植物生理学孟庆伟植物的水分代谢(1,2节)

0.2
37.8
2、水分的迁移方式
扩散（diffusion） 物质从高浓度(高化学势)的区域向低浓度(低化学势)区域自发的 转移称为扩散。 动力：两点间的化学势差(浓度差)。 对于短距离的物质运输有效。不适用于长距离运输。
渗透(osmosis)
当溶液被膜分开为两个部分时，溶质无法跨膜运输，溶剂的跨膜 扩散称为渗透。 渗透动力：膜两侧的水势差。 这是水分进入细胞的主要形式。
1.水分的生理作用
1）水是植物细胞原生质的重要组分
2）水是植物体内代谢过程的反应物质
3）水是植物各种生化反应和物质运输的介质 4）水使植物保持挺立的姿态 5）细胞的分裂和延伸生长都需要足够的水
•正常代谢的组织原生质呈溶胶状态；代谢弱的干种子，原生质呈凝胶状态。
2.水对植物的生态作用：
1)水是植物体温调节剂
处在强烈蒸发环境中的细胞ψP会成负值？
• 因为植物细胞壁的表面蒸发失水，原生质和液泡中的一部分水分 就外移到细胞壁中去。但这时并不发生质壁分离。在强烈的蒸发 环境中, 细胞壁内已经没有水分了，原生质体便与细胞壁紧密吸 附而不分离。所以在原生质收缩时，就会拉着细胞壁一起向内收 缩。由于细胞壁的伸缩性有限，所以就会产生一个向外的反作用
用质壁分离现象解决下列几个问题(P13)：
1、鉴定细胞死活
2、测定细胞的渗透势
3、观察物质透过原生质的难易程度 4、证明植物细胞是渗透系统
低水势
常态
纯水
细胞水势、溶质势、压力势与细胞体积的关系
• 问题：
（1）甲、乙两细胞，甲放在0.4M的蔗糖溶液中，充分平衡后， 测得其渗透势为-0.8RT；乙放在0.3M的NaCl溶液中，充分平
饱和含水量

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。

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本章内容
第一节 植物对水分的需要 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 蒸腾作用 第五节 植物体内水分的运输 第六节 合理灌溉的生理基础
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§ 1、植物对水分的需要
1、1植物的含水量
⑴不同植物的含水量不同。
• 水生植物90%；旱生地衣6%，一般植物55~85%
本书内容
• 第一篇 植物的物质生产和光能利用
包括水分生理、矿质营养和光合作用
• 第二篇 植物体内物质和能量的转变
包括呼吸作用、有机物代谢（次生代谢）、有 机物运输。
• 第三篇 植物的生长发育
包括信号转导、生长物质、光形态建成、生长生 理、生殖生理、成熟和衰老、抗性生理。
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• 代谢（metablolism）：是指维持各种生命活动 （如生长、发育、繁殖和运动）过程中化学变化 （包括物质合成、转化和分解）的总称。
•水分通过水孔蛋白迁移 的速度远远大于通过脂 双分子层的速度。
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水分跨膜运输途径示意图（Buchanan et al. 2000） A．水分子通过水孔蛋白形成的水通道
2019/12/27 B．水分子通过膜脂间隙进人细胞
水孔蛋白的结构（依据Buchanan et al. 2000修改）
三、渗透作用（osmosis） 动力为水势梯度。 水势的概念及水的迁移
1、自由能、化学势、水势
1. ）自由能(free energy):体系内可以用于做功的能量。而束缚 能(bound energy)是不能用于做功的能量。
2. ）化学势( chemical potential):指一个体系中，在恒温恒压下 1mol某物质的自由能(偏摩尔自由能)，用μ表示。它衡量物质 反应或做功的能量。规定纯水的化学势为0焦耳/摩尔（N m/mol）。

2、作物形态指标：生长速度、颜色变化、萎蔫程度。 3、生理指标：叶片水势、细胞液浓度、气孔状况。
三、节水灌溉的生理基础
1、精确灌溉 2、调亏灌溉 3、控制性分根区灌溉
本章复习题
1、名词解释： 水势、渗透势、压力势、渗透作用、蒸腾速率、 蒸腾比率、蒸腾系数、水分临界期、根压 2、问答题：
（1）、通过质壁分离可以解决那些问题？
水分临界期（critical period of water）： 植物对水分不足最敏感、最易受害的时期。
小麦：分蘖-抽穗期；灌浆-乳熟期
二、合理灌溉的指标
合理灌溉除满足植物的正常生长之外， 还能改善栽培环境的土壤条件和气候环境， 间接对作物发生影响。
1、土壤含水量：一般作物生长较好的土壤含水量为60-80%。
蒸腾的器官：叶片（主要），茎及地上部其它器官。
1、皮孔蒸腾：皮孔（木本植物的0.01%） 2、角质蒸腾：角质层（一般占5~10%） 3、气孔蒸腾：气孔
二、气孔蒸腾
（一）、气孔运动
（二）、气孔运动的机理
1.淀粉-糖变化学说 主要内容：认为保卫细胞水势的变化是糖和淀粉互相转化的 结果。关键酶为淀粉磷酸化酶（在PH6.1-7.3促进淀粉水解， PH2.9-6.1促进葡萄糖-1磷酸合成淀粉）。光照条件下由于保 卫细胞具有叶绿体，进行光合作用消耗二氧化碳细胞PH升高， 促进淀粉水解，细胞内可溶物质增加，水势降低，气孔吸水 打开。在黑暗条件下，光合作用停止，而呼吸作用仍进行， 累积二氧化碳使细胞PH升高，促进淀粉合成，细胞内可溶物 质减少，水势增加，气孔关闭。
四、水势
1、热力学名词
自由能：在恒温、恒压条件下，系统中可以作功的能量。 束缚能：在恒温、恒压条件下，系统中不能作功的能量。 化学势：1mol物质中的自由能就是该物质的化学势。