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1、2 植物的水分生理 黑龙江大学农业资源与环境学院 本章内容 水分在植物生命活动中的作用 1 化学势与水势 * 2 植物细胞对水分的吸收 * 3 植物根系对水分的吸收 4 蒸腾作用 * 5 植物体内的水分运输 6 合理灌溉的生理基础与意义 * 7 没有水就没有生命 ! 有收无收在于水 ! 水分在植物生命活动中的作用 水分代谢 ( 植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程。 物体内的含水量 植物种类： 一般植物含水量为 70% 90%；水生植物的含水量大于 90%；旱生植物含水量可低至 6%。 植物组织和器官： 幼嫩部分含水量高，为60% 90%；茎杆： 40% 50%；休眠芽：40%；风干种子：
2、 9% 14%。 环境条件： 阴蔽、潮湿环境中，含水量高；向阳、干燥环境中，含水量低。 对植物的生理作用 1. 原生质的主要组分 原生质一般含水量在 80%以上 2. 参与植物体内的代谢过程 3. 生化反应和物质吸收、运输的介质 4. 使植物保持固有的姿态 5. 维持细胞的分裂和伸长 水的汽化热高、比热大。 增加大气湿度、维持土温、气温的相对稳定等。 束缚水 ( 被植物细胞的胶体颗粒或渗透物质吸附不能自由移动的水分。 自由水 ( 不被胶体颗粒或渗透物质吸引或吸引力很小，可以自由移动的水分 自由水直接参与代谢，束缚水不参与代谢。 自由水 /束缚水比值较高时，植物代谢活跃，但抗逆性差；反之，代谢不
3、活跃，但抗逆性较强。 例如，休眠种子和越冬植物体内的自由水 /束缚水比例低。 学势与水势 由能与化学势 热力学原理， 化学势 (则是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。 即每摩尔体积某物质的自由能。 束缚能 ( 不能用于做有用功的能量； 自由能 ( 能做有用功的那部分能量。 总能量 的化学势与水势 水的化学势 (W)： 当温度、压力及物质数量 (水分以外 )一定时，体系中 1 水势 (指在相同温度、相同压力下一个系统中 偏摩尔体积 水的化学势与纯水的化学势差。用 偏摩尔体积 () 是指在恒温恒压、其它组分浓度不变情况下，混合体系中 l 甲醇 /水溶液的摩尔分数 甲醇的偏摩尔体
4、积 1 如 20 ,1 任何体积的纯甲醇中加入 1 积都 会增加 如果是向甲醇的水溶液中加甲醇，体积的增加就不再是 而是小于 纯水的水势最高，并定为零， 其他溶液的水势皆为负值 水势的基本单位： 帕 ( 过去曾用大气压 (巴 (为水势单位 换算关系： 1 或 1 105 溶液 w /水 0 海水 物细胞对水分的吸收 细胞吸水的方式 : 吸胀吸水 一 未形成液泡的细胞靠吸胀作用吸水 渗透性吸水 * 一 具中心液泡的成熟细胞以渗透性吸水为主 代谢性吸水 一 直接消耗能量而与渗透作用无关 物细胞的渗透性吸水 物细胞构成的渗透系统 半透膜： 只允许水等小分子物质透过，其它溶质分子或离子则不易透过的膜。
5、 如质膜和液泡膜 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，称为 渗透作用 (植物细胞与外部溶液之间就构成了一个 渗透系统 植物细胞由于液泡失水而使原生质体和细胞壁分离的现象，称为 质壁分离 ( 发生了质壁分离的细胞吸水后使整个原生质体恢复原状的现象，称为 质壁分离复原 或 去质壁分离 (原生质膜、液泡膜是 半透膜 高渗溶液 质壁分离现象解决如下几个问题： 己发生膜破坏的死细胞，膜半透性丧失，不产生质壁分离现象。 2. 测定细胞的渗透势 使细胞处于初始质壁分离状态的溶液水势值与该细胞的渗透势相等。 利用质壁分离复原的速度来判断物质透过细胞的速率。同时可以比较原生质粘度大小。 物细胞
