《植物生理学》课程PPT教学课件（双语版）第三章 植物的无机营养（3-1）植物的水分代谢

第三章植物的无机营养 第一节植物的水分代谢 水分在植物生命活动中的作用 1水是细胞的重要组成成分 含水量 与细胞组分紧密结合而不能自由移动、不易蒸发散失的水称为束 缚水( bound water),与细胞内胶体之间吸附力较弱可以自由移 动的水称为自由水 free water) 自由水可直接参与代谢活动,自由水束缚水比值高时细胞原生 质呈溶胶状态,植物的代谢旺盛。生长较快,抗逆性弱,反之 细胞原生质呈凝胶状态,代谢活性低,生长迟缓,但抗逆性强。 2水是代谢过程的反应物质 3水是各种生理生化反应和运输物质的介质 4水能使植物保持固有的姿态 5水能维持植物体正常体 水分代谢:水分的吸收、运输和散失的过程

第三章 植物的无机营养 第一节 植物的水分代谢 水分在植物生命活动中的作用 1.水是细胞的重要组成成分 含水量 与细胞组分紧密结合而不能自由移动、不易蒸发散失的水称为束 缚水(bound water) ，与细胞内胶体之间吸附力较弱,可以自由移 动的水称为自由水(free water)。 自由水可直接参与代谢活动，自由水/束缚水比值高时,细胞原生 质呈溶胶状态，植物的代谢旺盛，生长较快，抗逆性弱；反之， 细胞原生质呈凝胶状态，代谢活性低，生长迟缓，但抗逆性强。 2.水是代谢过程的反应物质 3.水是各种生理生化反应和运输物质的介质 4.水能使植物保持固有的姿态 5.水能维持植物体正常体温 水分代谢：水分的吸收、运输和散失的过程

植物对水分的吸收 (一)植物细胞对水分的吸收 、自由能、化学势、水势的基本概念 自由能:体系中可以用于作功的能量 化学势:一种物质每摩尔所具有的自由能即为该物质的化学势, 它是衡量物质反应或转移的能量 水势水分子的运动能力,同温同压不每偏摩尔体积水与每偏 摩尔体积纯水的化学势之差。单MPa,Br 偏摩尔体积:加入1摩尔液体使体系体积发生的变化 水分的移动和其他物质一样是顺着能量梯度的方向进行的。在任何 两个相邻部位之间或两个相邻细胞之间,水分总是从水势高处移向 水势低处,直到两处水势差为0为止

一、植物对水分的吸收 （一）植物细胞对水分的吸收 1、自由能、化学势、水势的基本概念 自由能：体系中可以用于作功的能量 化学势：一种物质每摩尔所具有的自由能即为该物质的化学势， 它是衡量物质反应或转移的能量 水势：水分子的运动能力，同温同压下，每偏摩尔体积水与每偏 摩尔体积纯水的化学势之差。单位J/M2——Pa，Bar 偏摩尔体积：加入1摩尔液体使体系体积发生的变化 水分的移动和其他物质一样是顺着能量梯度的方向进行的。在任何 两个相邻部位之间或两个相邻细胞之间，水分总是从水势高处移向 水势低处，直到两处水势差为0为止

2、渗透作用: 扩散:物质由自由能高的位置向自由能低的位置的移动 渗透作用:水由水势高的系统经过半透膜向水势低的系统移动的 现象 条件:浓度梯度、半透膜 3、植物细胞是一个渗透系统 证明:质壁分离及复原 质壁分离:植物细胞由于液泡失水使原生质体与细胞壁分离的现象 质壁分离复原:发生了质壁分离细胞放在水势较高的溶液中,液泡 吸水,原生质体恢复原来的状态的现象。 质壁分离现象可证明:原生质体为半透膜 植物细胞为活细胞 可测定细胞渗透势

2、渗透作用： 扩散：物质由自由能高的位置向自由能低的位置的移动 渗透作用：水由水势高的系统经过半透膜向水势低的系统移动的 现象。 条件：浓度梯度、半透膜 3、植物细胞是一个渗透系统 证明：质壁分离及复原 质壁分离：植物细胞由于液泡失水使原生质体与细胞壁分离的现象 质壁分离复原：发生了质壁分离细胞放在水势较高的溶液中，液泡 吸水，原生质体恢复原来的状态的现象。 质壁分离现象可证明：原生质体为半透膜 植物细胞为活细胞 可测定细胞渗透势

4、植物细胞的水势 典型细胞的水势vw=渗透势vs+衬质势vm+压力势vp 溶质势vs( solute potential)指由于溶质颗粒的存在而引起体系水 势降低的数值(负值)。在标准压力下,溶液的水势等于其溶质 势。溶质势表示了溶液中水分潜在的渗透能力的大小因此,溶质 势又可称为渗透势( osmotic potential,vπ)。 衬质势vm( matrix potential)存在于液泡外,表面能够吸附水分的 物质(如细胞壁中的纤维素、原生质中的蛋白质颗粒、淀粉粒等 物质)常被称为衬质,它具有潜在的吸水本领。由于衬质的存在 引起体系水势的降低值称为衬质势。 压力势vp( pressure potential)由于细胞壁压力的存在而使体系水 势改变的数值(多为正值)。 有液泡细胞:中W=s+p,三者关系表现为 初始质壁分离:ψp=0,W=s 完全膨胀:中W=0,中s=p 过度蒸腾:ψp<0 无液泡细胞

