植物的水分代谢幻灯片.ppt

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1、植物的水分代谢植物的水分代谢第1页，共39页，编辑于2022年，星期六1 水分代谢水分代谢（water metabolism）植植物物对对水水分分的的吸吸收收，水水分分在在植植物物体体内内的的运运输输、利利用用以以及及水水分分的的散散失失的的过过程程称称为为植植物的水分代谢。物的水分代谢。水分代谢的作用是维持植物体内水分代谢的作用是维持植物体内水分平衡水分平衡第2页，共39页，编辑于2022年，星期六本章共有以下几部分内容：第一节第一节 水在植物生命活动中的作用水在植物生命活动中的作用 第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收 第三节第三节 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸

2、收 第四节第四节 植物的蒸腾作用植物的蒸腾作用 第五节第五节 植物体内水分的运输植物体内水分的运输 第六节第六节 合理灌溉的生理基础合理灌溉的生理基础 第3页，共39页，编辑于2022年，星期六第一节第一节 水在植物生命活动中的作用水在植物生命活动中的作用一、水分子的结构一、水分子的结构2.水分子之间通过氢键形成很强的内聚力水分子之间通过氢键形成很强的内聚力.水的很多性质都是由其分子结构决定的。水分子水的很多性质都是由其分子结构决定的。水分子的结构具有如下特点：的结构具有如下特点：1.水分子有很强的极性水分子有很强的极性.3.3.水极容易与其它极性分子结合水极容易与其它极性分子结合.第4页，共

3、39页，编辑于2022年，星期六二、水与植物生命活动有关的理化性质二、水与植物生命活动有关的理化性质（一）高比热（一）高比热 比热容：是指单位质量物质温度升高比热容：是指单位质量物质温度升高1所需的热量。所需的热量。因为需要很高的能量来破坏氢键，所以，水的比热很高。因为需要很高的能量来破坏氢键，所以，水的比热很高。由于由于植物体含有大量的水分，所以当环境温度变化较大，植物植物体含有大量的水分，所以当环境温度变化较大，植物体吸收或散失较多热能时，植物仍能维持相当恒定的体温。体吸收或散失较多热能时，植物仍能维持相当恒定的体温。（二）高汽化热（二）高汽化热 汽化热：是指在一定的温度下，将单位质量的物

4、质汽化热：是指在一定的温度下，将单位质量的物质由液态转变为气态所需的热量。由液态转变为气态所需的热量。这同样是由于水分之间的氢键造成的，破坏氢键需要很高这同样是由于水分之间的氢键造成的，破坏氢键需要很高的能量。的能量。在炎热的夏天植物通过蒸腾作用散失水分，可在炎热的夏天植物通过蒸腾作用散失水分，可以降低体温。以降低体温。第5页，共39页，编辑于2022年，星期六（三）高内聚力、黏附力和表面张力（三）高内聚力、黏附力和表面张力 由于水分子间有很强的内聚力、黏附力和表面张力，可以由于水分子间有很强的内聚力、黏附力和表面张力，可以使木质部导管的水柱在受到很大张力的条件下不致于断裂，保使木质部导管的水

5、柱在受到很大张力的条件下不致于断裂，保证水分能运到很高的植株顶部。证水分能运到很高的植株顶部。（四）水是良好的溶剂（四）水是良好的溶剂 由于水分子的极性，它是电解质和极性分子如糖、蛋由于水分子的极性，它是电解质和极性分子如糖、蛋白质和氨基酸等强有力的溶剂。白质和氨基酸等强有力的溶剂。水分子在细胞壁和细胞膜表水分子在细胞壁和细胞膜表面形成水膜，保护分子的结构。水作为许多反应的介质和溶剂，面形成水膜，保护分子的结构。水作为许多反应的介质和溶剂，同时由于水的惰性不会轻易干扰其它代谢反应。同时由于水的惰性不会轻易干扰其它代谢反应。（五）水是透明液体（五）水是透明液体第6页，共39页，编辑于2022年，

