植物生理学—植物的水分生理(上课版)

（2003年，全国卷）30．下述有关植物细胞质壁分离的论述中，哪一项是不正确的？ C
A．初始质壁分离时，细胞的压力势等于零 B．在质壁分离现象中，与细胞壁分离的"质"并不是原生质 C．蚕豆根的分生细胞放在20％的蔗糖溶液中，能够发生质壁分离 D．将洋葱表皮细胞放入一定浓度的硝酸钾溶液中，其细胞发生质壁分离后又发生质壁分 离复原。其原因是钾离子和硝酸根离子都进入了细胞
白天（光）CO2↓ PH ↑6.1~7.3
淀粉 + 磷酸 淀粉磷酸化酶 G1P → G + P
水势↑ 细胞 失水 气孔 关闭
夜晚（暗）CO2 ↑ PH ↓ 2.9~6.1
水势↓细胞 吸水气孔 开放
➢ 2、无机离子学说 20实际60年代受重视 ➢ 电子探针、组织化学分析保卫细胞的K+水平，发现：气孔张开时，
跨膜途径：是指水分从一个细胞移动到另一个细胞， 细
要经过质膜和液泡膜的过程。
胞
途 共质体途径：是指水分从一个细胞的细胞质经过胞间 径
连丝移动到另外一个细胞的细胞质的移动过程。
速度较慢。速度慢10-3cm/h。
根系吸水的3种途径
（三）根系吸水的动力 1、根压：由于水势梯度引起水分进入 中柱后产生的压力称为根压。一般为 0.05-0.5MPa,是主动吸水过程。 ➢ 证明根压存在的两个证据： ➢ 伤流：是指从受伤或折断的植物组织 溢出液体的现象。伤流是根压引起的。 ➢ 吐水：未受伤的叶片尖端或边缘向外 溢出液滴的现象。早晨、傍晚常见
压差增大，有利蒸腾；光使气 孔开放，气孔阻力减小。 2、空气相对湿度:大，蒸腾慢 3、温度:高，有利蒸腾 4、风:微风促进，强风抑制
（二）内部因素 1、气孔和气孔下腔
气孔频度（气孔数/cm2）和气孔 大小直接影响内部阻力，气孔下腔 体积影响内部蒸气压。
2、叶片内部面积
指内部细胞间隙的面积。内部面 积大，有利于蒸腾。
3、二氧化碳 低浓度二氧化碳促进气孔张开；高浓度二氧化碳能使气孔迅速关 闭，无论光照或黑暗均是如此。
4、脱落酸
三、影响蒸腾作用的外、内条件
取决于水蒸气向外扩散力和扩散途径阻力
扩散力
蒸腾速率= 扩散阻力
=
气孔下腔蒸气压-大气蒸气压 气孔阻力 + 扩散层阻力
（一）外界条件
1、光照 :最主要的外界条件 光照提高叶温，叶内外蒸气
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。
植物生理学
第一章 植物的水分生理
有收无收在于水
植物的水分代谢包括：
水
水
水分分Fra bibliotek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
1、幼小植物：地面以上的全部表面 2、成年植物：蒸腾有三种方式 ➢ 皮孔蒸腾 — 高大木本植物，约占全部蒸
腾的0.1% ➢ 角质蒸腾—约占全部蒸腾的5%～10% ➢ 气孔蒸腾—主要方式
（三）蒸腾作用的指标
➢ 常用指标有三个： ①蒸腾速率：植物在一定时间内单位叶面蒸腾的水量。g/m2·h。 白天一般为15～250 g/m2·h，夜里一般为1～20 g/m2·h。 ②蒸腾比率(TR)：指光合作用同化每摩尔CO2所需要蒸腾散失的 H2O的摩尔数。C3植物的是500～1000；C4植物为 200～350； CAM植物的是50。 ③水分利用率(WUE)：是指光合作用同化CO2的速率与同时蒸腾 丢失的水分的比值。一般情况下为0.7～2.5 mgCO2/gH2O
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
➢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。
➢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
（2015，全国卷）53．在20摄氏度条件下，将发生初始质壁分离的细胞(Ψs=—
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
* 只有春季叶片未展开或树木落叶以 后以及蒸腾速率很低的夜晚，主动 吸水才成为主要的吸水方式。
（四）、影响根系吸水的土壤条件 1、土壤中可用水分
2、土壤通气状况 土壤通气不良导致土壤缺氧和二氧化碳浓度过高，短期内可使 细胞呼吸减弱，继而阻碍吸水；时间较长，就形成无氧呼吸， 产生和累积较多酒精，根系中毒受伤，吸水更少。 3、土壤温度：
4、土壤溶液浓度：
第四节 蒸腾作用
• 植物的失水方式： 液态散失 — 吐水 气态散失 — 蒸腾作用
• 蒸腾作用的概念：是指水分以气体状 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。
• 蒸腾作用与蒸发不同，它是一个生理 过程，受气孔结构和气孔开度的调节。
（一）生理意义 1. 2.蒸腾作用是植物吸收矿质盐类和在体内运转的动力； 3.蒸腾作用能够降低叶片的温度。 4.有利于CO2的吸收和同化。 （二）蒸腾作用的部位及方式
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。
➢ 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。
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。
w

W W 0


W

VW
VW
（1）水势的单位：
水势

水的化学势 水的偏摩尔体积

N·m·mol 1 m3mol 1
N·m2 Pa
水势的单位是压强的单位：帕斯卡（Pa）、大气压（atm）、巴 （bar）。
（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
二、气孔蒸腾
（一）气孔运动
⑴ 双子叶植物气孔运动 保卫细胞肾形，内壁厚，内有横 向微纤丝，细胞吸水，外壁伸长 向外移动，将内壁向外拉开，气 孔张开。
⑵ 单子叶植物的气孔运动 保卫细胞哑铃形，中间部分壁厚， 两头薄，有辐射状微纤丝。细胞 吸水，两头膨大，气孔张开。
（二）气孔运动的机理
➢ 1、淀粉—糖相互转化学说
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。
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。