植物生理学教案--第四章水分代谢

第一章第一节 第二节

水分代谢

植物对水分的需要 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 植物体内的水分运输 第六节 合理灌溉的生理基础

第一节

植物对水分的需要

一、植物的含水量及其存在状态 植物组织含水量一般为70%~90%。 存在状态：束缚水和自由水 束缚水(bound water):凡被原生质 组分吸附、束缚不能自由移动的水分。 自由水(free water):不被原生质 组分吸附可自由移动的水分。

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。 二、水对植物的生理作用 1、水是原生质的主要组分 2、水直接参与植物体内重要的代谢 过程 3、水是物质吸收、运输的良好介质 4、水保持植物的固有姿态

5、细胞的分裂和生长需要足够的水 6、水有特殊的理化性质 高比热：稳定植物体温 高汽化热：降低体温，避免高温危害 介电常数高：有利于离子的溶解

第二节

植物细胞对水分的吸收※

细胞吸水有3种方式： 未形成液泡的细胞 — 吸胀吸水 具中心液泡的成熟细胞 — 渗透性吸水 代谢性吸水

一、细胞的渗透性吸水 (一)自由能、化学势、水势的概念 自由能(G):物质能用于做功的潜 在能量。 化学势(µ):描述体系中各组分发 生化学反应的本领及转移的潜在能力。 每偏摩尔体积某物质的自由能。

水的G 1mol水的G µ Δµ= µw - µ w Δµ Ψw = Vw,m , 水势(water potential):每偏摩尔 体积水的化学势差。

μ w:纯水的化学势，定为0 单位： Δµ Ψw = Vw,m , J /mol N·m/mol N

=

=m3/mol m3/mol

=m2

水势的单位是压强的单位，帕Pa)、 大气压(atm)、巴(bar)。 1bar = 0.1MPa = 0.987atm

Vw,m :偏摩尔体积，指在恒温 ， 恒压其它组分不变的条件下加入1摩 尔的水所引起的体积变化。

如：纯水的摩尔体积是18.00ml, 加入58.00ml的乙醇中，最终体积是 75.00ml,水的偏摩尔体积是多少？ 17.00ml

几种常见化合物的水势溶液 纯水 Hoagland营养液 营养液 海水 1mol·L-1蔗糖 1mol·L-1 KCl Ψw /Mpa 0 -0.05 -2.50 -2.69 -4.50

水分一定是从水势高处流向水势 低处。 渗透作用(osmosis):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)植物细胞构成的渗透系统 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。 质壁分离现象可以证明原生质层 具有半透膜的性质，植物细胞是一个 渗透系统。

质壁分离现象可以解决下列问题： 1、说明原生质层是半透膜 2、判断细胞死活 3、测定细胞的渗透势

(三)植物细胞的水势构成 ※ Ψw

= Ψπ

+ Ψp + Ψm

Ψπ :渗透势，也称溶质势(Ψs) 由于溶质颗粒的存在而引起的水势降 低值。恒为负值。 Ψπ =-icRT i:解离系数，c:溶质浓度 R:气体 常数，T:绝对温度

Ψp :压力势，由于细胞壁压力 的存在而引起的水势增加值。 原生质吸水膨胀，对细胞壁产生压力， 原生质吸水膨胀，对细胞壁产生压力， 而细胞壁对原生质会产生一个反作用力， 而细胞壁对原生质会产生一个反作用力， 这就是细胞的压力势。 这就是细胞的压力势。 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。

Ψm :衬质势，由于细胞胶 体物质亲水性和毛细管对自由水束 缚而引起的水势降低值。恒为负值。 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趋于零。