6、星期六三、植物的含水量三、植物的含水量1.不同植物的含水量不同：一般绿色植物不同植物的含水量不同：一般绿色植物75%90%，草本，草本木本，水生木本，水生陆生。陆生。2.不同器官、组织含水量不同：幼根、幼芽不同器官、组织含水量不同：幼根、幼芽树干，休树干，休眠的种子含水量很低。眠的种子含水量很低。4.环境条件不同含水量不同：潮湿环境中的阴生植环境条件不同含水量不同：潮湿环境中的阴生植物物干燥，向阳环境中的植物。干燥，向阳环境中的植物。3.不同生育期含水量不同：幼年不同生育期含水量不同：幼年老年，叶片在生长老年，叶片在生长期的含水量较高，生长定型后含水量下降。期的含水量较高，生长定型后含水量下降

7、。含水量含水量=100100植物的含水量是植物生命活动强弱的决定因素。植物的含水量是植物生命活动强弱的决定因素。第7页，共39页，编辑于2022年，星期六四、植物体内水分存在的状态四、植物体内水分存在的状态与细胞组分紧密结合而不能自由移动、不易蒸发散与细胞组分紧密结合而不能自由移动、不易蒸发散失的水。失的水。束缚水含量比较稳定，不易蒸发散失，束缚水含量比较稳定，不易蒸发散失，也不作为溶剂或参与化学反应。也不作为溶剂或参与化学反应。与细胞组分之间吸附力较弱，可以自由移动的水。与细胞组分之间吸附力较弱，可以自由移动的水。自由水含量变化大，可参与各种代谢活动。自由水含量变化大，可参与各种代谢活动。束

8、缚水（束缚水（bound water）：）：自由水（自由水（free water）：）：第8页，共39页，编辑于2022年，星期六 自由水参与各种代谢活动自由水参与各种代谢活动，其数量的多少直接影响植，其数量的多少直接影响植物代谢强度，自由水含量越高，植物的代谢越旺盛。物代谢强度，自由水含量越高，植物的代谢越旺盛。束缚束缚水不参与代谢活动水不参与代谢活动，束缚水含量越高，植物代谢活动越弱，束缚水含量越高，植物代谢活动越弱，越冬植物的休眠芽和干燥种子里所含的水基本上是束缚水，这时越冬植物的休眠芽和干燥种子里所含的水基本上是束缚水，这时植物以微弱的代谢活动渡过不良的环境条件。因此束缚水的含量植物以

9、微弱的代谢活动渡过不良的环境条件。因此束缚水的含量与植物的抗逆性大小密切相关。与植物的抗逆性大小密切相关。自由水、束缚水与代谢的关系：自由水、束缚水与代谢的关系：通常以通常以自由水自由水/束缚水束缚水的比值作为为衡量植物的比值作为为衡量植物代谢强弱和植物抗逆性大小的指标之一。代谢强弱和植物抗逆性大小的指标之一。自由水自由水/束缚水比值高束缚水比值高,细胞原生质呈溶胶状态，细胞原生质呈溶胶状态，植物代谢旺盛，生长较快，抗逆性弱植物代谢旺盛，生长较快，抗逆性弱;自由水自由水/束缚水比值低束缚水比值低,细胞原生质呈凝胶状细胞原生质呈凝胶状态，态，植物代谢活性低，生长迟缓，抗逆性强。植物代谢活性低，生

10、长迟缓，抗逆性强。第9页，共39页，编辑于2022年，星期六2.溶胶（溶胶（sol）与凝胶（）与凝胶（gel）(补充补充)由于细胞内水分含量不同，原生质的状态也有两由于细胞内水分含量不同，原生质的状态也有两种状态：溶胶状态与凝胶状态。种状态：溶胶状态与凝胶状态。水水分分含含量量高高时时，自自由由水水含含量量高高，原原生生质质胶胶体体颗颗粒粒完完全全分分散散在在水水分分介介质质中中，胶胶粒粒之之间间联联系系弱弱，原生质胶体呈溶液状态，称为溶胶状态。原生质胶体呈溶液状态，称为溶胶状态。自由水含量少时，胶粒与胶粒相互连接成网状，自由水含量少时，胶粒与胶粒相互连接成网状，原生质胶体失去流动性而形成近似

