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1、Chapter 1 Water Relationship in Plant 植物水分的吸收、体内运输分配以及排出的过程水分代谢（water metabolism） 。“有收无收在于水，多收少收在于肥”。 Section1 Role of water in plant life,1.1 Water content and status in plant(植物的含水量及水分存在状态) 1.1.1 Water content。,1.1 Water content and status in plant(植物的含水量及水分存在状态) 1.1.1 Water content。 Plant types：水
2、生90%以上陆生40-90% 旱生（沙漠）植物6%。木本草本植物。,1.1 Water content and status in plant(植物的含水量及水分存在状态) 1.1.1 Water content。 Plant types ：水生90%以上陆生40-90% 旱生（沙漠）植物6%。木本阳生。,1.1 Water content and status in plant (植物的含水量及水分存在状态) 1.1.1 Water content。 植物种类：水生90%以上陆生40-90% 旱生（沙漠）植物6%。木本阳生。 Plant organs：生长点、根尖、幼嫩茎等达90%以上功能叶
3、70-90%树干40-50%休眠芽40%风干种子8-14%。 凡是生命活动越旺盛的部分，含水量也越高。,1.1.2 Status in plant。Free water and bound water。 free water：不与细胞的组分紧密结合，易自由移动的水分，称为自由水。其特点是参与代谢，能作溶剂，易结冰。,1.1.2 Status in plant。Free water and bound water。 free water：不与细胞的组分紧密结合，易自由移动的水分，称为自由水。其特点是参与代谢，能作溶剂，易结冰。 bound water：与细胞的组分紧密结合,不易自由移动的水分，称
4、为束缚水。其特点是不参与代谢，不能作溶剂，不易结冰。,自由水/束缚水的比值增加时，植物细胞原生质体处于溶胶(sol)状态，代谢活动旺盛，生长快，但抗逆性弱； 自由水/束缚水的比值减少时，植物细胞原生质常趋于凝胶(gel)状态，代谢活动减弱，生长变慢，但抗逆性却增强。,1.2 Role of water in plant life,(1)Component of protoplasm 植物细胞原生质含水量一般在70-90%。 (2)Substrate for plant metabolism 光合、呼吸、有机物合成与分解。 (3)Solution for plant absorption and
5、 transportation (4)Keeping plant in shape (extension) (5) Balance plant temperature,Section2 Water absorption by plant cell,三种方式: Osmosis absorption； imbibition absorption; metabolism absorption。 其中以渗透性吸水为主.,2.1 Osmosis absorption by plant cell 细胞的渗透性吸水,2.1.1 Free energy, chemical potential and wate
6、r potential bound energy and free energy。 自由能是指能够作功的能量和参与反应的本领。 束缚能(bound energy)：不能用于做有用功的能量 每摩尔体积物质的自由能为化学势，是一种物质能够用于作功或发生反应的能量度量。 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mol的水分的自由能。,Water potential：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w表示。 水势是指在同温同压的一系统中，一偏摩尔体积（V）水（含溶质的水）的自由能(w）与一摩尔体积（V）纯水的自由能(0w)的差值(w)
7、。Water potential is defined as the difference in free energy per unit volume, between matrically -bound, pressurized, or osmotically- constrained water and pure water。 w=(w / Vw) - （0wVw) =(w-0w)Vw =wVw 代表水整体参与化学反应和移动的本领。,人为地设定在等温等压条件下，纯水的水势为零w0=0。溶液的水势就小于0，为负值。溶液越浓，其水势的负值越大。 w的单位是MPa=106Pa=10bar。 海
8、水为-2.5M Pa、 1M NaCl 为4.46MPa、植物细胞在-0.11.5MPa。,2.1.2 Osmosis and osmotic potential 半透膜(semipermeable membrane) ：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。如质膜和液泡膜等。,渗透现象,Osmosis (渗透作用)是指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。,半透性膜：动物膀胱、蚕豆种皮、透析袋。 Osmotic potential (渗透势 ，Solute potential、溶质势s ) 。 由于溶质的存在而降低的水势。 s(Mpa)= -0.0083
