最新植物生理学—植物的水分生理(上课版)

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
（2）水势的大小： ➢ 纯水的自由能最大，因此水势最高，这样规定纯水的水势为0 ，其他容易与它相比较，而得出其大小。 ➢ 由于溶液中溶解了溶质，而溶质颗粒存在降低了水的自由能， 所以溶液中水的自由能要比纯水低，溶液的水势就成为负值，溶 液越浓，水势越低，负值越大。
第三节 根系吸水和水分向上运输
• 水分在植物体内的传输包括：
径向传输：是指水分从土壤溶液中传 输至导管的过程，即根系吸水。
轴向传输：是指水分在木质部导管向 上传输至植物顶部的过程，即水 分向上运输。
一、根系吸水
（一）根系吸水的部位：主要在根尖的根毛区。
（二）根系吸水的途径
质外体途径：是指水分通过细胞壁、细胞间隙等没有 细胞质部分的移动过程。移动阻力小，移动快。
跨膜途径：是指水分从一个细胞移动到另一个细胞， 细
细胞水势、渗透势和压力势在不同细胞体积中的变化
（1）初始质壁分离时，V=1.0， Ψp= 0， Ψw = Ψs （2）充分膨胀时，V=1.5， Ψw = Ψs + Ψp = 0 或Ψw = 0 Ψs = -Ψp （3）剧烈蒸腾时， Ψp < 0 Ψw < Ψs
（四）细胞间的水分移动
➢地上比根部低。 ➢上部叶比下部叶低 ➢在同一叶子中距离主脉越 远则越低； ➢在根部则内部低于外部。
特点:简单扩散是物质顺浓度梯度进行,适于短距离运输（胞内 跨膜或胞间）,不适于长距离的迁徙。
水的蒸发、叶片的蒸腾作用都是水分子扩散现象。
二、集流
概念—是指液体中成 群的原子或分子在压 力梯度下共同移动的 现象。例如水在木质 部中远距离运输，水 分从土壤溶液流入植 物体。
特点：物质顺压力梯 度进行。水分集流与 溶质浓度无关。
2、化学势：在等温、等压条件下，1mol物质的自由能就是该物 质的化学势。
3、水势：指每偏摩尔体积水的化学势差。用 (ψW) 表示。
wW W 0Fra bibliotekWVW
VW
（1）水势的单位：
水 势 水 水 的 的 偏 化 摩 N m 学 · m 3m · m 尔 势 1 o 1 o l体 lN · m 2 积 Pa
➢1、渗透势 (ψs)：在某系统中由于溶质颗粒的存在而使水势降低 的值，又叫溶质势(ψπ)。
➢ψs大小取决于溶质颗粒总数
➢2、压力势(Ψp)：由于细胞壁压力的存在而引起的水势增加值。 ψp＞0，正常情况压力正向作用细胞，增加 Ψw ψp＜ 0，剧烈蒸腾压力负向作用细胞，降低Ψw ψp = 0，质壁分离时，壁对质无压力
第二节 植物细胞对水分的吸收
1、植物细胞吸收水分的三种形式: 渗透性吸水（具液泡细胞） 吸胀性吸水（未形成液泡的细胞） 代谢性吸水（直接耗能）
2、现用教材：植物细胞吸水的三种方式是
扩散: 集流: 渗透作用: 是扩散与集流方式的组合
一、扩散
概念— 由分子的随机热运动所造成的物质从浓度高处向浓度 低处移动的过程。
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（-0.01MPa），但绝对值很小（趋 于零），可忽略不计。
总结：
* 故具有液泡的成熟细胞：
Ψw = Ψs + Ψp
* 没有液泡的分生细胞、风干种子胚细胞：ψw = ψm * 初始质壁分离细胞：ψw = ψs * 水饱和细胞： ψw = 0
集流是通过细胞膜上的水孔蛋白 （也称水通道蛋白）形成的水通 道来完成的。水孔蛋白广泛分布 于植物各个组织。
三、渗透作用 （一）渗透现象
1、渗透装置的条件 1、具有半透膜 2、半透膜两侧具有浓度差
2、渗透作用定义：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。
（二）植物细胞就是一个渗透系统
植物生理学—植物的水分生理 (上课版)
植物的水分代谢包括：
水
水
水
分
分
分
的
的
的
吸
运
排
收
输
出
和
利
用
第一节 植物对水分的需要
一、植物的含水量 1、不同的植物含水量有很大的不同
＜
草本
木本
70%-85%
2、同一植物生长在不同环境中含水量也有差异 3、在同一植株中，不同器官和不同组织的含水量的差异也很大
二、植物体内水分存在的状态 根据存在状态分为： 束缚水：靠近胶粒而被胶粒吸
➢3、重力势(ψg) ：是水分因重力下移与相反力量相等时的力量。它 能增加水分自由能，提高水势的值，以正值表示。
➢当水高1 m时，重力势是0.01 MPa。考虑到水分在细胞水平移动， 与渗透势和压力势相比，重力势通常省略不计。
➢4、衬质势（ Ψm ）：由于细胞胶体物质（蛋白质、淀粉、纤维素） 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。
（3）几种常见化合物的水势
溶液 纯水
Ψw /Mpa 0
Hoagland营养液 海水
1mol·L-1蔗糖 1mol·L-1 KCl
－0.05 －2.50 －2.69 －4.50
（4）细胞的水势
Ψw = ψs + ψp + ψm + ψg Ψs ：渗透势 Ψp ：压力势 Ψm ：衬质势 Ψg ：重力势
附束缚不易自由流动的水分 。 自由水：距离胶粒较远而可以
自由流动的水分。
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。
两者比值 自由水/ 高 束缚水
低
原生质
溶胶 凝胶
代谢
旺盛 活性低
生长 抗逆性
快弱 迟缓 强
三、 水分在生命活动中的作用
1、水是原生质的主要组分 细胞质的含水量一般在70%～90% 2、水是代谢过程的反应物质 在光合、呼吸、有机物质合成和分解 的过程中，都有水分子参与。 3、水是植物对物质吸收和运输的溶剂 植物只能吸收和运输溶解在水中的无 机物质和有机物质。 4、水能使植物保持固有的姿态
➢ 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。
➢ 质壁分离和质壁分离复原可以 证明植物细胞是一个渗透系统
（三）水势和自由能
1、自由能
根据热力学原理，系统中物质的总能量可分为束缚能和自由能。
物质 能量
束缚能：是不能用于做有用功的能量。 自由能：是在恒温、恒压条件下能够作功的那部分能量。