11、固体的状态，这种原生质胶体失去流动性而形成近似固体的状态，这种状态称为凝胶状态。状态称为凝胶状态。正正常常代代谢谢的的组组织织原原生生质质呈呈溶溶胶胶状状态态；代代谢谢弱弱的的干干种子，原生质呈凝胶状态。种子，原生质呈凝胶状态。第10页，共39页，编辑于2022年，星期六五、水分在植物生命活动中的作用五、水分在植物生命活动中的作用（一）水是细胞的主要成分（一）水是细胞的主要成分（二）水是许多代谢过程的反应物质（二）水是许多代谢过程的反应物质（三）水是生化反应和植物对物质吸收运输的溶剂（三）水是生化反应和植物对物质吸收运输的溶剂（四）水维持细胞膨压，促进生长（四）水维持细胞膨压，促进生长（五）水

12、能使植物保持固有姿态（五）水能使植物保持固有姿态（六）水具有重要的生态意义（六）水具有重要的生态意义植物对水分的需求包括植物对水分的需求包括生理需水生理需水和和生生态需水态需水两方面。两方面。第11页，共39页，编辑于2022年，星期六第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收 与与其其它它物物质质的的运运动动一一样样，水水分分移移动动需需要要能能量量作作功功，这种能量就是水的这种能量就是水的自由能自由能。根据热力学的原理，系统中物质的总能量可分根据热力学的原理，系统中物质的总能量可分为为束缚能束缚能（bound energy）和）和自由能自由能（free energy）两）两部分

13、。束缚能是不能转化为用于作功的能量，而部分。束缚能是不能转化为用于作功的能量，而自自由能则是在温度恒定的条件下可以用于作功的能量由能则是在温度恒定的条件下可以用于作功的能量。1、自由能自由能一、水势的概念一、水势的概念第12页，共39页，编辑于2022年，星期六 自自由由能能的的大大小小不不仅仅与与物物质质的的性性质质有有关关，还还与与物物质质的的分分子子数数目目有有关关，分分子子数数目目越越多多，自自由由能能含含量量就就越越高高。每每偏偏摩摩尔尔物物质质所所具具有有的的自自由由能能就就是是该该物物质质的的化化学学势势（chemical potential），即：），即：j（）P.T.ni i

14、j式式中中为为组组分分j的的化化学学势势，G是是体体系系的的自自由由能能，P.T及及ni分别是体系的压力、温度及其它组分的摩尔数。分别是体系的压力、温度及其它组分的摩尔数。2 化学势（化学势（chemical potential）所以，体系中某组分化学势的高低直接反映了每所以，体系中某组分化学势的高低直接反映了每偏摩尔该组分物质自由能的高低。偏摩尔该组分物质自由能的高低。第13页，共39页，编辑于2022年，星期六化学势与物质的运动化学势与物质的运动 化化学学反反应应的的方方向向和和物物质质转转移移的的方方向向取取决决于于反反应应（转转移移）前前后后两两种种状状态态化化学学势势的的大大小小，它

15、它们们总总是是自自发发地地从从高高化化学学势势向向低低化化学学势势移移动动。如如：溶溶质质总总是是从从浓浓度度高高（化化学学势势高高）的的地地方方向向浓度低（化学势低）的地方扩散。浓度低（化学势低）的地方扩散。水水分分的的移移动动和和其其它它物物质质一一样样也也是是从从化化学学势势高的地方向低的地方移动。高的地方向低的地方移动。第14页，共39页，编辑于2022年，星期六 在在植植物物生生理理学学上上，水水势势（water potential）是是指指每每偏偏摩摩尔尔体体积积水水的的化化学学势势差差。在在某某种种水水溶溶液液中中，溶溶液液的的水水势势等等于于每每偏偏摩摩尔尔体体积积水水的的化化

