水分代谢

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1、第一章 植物的水分生理 植物对水分的 吸收、运输、利用 和散失的过程，被称为 植物的水分代谢 ( 1水在植物生命活动中的作用 1植物对水分的吸收 1植物的蒸腾作用 1植物体内水分的运输 1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 二 . 植物体内水分存在的状态 三 . 水分在植物生命活动中的作用 一 . 植物的含水量 不同植物含水量不同 水生植物 鲜重的 90 以上 地衣 、 藓类 仅占 6 左右 草本植物 70 85 木本植物 稍低于草本植物 。 一种植物 ， 不同环境下有差异 荫蔽 、 潮湿 向阳 、 干燥环境 同一植株中 ， 不同器官 、 组织不同 根尖 、 幼

2、苗和绿叶 60 90 树干 40 50 休眠芽 40 风干种子为 8 14 生命活动较旺盛的部分 ， 水分含量较多 。 二 . 植物体内水分存在的状态 未与细胞组分相结合可以自由流动的水分。 自由水 参与 各种代谢作用 ， 自由水占总含水量的百分比越大 ， 则植物代谢越旺盛 。 束缚水 不参与 代谢作用 ， 束缚水含量与植物抗性大小有密切关系 。 与细胞组分紧密结合而不能自由流动的水分； 束缚水： 自由水： 三 . 水分在植物生命活动中的作用 1 水分是细胞质的主要成分 2 水分是代谢作用过程的反应物质 3 水分是植物对物质吸收和运输的溶剂 4 水分能保持植物的固有姿态 5. 水的某些理化性质

3、也有利于植物的 生命活动 高的比热和气化热，有利于调节植物体的温度。 返回 植物细胞吸水主要有 3种方式： 未形成液泡的细胞，靠 吸胀作用 吸水； 液泡形成以后，细胞主要靠 渗透性吸水 ； 另外还靠与渗透作用无关的 代谢性吸水 ； 在这 3种方式中，以 渗透性吸水 为主。 第二节 植物细胞对水分的吸收 1. 水势的概念 图 2 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。 物质能量 化学势 () 每偏摩尔物质所具有的自由能。 用希腊字母 表示。可用来描述体系中组分发生化学反应的本领及转移的潜在能力。如果物质带电荷或电势不为零时的化学势称为电化学势

4、（ 物质总是从化学势 高 的地方自发地转移到化学势低 的地方，而化学势 相等 时，则呈现动态平衡。 水势 (是每偏摩尔体积水的化学势。 就是说，水溶液的化学势 (w)与同温、同压、同一系统中的纯水的化学势(差 ( w)，除以水的偏摩尔体积 (得的商，称为水势。 概念 偏摩尔体积 （ 在一定温度、压力和浓度下， 1 摩尔某组分在混合物中所体现出来的体积，称为该组分在该条件下的偏摩尔体积。偏摩尔体积的单位是 m3 水势单位 : 兆帕 （ 106 巴 )=大气压 ) 1标准 105 学势是能量概念，单位为 J J=N（牛顿） m， 偏摩尔体积的单位为 两者相除并化简，得 N 为压力单位帕 样就把以能

5、量为单位的化学势转化为以压力为单位的水势。 纯水的水势定为零 ， 溶液的水势就成负值 。 溶液越浓 ， 水势 。 水分移动需要能量。 水分 越低 水势 高 水势 低 溶液 水势 /水 0 水 蔗糖 2种常见化合物 水溶液的水势范围 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，就称为渗透作用。 2. 细胞的渗透性吸水 (1)渗透作用 (胞吸水情况决定于细胞水势 。 典型细胞水势 个势组成的： （ 2）细胞的水势 w = +p+ m+ g 水 势 渗透势 衬质势 压力势 重力势 渗透势 ( 亦称溶质势 ( 是由于溶质颗粒的存在而降低的水势值。 是负值。 概念 压力势 (p 压力势是 指

6、由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值。是正值 。 细胞的原生质体吸水膨胀，对细胞壁产生一种作用力（膨压），引起细胞壁产生一种限制原生质体膨胀的反作用力。 概念 溶液 :w = 因为 p= 0 衬质势 (m 是细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起水势降低的值 ， 是 负值 。 概念 m 由于亲水的衬质（ （例如淀粉、蛋白质和纤维素等） 的存在而引起体系水势降低的值称为衬质势 (未形成液泡的细胞 具有一定的衬质势 ， 干燥种子 的 100 已形成液泡的细胞 ， 其衬质势只有 m 0,只占整个水势的微小部分 ， 通常省略不计 。 干燥种子的水势： w = m 概念 重力势 (定海平面

