第一章植物的水分代谢

第一章植物的水分代谢 Water Physiology of Plant 概述

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。植物的水分代谢包括：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。植物的水分代谢包括：水分的运输水分的利用水分的散失水分的吸收

一、植物的含水量 1. 不同植物含水量不同苔藓　含水量6% 　草本植物含水量70-85% 　莲　含水量90% 第一节　植物对水分的需要有收无收在于水，多收少收在于肥水生＞中生＞旱生

2. 同一植株不同器官、组织含水量不同 一、植物的含水量种子　10%－14% 根　60%－90% 新生旺盛＞衰老成熟 3. 同一器官不同生长期，含水量也不同前期＞后期

二、植物体内水分存在的状态 植物体内不被亲水胶粒吸附，可以自由移动，可起溶剂作用的水分。自由水蛋白质亲水胶粒束缚水植物体内吸附在亲水胶粒周围或被困于大分子空间中，不能自由移动的水分。

二、植物体内水分存在的状态 • 思考： • 　　　干旱时，自由水/束缚水高抗旱？ • 　　　还是自由水/束缚水低抗旱？　　　　　　

三、水分对植物的作用 • 1. 是细胞质的主要成分。70－90% • 2. 是代谢过程中的重要反应物质。如水解、脱氢反应，光合作用。 • 3. 水分是各种生化反应的基本介质（溶剂）。 • 4. 水分能保持植物的固有姿态。（就像吹气气球）

第二节　植物细胞对水分的吸收 　　在植物的生命活动中，植物不断的从环境中吸收水分，也不断的向环境中散失水分。植物是如何从环境中吸收水分的呢？

主要有三种方式 • 一、扩散 • 二、集流 • 三、渗透作用

水孔蛋白 磷脂双分子层（质膜）一、扩散（以浓度为动力）是一种自发过程，是由于分子的随机热运动所造成的，物质从浓度高的区域向浓度低的区域移动的现象。－－细胞间水分的迁移（短距离）

二、集流（以压力为动力） • 是指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。 • 是水分长距离运输的重要方式－－导管根压和蒸腾拉力

三、渗透作用（以压力和浓度两者为动力） 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。液面上升压力（水势）蔗糖溶液半透膜水　　经过一段时间

三、渗透作用 • 1. 水势：溶液中每偏摩而体积水的化学势差。实质是压力单位。 • 2. 植物细胞是一个渗透系统：质膜和液泡膜都是半透膜，同细胞质和胞外环境组成了渗透系统。－－烧苗 • 3. 细胞水势的组成： • Ψw=ψπ+ψp+ψg

三、渗透作用 Ψw=ψ π+ψp+ψg 3.1 规定纯水的水势为 0。 3.2 ψ π—渗透势或溶质势:由于溶质的作用使细胞水势降低的值。 (<0) ψ π＝－iCRT i — 等渗系数，与溶质电离有关， C — 溶液的质量摩尔浓度如稀的 KCl为2；蔗糖为1(mol ·kg-1) R — 气体常数： 0.00823 kg·MPa · mol-1 ·kg-1 T — 热力学温度(K)： t℃ + 273

三、渗透作用 Ψw=ψ π+ψp+ψg (或ψm？) • 3.3 ψp —压力势：细胞壁对原生质体产生压力引起的水势变化值。在多数情况下压力势为正值，因为壁压增大水势（大于纯水，>0）。水势有时为零，有时为负值。 • 3.4ψg —重力势：是水分因重力下移与相反力量相等时的力量。 • 3.5ψm —衬质势：由于原生质中的亲水物质束缚水使细胞水势降低的值。(<0)

Ψp：压力势，由于细胞壁压力的存在而引起的水势增加值。一般情况下，压力势为正值；质壁分离时，压力势为零；剧烈蒸腾时，压力势为负值。 Ψg：重力势，可忽略不计故具有液泡的成熟细胞： Ψw = Ψπ +Ψp