9、iCT。 i渗透系数，NaCl的i为1.80，CaCl2的i为2.60,蔗糖的i为1. C溶质浓度 T绝对温度。,2.1.3 Plant cell is an osmotic system Cell wall ( consists of cellulose,pectin and semi-cellulose)A permeable membrane。 Protoplastic layer (Plasmic membrane and tonoplast)A semipermeable(selective) membrane。 Plasmolysis (质壁分离) and Deplasmolysi
10、s (质壁分离复原）,高浓度溶液中，植物细胞液泡失水，原生质体与细胞壁分离的现象。 Plasmolysis,Deplasmolysis 低浓度溶液中，植物细胞液泡吸水，原生质体与细胞壁重新接触的现象。,植物细胞质壁分离和复原示意图,研究质壁分离和复原的意义： 原生质层具有选择透性。,研究质壁分离和复原的意义： 原生质层具有选择透性。 判断细胞死活。,研究质壁分离和复原的意义： 原生质层具有选择透性。 判断细胞死活。 测定细胞液的溶质势，进行农作物品种抗旱性鉴定。,研究质壁分离和复原的意义： 原生质层具有选择透性。 判断细胞死活。 测定细胞液的溶质势，进行农作物品种抗旱性鉴定。 测定物质进入原生
11、质体的速度和难易程度。,2.1.4 Water potential elements of the plant cell w=s+p+m+g。 ssolute potential。它取决于细胞内溶质颗粒(分子或离子)总和。 植物叶s为-1-2 MPa，旱生植物叶片s 达-10MPa。 s还存在着日变化和季节变化。,p pressure potential（压力势）。 由于细胞膨压的存在而提高的水势。 一般为正值(p0) 。 草本(温暖天气）下午为+0.3+0.5MPa，晚上为+1.5MPa。 特殊情况下，压力势会等于零或负值。如初始质壁分离时，压力势为零；剧烈蒸腾时，细胞的压力势会呈负值。,p
12、,膨压,mmatric potential（衬质势）。 细胞内胶体物质（如蛋白质、淀粉、细胞壁物质等）对水分吸附而引起水势降低的值。 为负值。 干燥种子的m可达-100MPa； 未形成液泡的细胞具有明显的衬质势， 已形成液泡的细胞（-0.01MPa左右），可以略而不计。 一般植物细胞水势:w=s+p。,2.1.5 Water movement between cells in plantdependent on w,s = -1.2MPa p = 1.0MPa,s = -1.0MPa p = 0.9MPa,s = -0.8MPa p = 0.4MPa,A,B,C,s = -1.2MPa p =
13、 1.0MPa w =-0.2MPa,s = -1.0MPa p = 0.9MPa w =-0.1MPa,s = -0.8MPa p = 0.4MPa w =-0.4MPa,A B C,A,C,等渗溶液：溶液的s等于细胞或细胞器的w,图 土壤植物大气连续体系中的水势,2.2 Imbibing absorption of water of plant cell Imbibition (吸胀作用)是亲水胶体吸水膨胀的现象。 只与成分有关：蛋白质淀粉纤维素 脂类。豆科植物种子吸胀现象非常显著。 未形成液泡的植物细胞，如风干种子、分生细胞主要靠吸胀作用。 吸胀作用的动力为m，因为s=0，p=0，w=m
14、。,吸胀力: 亲水胶体（hydrophilic colloid）吸引水分子的力。 吸胀作用: 细胞因吸胀力的存在而吸收水分的作用。 吸胀水：细胞内亲水物质通过吸胀力而结合的水，它是束缚水的一部分。 由吸胀力的存在而降低的水势值，即衬质势(m)。,吸胀力大小：蛋白质(豆类m-100MPa) 淀粉 纤维素 脂类 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。,2.3 Metabolic absorption of water by plant cell 利用细胞呼吸释放出的能量，使水分通过质膜而进入细胞的过程代谢性吸水。 抑制呼吸(二硝基酚等)细胞吸水也减少；促进呼吸（通气、加糖）
15、细胞吸水就增强。,2.4 Water channel proteins or aquaporins （水通道蛋白或水孔蛋白） 指细胞膜或液泡膜上，可减少水分跨膜运输阻力，加快水分进出生物膜的一类蛋白质。 所有的活细胞均有aquaporins,不同的组织有不同的aquaporins。根系水分进入有约80%由aquaporins控制。,Aquaporins facilitate the diffusion of water and small neutral solutes across plant cell membranes.。,H2O,H2O,Small neutral solutes,Aq
16、uaporins的可能生理功能： (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。 生殖生长、细胞伸长、叶枕运动、矿质营养吸收、对旱和盐胁迫的响应。,Section3 Absorption of water by plant root,3.1 Absorption region 根系主要吸水 区域根毛区,数量度多，吸收面积大； 细胞壁较薄，透水性好； 输导组织发达。 栽植物时要带土，尽量减少根毛损伤，以利成活。,3.2 Mechanism of water absorption by root主动吸水和被动吸水 3.2.1 Active absorption of water 根系本身生理活动而引起植物吸收水分的现象。,