16、学学势势与与纯纯水水的的化化学学势势差差。即：即：W =3 水势水势式式中中，W为为水水势势，W是是水水溶溶液液的的化化学学势势，W是是纯纯水水的的化化学学势势，是是水水的的偏偏摩摩尔尔体体积积（partial molar volume），是是指指加加入入1摩摩尔尔水水使使体体系系的的体体积积发发生生的的变变化化。水水的的偏偏摩摩尔尔体体积积随随不不同同含含水水体体系系而而异异，与与纯纯水水的的摩摩尔尔体体积积（VW=18.00cm3/mol）不不同同。但但在在稀稀的的溶溶液液中中 与与VW 相相差差很很小小，实实际际应应用用时时，往往往往用用VW代代替替 。第15页，共39页，编辑于2022

17、年，星期六溶液的水势溶液的水势 纯纯水水的的自自由由能能最最大大，化化学学势势最最高高。为为了了便便于于比比较较，人人为为的的规规定定纯纯水水的的化化学学势势为为零零，那那么么纯纯水水的的水水势势也也为零为零。在溶液中，溶质的颗粒降低了水的自由能，所以，在溶液中，溶质的颗粒降低了水的自由能，所以，在溶液在溶液中水的化学势小于零，为负值中水的化学势小于零，为负值。根据水势的定义公式可知，。根据水势的定义公式可知，溶液的水势为负值。溶液越浓，水势越低。如海水的水势溶液的水势为负值。溶液越浓，水势越低。如海水的水势-2.5MPa，1mol蔗糖溶液的水势蔗糖溶液的水势-2.7 MPa。在任何两个相邻部

18、位或相邻细胞之间，在任何两个相邻部位或相邻细胞之间，水分水分总是从水势高处移向水势低处，直到两处水势差为总是从水势高处移向水势低处，直到两处水势差为0为止。为止。第16页，共39页，编辑于2022年，星期六（一）（一）集流集流(bulk flow)指液体中成群的原子或分子在压力梯度（水指液体中成群的原子或分子在压力梯度（水势梯度）作用下共同移动的现象。如水管中水的势梯度）作用下共同移动的现象。如水管中水的流动。流动。在多数情况下，植物体中集流的动力就是在多数情况下，植物体中集流的动力就是液体的液体的压力梯度差压力梯度差。液体在植物体的导管和筛管中移动时，可以以液体在植物体的导管和筛管中移动时，

19、可以以集流方式移动。这种方式速度快。集流方式移动。这种方式速度快。三、水的移动三、水的移动第17页，共39页，编辑于2022年，星期六二、二、扩散（扩散（diffusion）扩散是指物质分子从高化学势（高浓度）向低扩散是指物质分子从高化学势（高浓度）向低化学势（低浓度）区域转移，直到均匀分布的现象。化学势（低浓度）区域转移，直到均匀分布的现象。动力：两点间的化学势差。动力：两点间的化学势差。对于短距离的物质运输有效，如叶片的蒸腾对于短距离的物质运输有效，如叶片的蒸腾不适用于长距离运输。不适用于长距离运输。第18页，共39页，编辑于2022年，星期六物质分子由高浓度的地方向低浓度的地方均匀物质分

20、子由高浓度的地方向低浓度的地方均匀分布的现象称为扩散。扩散的动力均来自物质分布的现象称为扩散。扩散的动力均来自物质的化学势差（浓度差）。的化学势差（浓度差）。扩散：扩散：溶液中的溶剂分子通过半透膜的扩散。对于水溶溶液中的溶剂分子通过半透膜的扩散。对于水溶液而言，指液而言，指水分从水势高处通过半透膜向水势低处水分从水势高处通过半透膜向水势低处扩散的现象扩散的现象。渗透作用：渗透作用：渗透系统：渗透系统：把选择透性膜以及由它隔开的两侧溶液称为渗透系统。把选择透性膜以及由它隔开的两侧溶液称为渗透系统。（三）渗透作用（三）渗透作用(osmosis)(osmosis)第19页，共39页，编辑于2022年

