《植物生理学 第一章 水分代谢解读》由会员分享，可在线阅读，更多相关《植物生理学 第一章 水分代谢解读（99页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章第一章 植物的水分代谢植物的水分代谢 （water metabolism) 植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过 程，称为植物的程，称为植物的水分代谢水分代谢。 植物的水分代谢 目的 了解水分在植物体内存在的状况及其主要生 理生态作用 掌握植物细胞和根系对水分吸收的主要规 律； 解蒸腾作用的生理意义与影响因子； 了解植物体内水分运输的特点及机理； 弄清作物合理灌溉的生理基础。 水分代谢水分代谢 水分的吸收水分的吸收 水分在植物水分在植物 体内的运输体内的运输 水分的利用水分的利用 和排出和排出 没有水就没有生命没有水就没有生命 n 地球上水的出现比
2、生命出现的早，水 是地球上第一批生命的摇篮。 n 陆生植物是由水生植物进化而来的。 n 植物的一切正常的生命活动，只有在 一定的细胞含水量的状况下才能进行。 有收无收在于水有收无收在于水 水对生命的重要性：水对生命的重要性： 第一节第一节 水分在植物生命活动中的作用水分在植物生命活动中的作用 n n植物的含水量植物的含水量 n n植物体内水分存在状态植物体内水分存在状态 n n水分在生命活动中的作用水分在生命活动中的作用 一一、植物的含水量（植物的含水量（Water contentWater content） 不同植物的含水量不同。 水生植物90%；旱生地衣6%，一般植物5585% 同一植物生
3、长在不同环境含水量有变化 同一植株,不同器官和不同组织含水量不同 生长旺盛部位如根尖、芽、幼叶6090%； 生长缓慢部位如主干3560%；体眠种子515% 凡生命代谢活动旺盛含水量高。 测定含水量的指标测定含水量的指标： n 含水量含水量=(=(鲜重鲜重- -干重干重)/ )/鲜重鲜重 100% 100% WC=(FW-DW)/FW 100%WC=(FW-DW)/FW 100% n n 相对含水量相对含水量=(=(鲜重鲜重- -干重干重)/()/(饱和鲜重饱和鲜重- -干重干重) ) 100% 100% RWC=(FW-DW)/(SFW-DW) 100%RWC=(FW-DW)/(SFW-DW)
4、 100% 干重的测定：105 杀青15 min，85 烘干至恒重（ 一般48 h）。 二、二、 植物体内水分存在的状态植物体内水分存在的状态 n束缚水（bound waterbound water）：靠近亲水物质而被胶）：靠近亲水物质而被胶 粒吸附不易自由移动的水。粒吸附不易自由移动的水。 n自由水（free waterfree water）：距离亲水物质远而容）：距离亲水物质远而容 易自由移动的水。易自由移动的水。 自由水可参加细胞的各种代谢活动，而束缚水不能 。 蛋白质蛋白质 自由水自由水 束缚水束缚水 自由水和束缚水分布示意图自由水和束缚水分布示意图 自由水：自由水： 1. 能自由移动
5、； 2. 随温度的上升或下降气化或结冰； 3. 可以作为溶剂； 4. 参与代谢（光合、呼吸、物质运输），含量越高 ，代谢越旺盛。 束缚水：束缚水： 1. 1. 不能自由移动；不能自由移动； 2. 02. 0时不结冰；时不结冰； 3. 3. 不能作为溶剂；不能作为溶剂； 4. 4. 不参与代谢，可降低代谢强度，增强植物抵抗不不参与代谢，可降低代谢强度，增强植物抵抗不 良环境的能力。良环境的能力。 水分存在状态的特点：水分存在状态的特点： 1)1)束缚水一般不参与植物的代谢反应。束缚水一般不参与植物的代谢反应。 2)2)自由水主要参与植物体内的各种代谢反应自由水主要参与植物体内的各种代谢反应 。