7、上的重力势为 0，则 10米高的水其水势为 实验室角度出发，重力势比较小因而认为可以忽略。 w = +p 植物细胞的质壁分离及其复原 植物细胞是一个渗透系统 ， 质膜和液泡膜接近于半透膜 质壁分离 (质壁分离复原(象就可证明植物细胞是一个渗透系统。 熟植物细胞的吸水与失水现象 图 2植物细胞的相对体积变化与水势(w)渗透势 ( )和压力势(p)之间的关系的图解 细胞初始质壁分离时： p =0, w = 充分饱和的细胞 : w = 0 = 腾剧烈时： p 淀粉 纤维素。 细胞质 细胞壁 淀粉粒 蛋白质 豆类种子吸胀现象非常显著。 概念 细胞在形成液泡之前的吸水主要靠吸胀作用。 如：风干种子的萌发

8、吸水 分生细胞生长的吸水 吸胀作用的大小就是衬质势的大小。 根据 w = +p+ m = 0 p=0， 所以 w = m 即衬质势等于水势 植物细胞利用呼吸作用产生的能量使水分经过质膜进入细胞的过程，叫做代谢性吸水。 代谢性吸水只占吸水量的很少一部分。 5. 水分子通道 (水分在细胞膜系统内移动的途径有 2种 ： 单个水分子通过膜脂双分子层的间隙或通过水通道进入细胞； 水集流通过质膜上水孔蛋白中的水通道进入细胞。 水孔蛋白 是一类具有选择性、高效转运水分的膜通道蛋白。 图 2水分跨过细胞膜的途径 A. 单个水分子通过膜脂双分子层扩散 或通过水通道 B水分集流通过水孔蛋白形成的水通道 A B 返

9、回 第三节 植物根系对水分的吸收 1. 根部吸水的区域 2. 根系吸水的途径 3. 根系吸水的动力 4. 影响根系吸水的土壤条件 主要在根尖 10括根冠、根毛区、伸长区和分生区 , 根毛区的吸水能力最大。 根毛区的输导组织发达，对水分移动的阻力小。 根毛区有许多根毛，增大了吸收面积； 根毛细胞壁的外部由果胶质组成，粘性强，亲水性也强，有利于与土壤颗粒粘着和吸水； 图 2 根尖纵切 成熟区 (根毛区） 伸长区 分生区 根冠 质外体途径 ： 水分通过细胞壁、细胞间隙等没有原生质的部分移动，移动速度快。 共质体途径： 是指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。移动速度较慢。

10、内皮层细胞壁上的 凯氏带 水分只能通过内皮层的原生质体。即进入共质体 根部吸水的途径 主动吸水 ： 被动吸水 ： 由根系的生理活动而引起。 动力是 根压 植物根系吸水主要依靠 2 种方式 : 由蒸腾作用所引起。 动力是 蒸腾拉力 主要的 植物 根系的生理活动 使液流从根部上升的压力 ， 称为根压 。 概念 根压把根部的水分压到地上部，土壤中的水分便不断补充到根部。 大多数植物的根压为 (1) 根压 (伤流 (植物茎的基部把茎切断 ， 由于根压作用 ， 切口不久即流出液滴 ， 这种现象称为伤流 。 大量水分 无机盐 有机物 植物激素 伤流液 所以，伤流液的数量和成分，可作为根系活动能力强弱的指标

11、。 主要是流和根压示意图 吐水 ( 没有受伤的植物如处于土壤水分充足、天气潮湿的环境中，叶片尖端或边缘也有液体外泌的现象，称为吐水。 伤流和吐水现象是由根压所引起的 图 菜的吐水现象（引自李合生， 2002） 根压产生的机理 主要有 2 种解释 。 渗透理论 根部导管四周的活细胞由于新陈代谢 ， 不断向导管分泌无机盐和有机物 ， 导管的水势下降 ， 而附近活细胞的水势较高 ， 所以水分不断流入导管 。 代谢理论 认为 呼吸释放的能量 参与根系的吸水过程。 水势梯度 (2) 蒸腾拉力 由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量。 是由枝叶形成的力量传到根部而引起的 被动吸水 水势梯度 根部有吸水的能力 ， 而土壤也有保水的能力 (土壤中胶体能吸附一些水分 ， 土壤颗粒表面也吸附一些水分 )。 根部吸水能力 土壤保水能力，吸水 根部吸水能力 土壤保水能力，不吸水 植物只能利用土壤中可用水分。 (1)土壤中可用水分 (2)土壤通气状况 时间较长，就形成无氧呼吸 ，产