21、，星期六图图11 渗透现象渗透现象1.实验开始时实验开始时2.由于渗透作用纯水通过选择透性由于渗透作用纯水通过选择透性膜向糖溶液移动，使糖溶液液面上膜向糖溶液移动，使糖溶液液面上升。升。第20页，共39页，编辑于2022年，星期六（一）细胞的水势组成（一）细胞的水势组成典型的植物细胞水势由三部分组成典型的植物细胞水势由三部分组成:溶质势溶质势S，压力势，压力势P和衬质势和衬质势m。溶质势溶质势S（solute potential）（又叫渗透势，）（又叫渗透势，osmotic potential）是由于细胞中的溶质颗粒的存在而引）是由于细胞中的溶质颗粒的存在而引起水势降低的数值。起水势降低的数值

22、。S为负值。为负值。四、植物细胞的吸水四、植物细胞的吸水细胞中溶质主要有无机离子、糖类、有机酸、色素等。细胞中溶质主要有无机离子、糖类、有机酸、色素等。溶质的质点数越多，溶质的质点数越多，S越低。越低。第21页，共39页，编辑于2022年，星期六压力势压力势当细胞充分吸水后，原生质体膨胀，就会对细胞壁产生一个压力，当细胞充分吸水后，原生质体膨胀，就会对细胞壁产生一个压力，这个压力称为膨压（这个压力称为膨压（turgor pressure）。）。在原生质体对细胞壁产生膨压的同时，细胞壁对原生质体产生在原生质体对细胞壁产生膨压的同时，细胞壁对原生质体产生一个大小相等方向相反的壁压，壁压使细胞水势改

23、变的值为一个大小相等方向相反的壁压，壁压使细胞水势改变的值为压压力势力势（pressure potential）。细胞的压力势是一种限制水分进入细胞的力量，它能增加细细胞的压力势是一种限制水分进入细胞的力量，它能增加细胞的水势，一般为正值。胞的水势，一般为正值。但当细胞发生初始质壁分离时，但当细胞发生初始质壁分离时，P为零。细胞进一步失水为零。细胞进一步失水或处于强烈蒸发环境中，或处于强烈蒸发环境中，P为负值。为负值。P（pressure potential）是指外界如细胞壁的压力）是指外界如细胞壁的压力而使细胞水势改变的值。而使细胞水势改变的值。P为正值为正值第22页，共39页，编辑于202

24、2年，星期六处在强烈蒸发环境中的细胞处在强烈蒸发环境中的细胞P会成负值会成负值?因为植物细胞壁的表面蒸发失水，原生质和液泡中的因为植物细胞壁的表面蒸发失水，原生质和液泡中的一部分水分就外移到细胞壁中去。但这时并不发生质壁分一部分水分就外移到细胞壁中去。但这时并不发生质壁分离。在强烈的蒸发环境中离。在强烈的蒸发环境中,细胞壁内已经没有水分了，原生细胞壁内已经没有水分了，原生质体便与细胞壁紧密吸附而不分离。所以在原生质收缩时，质体便与细胞壁紧密吸附而不分离。所以在原生质收缩时，就会拉着细胞壁一起向内收缩。由于细胞壁的伸缩性有限，就会拉着细胞壁一起向内收缩。由于细胞壁的伸缩性有限，所以就会产生一个向

25、外的反作用力，使原生质和液泡处于所以就会产生一个向外的反作用力，使原生质和液泡处于受张力的状态。这种张力相当于负的压力势，它增加了细受张力的状态。这种张力相当于负的压力势，它增加了细胞的吸水力量，相当于降低了细胞的水势。胞的吸水力量，相当于降低了细胞的水势。第23页，共39页，编辑于2022年，星期六 当当水水分分子子被被亲亲水水物物质质吸吸附附时时，自自由由能能降降低低，水水势势也也成成为为负负值值。干干种种子子的的水水势势很很低低（负负值值很很大大）。就就是是由由于于大量的亲水物质吸附水分子的缘故。大量的亲水物质吸附水分子的缘故。衬质势衬质势 m（matric potential）是由细胞