6、的水势构成 一个典型植物细胞的水势 (w)组成为： w = + p + m 为渗透势， 渗透势 ( )： 由于溶质的存在而使水势降低的值； 或称溶质势( S)， 为负值 = 压力势 (p )： 由于细胞壁压力的存在而引起细胞水势增加的值； 一般为正值 衬质势 (m)： 细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水的束缚 (吸引 )而引起的水势降低值； 为负值 具有大液泡的细胞， 其原生质仅为一薄层，液泡内的大分子物质很少，且细胞含水量很高， m 0，计算时一般忽略不计。即 w = + p 不具液泡的细胞， 如分生区细胞和风干种子，其水势即由衬质势构成。即 w = m 压力势与细胞的含水量关系极为密切 渗
7、透势 () 一般叶组织 生植物叶片 本植物 压力势 (p ) 白天 上 对体积 细胞水势、溶质势、压力势/) 初始质壁分离时V= p =0 w =S =2) 充分膨胀时， V= p =- S w = S + w =0 (3) 剧烈蒸腾或质壁分离时， 纤维素 s=0 p=0，所以 w = m，即衬质势等于水势 干燥种子、根尖、茎尖分生细胞、果实和种子形成过程中靠 吸胀吸水 物细胞的代谢性吸水 细胞利用呼吸释放出的能量，使水分经过质膜进入细胞的过程称 代谢性吸水(of 当通气良好，细胞呼吸加剧时，细胞吸水便增强；相反，细胞呼吸速率降低时，细胞吸水也就减少 分进出细胞的途径 通过 膜脂双分子层的间隙
8、 进入细胞； 通过 质膜上水孔蛋白 组成的 水通道 进入细胞 生物膜上对水分具有高通透性的膜内在蛋白称为水孔蛋白 (水通道蛋白 ( 水孔蛋白的功能： (1) 水分在细胞内的运输；(2) 水分长距离的运输； (3) 调整细胞内的 S 膜脂 双分 子层 水通道 物根系对水分的吸收 部吸水的区域 根系是植物吸水的主要器官。根系吸水主要在 根尖 进行。 根毛区 吸水能力最强 成熟区 (根毛区） 伸长区 分生区 根冠 系吸水方式及其动力 动吸水 主要由 蒸腾拉力 (起的吸水； 是蒸腾旺盛季节中植物吸水的主要动力 动吸水 以 根压 为动力引起的根系吸水过程，称为 主动吸水 根压 (一般为 证据： 伤流；吐
9、水 从未受伤叶片边缘或尖端向外溢出液滴的现象即吐水 (如温暖、湿润的早晨或傍晚，植物叶尖或边缘挂的水珠 从受伤或折断的植物组织伤口溢出液滴的现象即伤流 (根部吸水的途径 响根系吸水的因素 系自身的因素 根系密度 (根系密度越大，吸水能力强； 根表面的透性： 新生根的表面透性大，次生根的透性小或丧失。土壤干旱时易引起根老化。 根系的有效性 壤条件 1. 土壤水分状况 上壤可用水分的水势范围： 2. 土壤通气状况 土壤通气良好，根系吸水性强 土壤通气不良，根系吸水困难： (1) 根际缺 呼吸受抑 ； (2)长时期缺氧时根进行无氧呼吸，产生并 积累乙醇 ，毒害根系； (3) 土壤处于还原状态，加之土壤微生物的活动，产生一些 有毒物质 ，对根系生长和吸收都不利 中耕耘田、排水晒田 增加土壤通气 3. 土壤温度 温度过高或过低，对根系吸水均不利 低温： (1) 原生质粘性增大，对水的阻力增大，水不易透过生活组织，植物吸水减弱 (2) 水分子运动减漫，渗透作用降低 (3) 根系生长受抑，吸收面积减少