4、植物细胞的水势 典型细胞的水势ψw =渗透势ψs +衬质势ψm +压力势ψp 溶质势ψs(solute potential) 指由于溶质颗粒的存在而引起体系水 势降低的数值（负值）。在标准压力下，溶液的水势等于其溶质 势。溶质势表示了溶液中水分潜在的渗透能力的大小,因此，溶质 势又可称为渗透势(osmotic potential,ψπ)。 衬质势ψm(matrix potential)存在于液泡外，表面能够吸附水分的 物质（如细胞壁中的纤维素、原生质中的蛋白质颗粒、淀粉粒等 物质）常被称为衬质，它具有潜在的吸水本领。由于衬质的存在 引起体系水势的降低值称为衬质势。 压力势ψp(pressure potential) 由于细胞壁压力的存在而使体系水 势改变的数值（多为正值）。 有液泡细胞:ψw = ψs + ψp，三者关系表现为 初始质壁分离： ψp=0， ψw = ψs 完全膨胀： ψw = 0， ψs =-ψp 过度蒸腾： ψp<0 无液泡细胞：ψw =ψm

5、细胞间的水分移动 水势高向水势低处 Vs=-12MPa vs=-1. M Palys=-08MPa p=1MPa vp=0. M Palp=0.4MPa B Vs=-1 2MPa vs=-10M PalS=-08MPa Up=1.0MPa vp=0MPa Vp=0.4M Pa yw=-0.2MPaIww=-0 1M Pal yw=-04MPa

5、细胞间的水分移动 水势高向水势低处

三)植物根系对水分的吸收。 1、吸收部位:根尖根毛区 吸水面积大 细胞壁中的果胶由强吸水性 分化出专门运输水分的导管或管胞 2、吸水方式及动力: 被动吸水:蒸腾拉力 主动吸水:根压—伤流、吐水

（二）植物根系对水分的吸收 1、吸收部位：根尖根毛区: 吸水面积大 细胞壁中的果胶由强吸水性 分化出专门运输水分的导管或管胞 2、吸水方式及动力： 被动吸水：蒸腾拉力 主动吸水：根压——伤流、吐水

3、影响根系吸水的外界条件: 土壤中可利用的水 土壤温度 土壤通气情况

3、影响根系吸水的外界条件： 土壤中可利用的水 土壤温度 土壤通气情况

植物体的水散 蒸腾作用:( Transpiration)是指水以气体状态经植物地上部分 向外界散失的过程。 1、蒸腾作用的意义、指标和部位: 意义:水分吸收和运输的动力 矿质元素吸收和运输的动力 降低叶温 指标:蒸腾速率:单位时间单位叶面积上散失的水量(g/m2.h 蒸腾效率:蒸腾失水1kg所形成的干物质量(g/kg 蒸腾系数:每形成1g千物质所消耗水分的克数(g/g) 部位:植物的蒸腾作用绝大部分是经过叶片进行的,称叶片蒸腾。 角质蒸腾:5-10% 气孔蒸腾:90-95%

二、 植物体的水散失 蒸腾作用： (Transpiration)是指水以气体状态经植物地上部分 向外界散失的过程。 1、蒸腾作用的意义、指标和部位： 意义：水分吸收和运输的动力 矿质元素吸收和运输的动力 降低叶温 指标：蒸腾速率：单位时间单位叶面积上散失的水量（g/m2.h) 蒸腾效率:蒸腾失水1kg所形成的干物质量(g/kg) 蒸腾系数:每形成1g干物质所消耗水分的克数(g/g) 部位：植物的蒸腾作用绝大部分是经过叶片进行的，称叶片蒸腾。 角质蒸腾:5-10％ 气孔蒸腾:90-95%

2、气孔蒸腾和气孔运动 (1)、小孔扩散定律 小孔扩散定律:水蒸汽通过气孔孔隙扩散的速率不与小孔的面积成正比,而与小孔的 周长成正比。 在边缘处,扩散分子相互碰撞机会少,因此扩散速率就比在扩散面的中间部分要快。 小孔直径(mm)相对面积相对周长失水量(g)相对失水量 2.64 1.00 1.002655 0.95 0.13 0.36 0.928 0.35 0.35 0.01 0.13 0.364 0.14

小孔扩散定律：水蒸汽通过气孔孔隙扩散的速率不与小孔的面积成正比，而与小孔的 周长成正比。 在边缘处，扩散分子相互碰撞机会少，因此扩散速率就比在扩散面的中间部分要快。 （1）、小孔扩散定律 2、气孔蒸腾和气孔运动

(2)、气孔构造 气孔结构特点: a、保卫细胞壁不均匀增厚 双子叶:保卫细胞内壁厚、外壁薄 单子叶:保卫细胞中央壁厚、两端壁薄 b、体积小,少量溶质变化即可引起水势变化 c、有叶绿体,可光合

（2）、气孔构造 气孔结构特点： a 、保卫细胞壁不均匀增厚 双子叶：保卫细胞内壁厚、外壁薄 单子叶：保卫细胞中央壁厚、两端壁薄 b 、体积小，少量溶质变化即可引起水势变化 c 、有叶绿体，可光合