26、内的亲水胶体如蛋）是由细胞内的亲水胶体如蛋白质、淀粉粒、纤维素、染色体和膜系统等对自由水的白质、淀粉粒、纤维素、染色体和膜系统等对自由水的束缚而引起水势的降低值。束缚而引起水势的降低值。m为负值为负值第24页，共39页，编辑于2022年，星期六成熟细胞的水势：成熟细胞的水势：细胞细胞液泡液泡SP表示为：表示为：为什么？为什么？m 呢？呢？未形成液泡的细胞：未形成液泡的细胞：细胞细胞细胞质细胞质S m P 对于含有液泡的成熟细胞来说，当细胞处于水分平衡时，对于含有液泡的成熟细胞来说，当细胞处于水分平衡时，细胞内各含水体系的水势值应是相等的，即细胞内各含水体系的水势值应是相等的，即细胞细胞细胞质细

27、胞质液泡液泡细胞器。细胞器。细胞水势通常用液泡的水势来代细胞水势通常用液泡的水势来代替。替。由于具有液泡的细胞含水量很高，所以由于具有液泡的细胞含水量很高，所以m趋于零趋于零。第25页，共39页，编辑于2022年，星期六植物细胞水势组成的几种情况植物细胞水势组成的几种情况（总结）（总结）1.对于成熟的植物细胞，由于对于成熟的植物细胞，由于m趋于趋于0，WSP2.当成熟的细胞发生初始质壁分离时，当成熟的细胞发生初始质壁分离时，P为零，但这时为零，但这时S 还未发生变化，还未发生变化，WS，这就是用质壁分离法测定，这就是用质壁分离法测定细胞渗透势的基本原理。细胞渗透势的基本原理。3.当细胞完全吸水

28、膨胀时当细胞完全吸水膨胀时,W=0,这时这时 S=-P4.当细胞在开放的溶液中达到动态平衡时，若外界溶液的当细胞在开放的溶液中达到动态平衡时，若外界溶液的水势为水势为S，S=SP，P=S-S 5.处在强烈蒸发环境中的细胞处在强烈蒸发环境中的细胞P 会成负值。会成负值。第26页，共39页，编辑于2022年，星期六（二）细胞的吸水形式（二）细胞的吸水形式1 渗透吸水渗透吸水指由于指由于S的下降而引起的细胞吸水。的下降而引起的细胞吸水。含有液泡的细胞吸水，如根系吸水、气孔开闭时保卫含有液泡的细胞吸水，如根系吸水、气孔开闭时保卫细胞的吸水都是渗透吸水。细胞的吸水都是渗透吸水。我们可以把液泡化的植物细胞

29、看作一渗透计。我们可以把液泡化的植物细胞看作一渗透计。第27页，共39页，编辑于2022年，星期六植物细胞是一个渗透系统植物细胞是一个渗透系统构成渗透系统的条件：构成渗透系统的条件：必须有一个选择透性膜把水势不同的溶液隔开。必须有一个选择透性膜把水势不同的溶液隔开。植物细胞是一个渗透系统：植物细胞是一个渗透系统：细胞壁是通透性的。但细胞壁以内的质膜和液泡膜却是一细胞壁是通透性的。但细胞壁以内的质膜和液泡膜却是一种选择透性膜，我们可以把种选择透性膜，我们可以把细胞的质膜、液泡膜以及介于它们细胞的质膜、液泡膜以及介于它们二者之间的原生质一起看成一个选择透性膜二者之间的原生质一起看成一个选择透性膜，

30、它把液泡中的溶它把液泡中的溶液与环境中的溶液隔开液与环境中的溶液隔开，如果液泡的水势与环境水势存在水势如果液泡的水势与环境水势存在水势差，水分便会在环境和液泡之间发生渗透作用。差，水分便会在环境和液泡之间发生渗透作用。所以，一个具所以，一个具有液泡的植物细胞，与周围的溶液一起，构成一个渗透系统有液泡的植物细胞，与周围的溶液一起，构成一个渗透系统第28页，共39页，编辑于2022年，星期六 图图12 植物细胞质壁分离（植物细胞质壁分离（plasmolysis）现象）现象1.正常细胞 2.3.质壁分离的细胞 植植物物细细胞胞由由于于液液泡泡失失水水，使使原原生生质质体体向向内内收收缩缩与与细细胞胞

