψw=
ഥ W
(三)植物细胞的水势
一个体系中水的化学势是温度、压力和水的摩尔分数的函数。在等
温条件下，体系中水的化学势和水势是压力和水的摩尔分数的函数。
在水溶液中，水的摩尔分数可以转换成渗透势，因此在等温条件下，
水势Ψw主要由压力势( pesure potential, Ψp )和渗透势( osmotic
potential, Ψπ)构成:
物的生态型(ecotype)等，都有决定性的影响。
图1-2显示了同一地区沙漠和湿地生长的芦苇的生态型的差别。
植物水分生理的名词解释
植物水分生理的名词解释植物水分生理是研究植物如何获取、传输和利用水分的学科。
水分对于植物的生存和发展起着至关重要的作用，它参与植物的新陈代谢、光合作用、营养物质运输等各个方面。
本文将解释与植物水分生理相关的重要名词，以便更好地了解植物的水分调节机制。
1. 渗透压：渗透压是指溶液中的溶质造成的水分子浓度差异所导致的压力差别。
植物细胞内含有许多溶解物质，而外界土壤和环境中的水也是含有各种溶质的溶液。
当植物体内的渗透物质浓度高于外界环境时，植物细胞就会吸收外界水分进入细胞内，实现渗透调节和维持细胞内稳定的渗透压。
2. 蒸腾作用：蒸腾作用是植物通过气孔散发水分的过程。
在植物叶片的气孔开放状态下，由于气孔内外的水蒸气压差使得水分从植物体内的根系流向叶片表面，并由气孔排出。
蒸腾作用在植物体内形成了一条连续的水分通道，不仅用于水分供应，还起到调节温度、输送养分和维持细胞形态等重要生理功能。
3. 根压力：根压力是细胞内的物质代谢以及根系对水分的吸收带来的压力。
当土壤的水分供应充足时，根系吸收更多的水分并通过细胞间隙向上输送，产生一定的正压力。
根压力的存在有助于推动水分在植物体内的上升运输，并提供足够的水分供应，以应对干旱和蒸腾作用等环境压力。
4. 叶片水势：叶片水势是指植物叶片内的水分压力。
它可以反映植物体内的水分状况，并与渗透调节、蒸腾作用和水分传输等密切相关。
叶片水势的变化对植物的生长、开花和落叶等生理过程具有重要影响。
通过合理控制和调节叶片水势可以提高植物对水分的利用效率，保持植物体内的稳定状态。
5. 温度胁迫：温度胁迫是指植物由于环境温度过高或过低而产生的生理反应。
高温胁迫会导致植物体内水分的丧失加剧，加速蒸腾作用和蒸散速率，严重时甚至引发植物脱水和凋萎等问题。
低温胁迫则会影响植物根系吸收和传输水分的能力，导致植物体内水分的紧缺，甚至引发冻害。
6. 水分利用效率：水分利用效率是指植物在获取和利用水分时所产生的生物量和产量之间的关系。
植物水分生理
植物生理学水分生理水是生命的源泉，是植物重要的生存条件之一。
水分对植物的生命活动有极其重要的生理和生态作用。
植物通过不断的从环境中吸取水分，保持其正常的含水量，参与各项生理代谢活动。
而植物吸收的绝大多数水分主要通过蒸腾作用散失至大气，就是通过蒸腾作用产生的“蒸腾拉力”以及根系主动吸水所产生的“根压”发挥其生物学功能，来促进植物对土壤矿质元素的吸收和运输，促进体内有机物运输。
植物正常的生命活动就是建立在对水分不断地吸收、运输、利用和散失的过程中。
水分在植物体内有自由水和束缚水两种存在形式，两种水分存在形式不是固定不变的。
自由水起到溶剂的作用，直接参与植物的生理过程和生化反应；束缚水则是被植物细胞的胶体颗粒或渗透物质亲水基团所吸引而不能自由移动。
因此，自由水/束缚水比值较高时，植物代谢活跃生长较快，抗逆性较差；反之则代谢活性低生长缓慢，抗逆性较强。
植物水势是偏摩尔体积的水在一个系统中的化学式与纯水在相同温度、压力下的化学式之间的差。
植物细胞和土壤溶液水势的组分均由溶质势（Ψs）、衬质势（Ψm）、压力势（Ψp）和重力势（Ψg）组成，即：Ψw=Ψm+Ψs+Ψp+Ψg。
其中，溶质势恒为负值、衬质势趋于零、压力势一般为正值、重力势为正值但可忽略不计，所以水势可表示为Ψw=Ψs+Ψp。
相同点：（1）土壤中构成溶质势的成分主要是无机离子,而细胞中构成溶质势的成分除无机离子外,还有有机溶质；（2）土壤衬质势主要是由土壤胶体对水分的吸附所引起的,而细胞衬质势则主要是由细胞中蛋白质、淀粉、纤维素等亲水胶体物质对水分的吸附而所引起的；（3）土壤溶液是个开放体系中,土壤的压力势易受外界压力的影响,而细胞是个封闭体系,细胞的压力势主要受细胞壁结构和松驰情况的影响。
如将一个植物细胞放在纯水中，因纯水水势永远大于植物细胞水势故植物细胞吸水植物细胞水势升高，有植物细胞壁的存在植物细胞不会吸水涨破，水势升高到一阶段遍不再变化。
在一个成熟的细胞中，原生质层相当于一个半透膜。
植物生理学——植物的水分生理
二、集流（P11图1-1）
集流：指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。
水孔蛋白：具有选择性，高效运转水分的膜通道蛋白。单体 是中间狭窄的四聚体呈“呈滴漏”模型。活性由磷酸化调节 （如丝氨酸残基磷酸化）
三、渗透作用