6、3)3)自由水束缚水的比值可作为衡量植物代自由水束缚水的比值可作为衡量植物代 谢强弱和抗性的谢强弱和抗性的生理指标生理指标之一。之一。 植物体内水分状态与代谢的关系 三、水分在植物生命活动中的作用三、水分在植物生命活动中的作用 n n1 1、水的生理作用、水的生理作用 n n2 2、水的生态作用、水的生态作用 1 1、水的生理作用、水的生理作用 水分是原生质的主要成分水分是原生质的主要成分 水分是代谢过程的反应物质水分是代谢过程的反应物质 水分是物质吸收和运输的溶剂水分是物质吸收和运输的溶剂 水分能保持植物的固有姿态水分能保持植物的固有姿态 细胞的分裂和延伸生长。细胞的分裂和延伸生长。 2 2
7、、水的生态作用、水的生态作用 调节植物体温调节植物体温 改善田间小气候改善田间小气候 第二节第二节 植物细胞对水分的吸收原理植物细胞对水分的吸收原理 细胞的三种吸水方式细胞的三种吸水方式 一、一、吸胀吸水吸胀吸水未形成液泡的细胞靠原生质等物未形成液泡的细胞靠原生质等物 质的亲水性作用进行的吸水质的亲水性作用进行的吸水 （衬质势）（衬质势） （风干种子的吸水）（风干种子的吸水） 二、二、渗透性吸水渗透性吸水具中心液泡的成熟细胞按照渗具中心液泡的成熟细胞按照渗 透作用的原理进行的吸水（透作用的原理进行的吸水（水势）水势） （ 植物以渗透性吸水为主）植物以渗透性吸水为主） 代谢吸水缺乏实验证据，暂不
8、涉及。代谢吸水缺乏实验证据，暂不涉及。 渗透系统（渗透系统（Osmotic system)Osmotic system) 用半透膜将两种不同浓度溶液分开构成渗透系统。用半透膜将两种不同浓度溶液分开构成渗透系统。 渗透作用（渗透作用（osmosisosmosis）：水分从水势高的系统通过半透）：水分从水势高的系统通过半透 性膜向水势低的系统移动的现象。性膜向水势低的系统移动的现象。 （一）水势（一）水势（Water potential)Water potential) 束缚能束缚能 自由能自由能（可（可用于作功的能量用于作功的能量）。）。 化学势化学势：1mol1mol物质具有的自由能就是该物质
9、的化学势物质具有的自由能就是该物质的化学势 。用用表示。表示。它衡量物质反应或做功的能量它衡量物质反应或做功的能量。 （规定纯水的化学势为（规定纯水的化学势为0 0）。）。 1mol1mol水具有的自由能就是水势。水具有的自由能就是水势。 红墨水扩散现象红墨水扩散现象 n纯水的自由能最大，水势最高。 n n纯水的水势规定为纯水的水势规定为0 0。 n n水中的溶质会增加束缚能，降低水的自由能，所水中的溶质会增加束缚能，降低水的自由能，所 以以溶液的水势均小于零，为负值溶液的水势均小于零，为负值。 n溶液越浓，水势越低。 水总是从水势高处向水势低处流。 水势水势（water potentialw
10、ater potential）: :即水溶液的化学势与同温 同压下同一系统的纯水的化学势之差，除以水偏摩 尔体积所得的商，即为水势。它是水分转移本领大小的指标 。 w w = = ww ： ：水溶液的化学势水溶液的化学势（J/mol=N m/molJ/mol=N m/mol） 0 0 ： 同温同压同一系统中纯水的化学势同温同压同一系统中纯水的化学势 V Vw w： ： 水的偏摩尔体积水的偏摩尔体积(m(m 3 3 /mol)/mol) w w : : 水势水势 0 w w w - - V Vw w = w w V Vw w . 偏摩尔体积(partial molar volume V:在恒温恒