31、壁分离的现象称为质壁分离。壁分离的现象称为质壁分离。将将已已发发生生质质壁壁分分离离的的细细胞胞置置于于水水势势较较高高的的溶溶液液或或纯纯水水中中，则则细细胞胞外外的的水水分分向向内内渗渗透透，使使液液泡泡体体积积逐逐渐渐增增大大，使使原原生生质质层层也也向向外外扩扩张张，又又使使原原生生质质层层与与细细胞胞壁壁相相接接合合，恢恢复复原原来来的的状态，这一现象称为质壁分离复原。状态，这一现象称为质壁分离复原。怎样证明？怎样证明？用质壁分离现象证明。用质壁分离现象证明。第29页，共39页，编辑于2022年，星期六用质壁分离现象解决下列几个问题：用质壁分离现象解决下列几个问题：（1）说明生活细胞

32、的原生质具有选择透性或具）说明生活细胞的原生质具有选择透性或具有半透膜的性质；有半透膜的性质；（2）鉴定细胞的死活。细胞死后，原生质层的结）鉴定细胞的死活。细胞死后，原生质层的结构被破坏，丧失了选择透性，渗透系统不复存在，构被破坏，丧失了选择透性，渗透系统不复存在，细胞不能再发生渗透作用，细胞也就不能再发生质细胞不能再发生渗透作用，细胞也就不能再发生质壁分离。壁分离。（3）利用初始质壁分离来测定细胞的渗透势等。）利用初始质壁分离来测定细胞的渗透势等。第30页，共39页，编辑于2022年，星期六水分跨膜运转与水通道蛋白水分跨膜运转与水通道蛋白 过去认为水分跨膜运输是通过膜质双分子层的扩散，过去认

33、为水分跨膜运输是通过膜质双分子层的扩散，但这种形式无法实现水分快速的跨膜运输。但这种形式无法实现水分快速的跨膜运输。2020世纪世纪4040年代提出了水通道的假说，年代提出了水通道的假说，8080年代发现在细胞年代发现在细胞膜上的确存在蛋白质组成的对水分特异的通透孔道。定义为膜上的确存在蛋白质组成的对水分特异的通透孔道。定义为水水通道蛋白通道蛋白，也称为，也称为水孔蛋白（水孔蛋白（aquaporinaquaporin），存在于细胞膜），存在于细胞膜和液泡膜上和液泡膜上。（图）。（图）水通道跨膜运输水分的能力可以被磷酸化所调节，水通道跨膜运输水分的能力可以被磷酸化所调节，在水通道蛋白的氨基酸残基

34、上加上或除去磷酸就可以在水通道蛋白的氨基酸残基上加上或除去磷酸就可以改变其对水的通透性，从而也调节细胞膜对水分的通改变其对水的通透性，从而也调节细胞膜对水分的通透性。透性。第31页，共39页，编辑于2022年，星期六 图1-5b 水分跨膜移动途径的示意图A.单个水分子通过膜脂间隙进入细胞；B.水分集流通过水孔蛋白进入细胞.AB第32页，共39页，编辑于2022年，星期六图1-5a 水孔蛋白的结构示一个具有6个跨膜螺旋的水孔蛋白结构Peroplasm第33页，共39页，编辑于2022年，星期六指依赖于低的指依赖于低的m而引起的吸水。如无液泡的分生而引起的吸水。如无液泡的分生组织和干燥种子。组织和