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 细胞相对体积

三、渗透作用 • 3.5 不同类型细胞的水势组成 • A. 分生组织：Ψw=ψ π+ψp+ψg • B. 成熟细胞：Ψw=ψ π+ψp • 成熟细胞指已形成中央大液泡的细胞，这种细胞原生质被挤压为一薄层，因此，衬质势（ψm）很小忽略。 • C.风干种子细胞的水势：Ψw=ψm • 风干种子细胞原生质处于凝胶状态，没有溶液，即没有渗透势；膜失去弹性，也没有压力势，只有衬质势。

三、渗透作用 • 4. 水分的移动 • 流动方向与从水势高到水势低，从浓度低到浓度高。 • 例题1： C液＞C细，水的流向？ • C液＜C细，水的流向？ • C液＝C细，水的流向？细胞－＞溶液溶液－＞细胞流动平衡

三、渗透作用 • 例题2：判断甲、乙两细胞水分的移动方向 Ψ π＝-1.2MPa Ψp=+0.4MPa Ψ π＝-1.4MPa Ψp=+0.8MPa 　？？　甲　乙 Ψw=-0.6MPa Ψw=-0.8MPa

（1）初始质壁分离时，V=1.0， Ψp= 0， Ψw =Ψs = -2.0MPa （2）充分膨胀时，V=1.5， Ψw = Ψs +Ψp = 0 （3）剧烈蒸腾时，Ψp < 0

A -0.8 B -0.6 C -0.4 （四）细胞间的水分移动（Ψw ，MPa）（1）将细胞放入高水势溶液中：（2）将细胞放入低水势溶液中：（3）将细胞放入等水势溶液中:

将一个细胞放入渗透势为-0.2MPa的溶液中，达到动态平衡后，细胞的渗透势为-0.6MPa，细胞的压力势等于多少？将一个细胞放入渗透势为-0.2MPa的溶液中，达到动态平衡后，细胞的渗透势为-0.6MPa，细胞的压力势等于多少？ W=+P+g +P+g =-0.2MPa -0.6MPa +P +0 =-0.2MPa P =0.4MPa

假设一个细胞的渗透势为-0.8MPa ,将其放入渗透势为-0.3MPa溶液中，请计算细胞的压力势为何值时才分别发生下列三种情况？ 1、细胞体积变大 (0 ≤ ψp <0.5) 2、细胞体积变小 (0.5 < ψp ≤0.8 ) 3、细胞体积不变 (ψp =0.5) 1、W=+P+g-0.3MPa -0.8MPa+P-0.3MPa P0.5MPa（质壁分离时， ψp为0） 2、W=+P+g-0.3MPa -0.8MPa+P-0.3MPa P0.5MPa（吸水饱和时，渗透势与压力势绝对值相等）。

环境状况 体积细胞状态 ψp ψw 等渗溶液 V＝1 松弛状态，临界质壁分离 ψp＝0 ψw＝ψs 低渗溶液 V>1 膨胀状态，细胞吸水 ψp增大 ψw＝ψs+ψp 纯水中 V最大饱和状态，充分膨胀 ψp＝-ψs ψw＝0 高渗溶液 V<1 萎蔫状态，失水，质壁分离 ψp<0 ψw下降细胞吸水过程中水势组分

植物细胞是一个渗透系统 • 1.概念： • 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。 • 质壁分离复原：把发生质壁分离的植物细胞放入清水或水势较高的溶液中，液泡变大，整个原生质体慢慢恢复原来状态的过程。

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。

第三节　植物根系对水分的吸收 • 一、根系吸水区域：根尖的根毛区吸水能力最强根毛区伸长区分生区

二、根系吸水的途径 细胞途径质外体途径

二、根系吸水的途径 • 1. 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的途径。 • 2. 跨膜途径：水分从一个细胞到另一个细胞，要两次通过质膜，故称跨膜途径。跨膜途径和共质体途径统称为细胞途径。 • 3. 质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质的移动途径。

三、根系吸水的动力 1. 根压（叶片未展开时，是主要动力）：指植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力。　　伤流和吐水是证实根压存在的两种生理现象。吐水：未受伤的叶片尖端或边缘向外溢出液滴的现象，是由根压引起的。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。