（一）、自由能和水势 根据热力学原理：系统中物质的总能=束缚能(bound energy )+自由能（freeenergy）。 （1）、自由能——在温度恒定条件下用于做功的能量。 （2）、束缚能——在温度恒定条件下不能用于做功的能量。 （3）、化学势（chemical potential）——1mol物质的自由 能。用来描述体系中各组分参与化学反应的本领及转移的潜 在趋势(或所需的能量)。衡量水反应或转移能量的高低可用水 的化学势(水势)表示。 （4）、水势(water potential)——就是每偏mol体积水的化 学势。就是说水溶液的化学势与同温同压同一系统中的纯水 的化学的化学势之差，除以水的偏mol体积所得的商。
图1-1亲水胶体与水层示意
量）； 2．水是代谢过程的反应物；光合、呼吸、有机物 的分解合成都有水的参与 3．水是生命活动的的介质；水是植物对矿质吸收 和运输溶剂。 4．水能保持植物固有姿态； 5．水可以调节植物体温。 水的比热、汽化热高，环境温度剧烈变化时， 植物体温变化不大； 植物的蒸腾作用还会散发大量 的热，因此，植物在烈日下不会被灼伤。
（1） 渗透理论： 内皮层的作用： 根系主动吸收的无机离子进入共质体达中柱内 的活细胞。这样导管周围的活细胞在代谢过程 中不断向导管分泌有机离子和有机物，使其水 势下降，而附近细胞的水势较高。因而水分就 不断通过渗透作用进入导管，依次向地上部分 运输。这样就产生一种静水压力，即根压。 （2）代谢理论：认为呼吸作用所产生的能量 参与根系的主动吸水过程。当外界温度降低时、 氧分压下降、呼吸作用抑制剂存在时根压、伤 流或吐水会降低或停顿。
第一章 植物的水分生理1
（重力势是水分因重 力下移与相反力量相 等时的力量。 ）
压力势 细胞壁在受到膨压作 草本植物叶肉细胞的ψ p，在温暖天气的 用时会产生与膨压大 午后为0.3～0.5MPa，晚上则达1.5 MPa ψp
小相等、方向相反的 壁压，即压力势， ψ p一般为正值.
特殊情况下ψ p也可为负值或零，初始质 壁分离时，细胞的ψ p为零；剧烈蒸腾时， 细胞壁出现负压，即细胞的ψ p呈负值
细胞渗透吸水的三种情况
Ø 植物细胞置于浓溶液中，由 于细胞壁的伸缩性有限，而 原生质层的伸缩性较大，当 细胞继续失水时，原生质层 便和细胞壁慢慢分离开来， 这种现象被称为质壁分离。
质壁分离
质壁分离复原
Ø 把发生了质壁分离的细胞浸在水势较高的稀溶液或清水中， 外液中的水分又会进入细胞，液泡变大，原生质层很快会恢 复原来的状态，重新与细胞壁相贴,这种现象称为质壁分离 复原。利用细胞质壁分离和质壁分离复原的现象可以判断细 胞死活，同时，也证明植物细胞是一个渗透系统。
２.细胞的压力势 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)。 细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。
Ø 压力势一般为正值，它提高了细胞的水势。 Ø 草本植物叶肉细胞的压力势，在温暖天气的午后为0.3～ 0.5MPa，晚上则达1.5MPa。 Ø 在特殊情况下，压力势也可为等于零或负值。 例如初始质壁分离时，细胞的压力势为零； 剧烈蒸腾时，细胞壁出现负压，细胞的压力势呈负值。
（七）植物细胞间的水分移动
相邻两个细胞之间水分移动的方向，取决于两 细胞间的水势差，水分总是顺着水势梯度移动。
Ψπ = -1.5MPa Ψp = 0.7MPa Ψw = -0.8MPa
压力势 细胞壁在受到膨压作 草本植物叶肉细胞的ψ p，在温暖天气的 用时会产生与膨压大 午后为0.3～0.5MPa，晚上则达1.5 MPa ψp
小相等、方向相反的 壁压，即压力势， ψ p一般为正值.
特殊情况下ψ p也可为负值或零，初始质 壁分离时，细胞的ψ p为零；剧烈蒸腾时， 细胞壁出现负压，即细胞的ψ p呈负值
细胞渗透吸水的三种情况
Ø 植物细胞置于浓溶液中，由 于细胞壁的伸缩性有限，而 原生质层的伸缩性较大，当 细胞继续失水时，原生质层 便和细胞壁慢慢分离开来， 这种现象被称为质壁分离。
质壁分离
质壁分离复原
Ø 把发生了质壁分离的细胞浸在水势较高的稀溶液或清水中， 外液中的水分又会进入细胞，液泡变大，原生质层很快会恢 复原来的状态，重新与细胞壁相贴,这种现象称为质壁分离 复原。利用细胞质壁分离和质壁分离复原的现象可以判断细 胞死活，同时，也证明植物细胞是一个渗透系统。
２.细胞的压力势 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)。 细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。
Ø 压力势一般为正值，它提高了细胞的水势。 Ø 草本植物叶肉细胞的压力势，在温暖天气的午后为0.3～ 0.5MPa，晚上则达1.5MPa。 Ø 在特殊情况下，压力势也可为等于零或负值。 例如初始质壁分离时，细胞的压力势为零； 剧烈蒸腾时，细胞壁出现负压，细胞的压力势呈负值。
（七）植物细胞间的水分移动
相邻两个细胞之间水分移动的方向，取决于两 细胞间的水势差，水分总是顺着水势梯度移动。
Ψπ = -1.5MPa Ψp = 0.7MPa Ψw = -0.8MPa
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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