35、干燥种子。植物细胞的原生质、细胞壁及淀粉粒等都是亲水物质，植物细胞的原生质、细胞壁及淀粉粒等都是亲水物质，它们与水分子之间有极强的亲和力。水分子以氢键、毛细它们与水分子之间有极强的亲和力。水分子以氢键、毛细管力、电化学作用力等与亲水物质结合后使之膨胀。管力、电化学作用力等与亲水物质结合后使之膨胀。亲水胶体物质吸水膨胀的现象称为吸胀作用亲水胶体物质吸水膨胀的现象称为吸胀作用（imbibition）。蛋白质蛋白质淀粉淀粉纤维素纤维素2 吸胀吸水吸胀吸水 不同物质吸胀能力的大小与它们的亲水性有关。不同物质吸胀能力的大小与它们的亲水性有关。第34页，共39页，编辑于2022年，星期六 降压吸水是指因降

36、压吸水是指因P的降低而引发的细胞吸水。的降低而引发的细胞吸水。如蒸腾旺盛时，木质部导管和叶肉细胞的细胞如蒸腾旺盛时，木质部导管和叶肉细胞的细胞壁都因失水而收缩，使压力势下降，从而引起这些壁都因失水而收缩，使压力势下降，从而引起这些细胞水势下降而吸水。细胞水势下降而吸水。3 降压吸水降压吸水第35页，共39页，编辑于2022年，星期六图图3 植物细胞的相对体积变化与水势植物细胞的相对体积变化与水势W，渗透，渗透势势S和压力势和压力势P之间的关系图解之间的关系图解在细胞初始质壁分离时（相对体积在细胞初始质壁分离时（相对体积1.0），压力势为零，细胞的水势等于渗透），压力势为零，细胞的水势等于渗透势

37、。势。当细胞吸水，体积增大时，细胞液稀释，渗当细胞吸水，体积增大时，细胞液稀释，渗透势增大，压力势也增大。透势增大，压力势也增大。当细胞吸水达到饱和时，渗透势与压力当细胞吸水达到饱和时，渗透势与压力势的绝对值相等，但符号相反，水势便势的绝对值相等，但符号相反，水势便为零，不再吸水。为零，不再吸水。当细胞强烈蒸腾时，压力势是负值（图中当细胞强烈蒸腾时，压力势是负值（图中虚线部分），失水越多，压力势越负。在虚线部分），失水越多，压力势越负。在这种情况下，水势低于渗透势。这种情况下，水势低于渗透势。（三）细胞吸水过程中水势组分的变化第36页，共39页，编辑于2022年，星期六四、植物细胞间水分的运转

38、四、植物细胞间水分的运转水分进出细胞取决于细胞与其外界的水势差。水分进出细胞取决于细胞与其外界的水势差。相邻细胞间的水分移动同样取决于相邻细胞间的水势差。相邻细胞间的水分移动同样取决于相邻细胞间的水势差。水势高的细胞中的水分向水势低的细胞中移动。水势高的细胞中的水分向水势低的细胞中移动。X YS1.4 MPaP0.8 MPaS1.2 MPaP0.4 MPa水水势势高高低低的的不不同同不不仅仅影影响响水水分分移移动动的的方方向向，而而且且还还影影响响水水分分移移动动的的速速度度。两两细细胞胞间间水水势势差差越越大大，水水分分移移动动越越快快，反之则慢。反之则慢。x0.6 MPaY0.8 MPaw

39、SP第37页，共39页，编辑于2022年，星期六植物体内水势的变化植物体内水势的变化在同一植株中，地上器在同一植株中，地上器官的水势比根系的水势官的水势比根系的水势低。低。对植物的同一叶片而言，对植物的同一叶片而言，距主脉越远的部位其水势距主脉越远的部位其水势也越低。也越低。在土壤植物大气连续体系中水分的移动：在土壤植物大气连续体系中水分的移动：土壤土壤植物体植物体大气大气水势单位MPa第38页，共39页，编辑于2022年，星期六学习要点：学习要点：l 掌握植物的含水量、水分存在的状态和作用l 掌握细胞对水的吸收方法：扩散、集流和渗透作用l 重点 细胞的水势和吸水的途径和生理第39页，共39页，编辑于2022年，星期六