三、根系吸水的动力 • 2. 蒸腾拉力(主要动力)在蒸腾作用中，首先是气孔下腔细胞失水，水势降低，它就向相邻细胞吸水，使相邻细胞水势降低，这种水势降低作用，通过一个个细胞传递到木质部导管，使导管水势降低，导管向根系吸水，使根系水势降低，产生吸水力。

四、影响根系吸水的土壤条件 • 土壤中可用水分 • 土壤通气状况：根系呼吸 • 土壤温度：过低，过高 • 土壤溶液浓度：过高，烧苗

第四节植物的蒸腾作用 概念：蒸腾作用指水分从植物地上部分以水蒸汽状态向外散失的过程叫蒸腾作用。蒸腾作用与蒸发不同，它是一个生理过程，受植物体结构和气孔行为的调节。

第四节　蒸腾作用 一、蒸腾作用的生理意义和部位 1. 生理意义 a.水分吸收和运输的主要动力 b.是矿质元素和有机物运输的动力 c.降低叶温

一、蒸腾作用的生理意义和部位 2. 蒸腾部位 • 皮孔　　　 • 角质层 • 气孔茎叶片

第四节植物的蒸腾作用 蒸腾作用的生理意义 1.蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的一个主要动力； 2.蒸腾作用促进植物对矿物质的吸收和运输； 3.蒸腾作用能降低植物体和叶片的温度； 4. 蒸腾作用的正常进行，气孔开放，有利于光合作用中CO2固定。

第四节植物的蒸腾作用 蒸腾的器官：叶片（主要）茎及地上部其它器官。

第四节植物的蒸腾作用 蒸腾的方式：气孔蒸腾（主要）角质蒸腾皮孔蒸腾

第四节植物的蒸腾作用 二、气孔蒸腾１.气孔的形态结构和特点: ①气孔数目多，分布广。气孔数目，大小，分布因植物种类和生长环境而异。 ②气孔的面积小，蒸腾速率遵循小孔律。 ③保卫细胞的体积小，膨压变化迅速。 ④保卫细胞具有多种细胞器，特别是含有叶绿体，对气孔开闭有重要作用。 ⑤保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构。 ⑥保卫细胞与周围细胞联系紧密，便于物质及水分的交流。

二、气孔蒸腾 • 1. 气孔的结构与特点 • A.结构：　 • B.特点：上表面数目＞下表面 • 　　　　孔口侧厚，背口侧薄 • 　　　　辐射状微纤丝双子叶－半月形单子叶－哑铃形

保卫细胞特点： 1、肾型保卫细胞：外壁薄内壁厚，这有利于膨压迅速地改变。细胞壁中径向排列有辐射状微纤束与内壁相连，便于对内壁施加影响。吸水时较薄的外壁易用于伸展，细胞向外弯曲，气孔张开。 2、哑铃型：中间壁厚，两端薄，微纤丝径向排列，吸水时较薄的两端横向膨大，气孔张开。

二、气孔蒸腾 • 2. 气孔的运动及机制 • 1）气孔的运动吸水吸水失水失水双子叶植物单子叶植物

二、气孔蒸腾 光合白天 CO2减少 2）气孔运动机制 • A.淀粉－糖互　变学说 PH升高淀粉磷酸化酶 [OH-] 淀粉葡萄糖？？水势降低　吸水气孔开放

二、气孔蒸腾 光合停止黒夜 CO2增加 2）气孔运动机制 • A.淀粉－糖互　变学说 PH降低淀粉磷酸化酶 [H+] 淀粉葡萄糖？？水势升高　失水气孔关闭

二、气孔蒸腾 光合白天 ATP增加质子泵开放 2）气孔运动机制 • B.无机离子泵学说 • （见书21页图1-8） H+泵出？？胞外H+增加 K＋内流通道开放　细胞内K＋增多水势降低气孔开放

第一章 植物的水分代谢