11、压 下，向一足够大的某一浓度的溶液中加入1mol的物 质,引起体系体积的变化量；也可以说是在恒温恒压 下，1mol某组分在体系中所体现出来的体积。 例如:20,1atm下1mol甲醇的体积是40.5cm3,向任 何体积的纯甲醇中加入1mol甲醇，体积都 会增加 40.5cm3，但如果是向甲醇的水溶液中加甲醇，体积 的增加就不再是40.5cm3 ，而是小于40.5cm3 。故 称为偏摩尔体积。 水的偏摩尔体积水的偏摩尔体积 指在一定温度和压力下，指在一定温度和压力下，1mol1mol水加入水加入某体系（水 、溶液）后，引起，引起该该体系体积的增加量。体系体积的增加量。 纯水的摩尔体积纯水的摩尔体
12、积V Vw w=18cm =18cm 3 3 /mol/mol 纯水体系：纯水体系：1818 40% 40%乙醇：乙醇：1717 80% 80%乙醇：乙醇：1616 在稀的水溶液中在稀的水溶液中V V w w 和和 V Vw w 相差很小，实际应用时，往相差很小，实际应用时，往 往用往用V Vw w代替代替V Vw w . 几种常见化合物水溶液的水势 溶液 w（MPa） 纯纯水 0 Hoagland营营养液 -0.05 海水 -2.69 1mol L-1蔗糖 - 2.50 1molL-1KCl - 4.50 1兆帕 （Mpa）=106帕（Pa） 1bar (巴)=0.1 MPa =0.987
13、atm (大气压) 1标准atm=1.013105 Pa =1.013 bar 水势单位水势单位: n 纯水纯水 - 0 - 0 MpaMpa 1M 1M KClKCl - - 4.5Mpa - - 4.5Mpa 土壤水分供应充足土壤水分供应充足 生长迅速的叶片生长迅速的叶片 - - 0.2- 0.8Mpa- 0.2- 0.8Mpa 土壤干旱，生长缓慢的叶片土壤干旱，生长缓慢的叶片 - - 0.8- 1.5Mpa- 0.8- 1.5Mpa （二）植物细胞是一个渗透系统 液泡膜液泡膜 （1 1）植物细胞结构）植物细胞结构 证据？ 质膜质膜 细胞质细胞质 半透膜半透膜 （2 2）渗透系统系统）渗透
14、系统系统 高渗溶液 质壁分离现象 植物细胞与环境溶液构成渗透系统植物细胞与环境溶液构成渗透系统 通过质壁分离现象可以： 判断细胞死活 测定细胞渗透势 质壁分离(plasmolysis)与质壁分离复原(deplasmolysis) 质壁分离（质壁分离（plasmolysisplasmolysis）：）：植物细胞由于植物细胞由于 液泡液泡失水失水，原生质收缩而使原生质和细胞，原生质收缩而使原生质和细胞 壁分离的现象。壁分离的现象。 质壁分离复原质壁分离复原( (deplasmolysisdeplasmolysis) )：发生质壁分发生质壁分 离的细胞再度吸水恢复原状的现象。离的细胞再度吸水恢复原状
15、的现象。 质壁分离解决的问题质壁分离解决的问题 * * n n说明原生质层是半透膜说明原生质层是半透膜 n n判断细胞死活，活细胞才有质壁分离及复判断细胞死活，活细胞才有质壁分离及复 原原 n n测定细胞渗透势测定细胞渗透势 n n利用质壁分离复原速度确定物质进入细胞利用质壁分离复原速度确定物质进入细胞 的速度的速度 y w= y s + y p + y g + y m （三）（三） 细胞的水势构成细胞的水势构成 s s 渗透势（渗透势（osmotic potentialosmotic potential） p p 压力势（压力势（pressure potential)pressure potential) m m 衬质势（衬质势（matricmatric potential) potential) g g 重力势（重力势（gravity po
