植物生理学课件：第二章 植物的水分代谢

第二章植物的水分代谢水分代谢：

在植物的生理活动中，植物根系从土壤中吸收水分、然后通过输导组织运输到植物体的其它部分供植物体利用，最后通过蒸腾作用散失水分到大气中。第一节植物体内水分存在状况及生理作用一、植物的含水量及水分存在的状态含水量：存在状态：

自由水，不被植物细胞的胶体颗粒或渗透物质所吸引或吸引力很小，可以自由移动的水。自由水占总含水量比例越大，则植物代谢越旺盛。束缚水，被植物细胞的胶体颗粒或渗透物质吸附、束缚而不能自由移动的水分。束缚水含量与植物的抗性大小有关。二、水的生理生态作用1原生质的主要成分2代谢过程的反应物3物质吸收和运输的介质4保持植物固有姿态5维持植物体温稳定第二节植物细胞对水分的吸收一、植物细胞的水势1.水势的概念（1）化学势

每摩尔物质所具有的自由能。（2）早期的水势定义

Ψw=μw-μow

（体系中水的化学势与纯水化学势之差，纯水的化学势最高，规定为0）水的化学势（3）水势的概念

Ψw就是每偏摩尔体积水的化学势与纯水化学势之差。单位：帕（Pa）

μw-μwoΨw=

Vw

Vw为水的偏摩尔体积：在温度、压力和其他组分不变的条件下，在无限大的体系中加入1摩尔水，对体系体积的增量。

人为设定纯水的水势为0，

因此溶液的水势均为负值。水势高低与溶液中所含溶质的颗粒数有关。

水分移动的方向总是由水势高的区域向水势低的区域移动。水分在植物体内移动的形式（2）集流：水分子及溶剂分子在压力梯度下共同移动的现象。（1）扩散：气体分子、水分子或溶剂分子从浓度高的区域向其邻近浓度低的区域转移，直到均匀分布的过程称为扩散。渗透作用：扩散的一种特殊方式。

水分通过选择透性膜从高水势向低水势移动的现象，叫做渗透作用。当膜两侧溶液的水势相等时渗透作用达到动态平衡。

是溶剂分子通过半透膜的扩散。2.细胞水势的组分植物细胞的水势包含三部分Ψw（水势）=Ψs

（溶质势）+

Ψm

(衬质势）+Ψp（压力势）（1）溶质势（渗透势Ψπ）由于溶液中溶质的存在而使水势降低的值，渗透势为负值。（2）压力势由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值称为压力势，一般为正值。初始质壁分离时为零，剧烈蒸腾时为负。（3）衬质势细胞中的亲水物质对自由水的束缚而引起水势降低的值为衬质势，是负值。植物细胞的水势状况典型细胞水势：

Ψw=Ψs+Ψm+Ψp成熟细胞水势：

Ψw=Ψs+Ψp干种子及幼嫩细胞水势：Ψw=Ψm3.细胞的吸水方式（1）渗透吸水（2）吸涨吸水（3）降压吸水（1）渗透吸水

半透膜液面上升

1.实验开始时2.由于渗透作用纯水通过半透膜由于渗透势的下降而引起

的细胞吸水。植物细胞质壁分离现象

1.正常细胞2、3.质壁分离的细胞植物细胞及其环境构成一个渗透系统（2）吸涨吸水：指依赖于低的衬质势吸收水分的方式。主要靠吸涨作用来完成。吸涨作用：细胞原生质及细胞壁的亲水胶体物质吸水膨胀的现象。

∵亲水性：蛋白质>淀粉>纤维素∴豆科植物的吸涨现象比谷物种子显著。

（3）降压吸水：

因压力势的降低而引起的细胞吸水。蒸腾旺盛时，压力势下降，失水过多时，压力势小于零。Ψs=-14巴Ψp=+8巴Ψw=-6巴Ψs=-12巴Ψp=+4巴Ψw=-8巴

AB两个相邻细胞间水分运转的方向二、植物细胞间水分的移动细胞体积变化与Ψw，Ψs和Ψp之间的关系图解小麦植株各部位水势图解

第三节植物根系吸水一、土壤中水分

三种：毛管水、束缚水（吸湿水）、重力水毛管水：由于毛管力所保持在土壤颗粒间毛管内的水分。植物吸收水的主要来源。束缚水：土壤颗粒或土壤胶体的亲水表面吸附的水合层中的水分。重力水：指水分饱和的土壤中，超过了毛管力的影响，由于重力的作用自上而下渗漏出来的水。二、根系吸水部位根的先端（根毛区）

1.吸水面积大

2.根毛细胞壁外层由果胶质覆盖

3.疏导组织发达三、根系吸水途径

质外体途径、共质体途径。

双子叶植物幼根横切面及内皮层细胞（示根压产生机理）何为共质体与质外体?四、根系吸水机理(主动吸水与被动吸水)1、根压与主动吸水

由于根系生理活动而产生的促使水分从根部上升的压力叫做根压。伤流（甲）和根压（乙）示意图2、蒸腾拉力与被动吸水

由于蒸腾作用产生一系列水势梯度而使导管中水分上升的力量叫做蒸腾拉力。

由于植物叶片蒸腾作用而引起的吸水过程称为被动吸水。蒸腾作用旺盛的植物和高大的乔木以被动吸水为主。幼苗和春季叶片未展开的落叶树木以及蒸腾作用较低的植物主要以主动吸水为主。五、影响根系吸水的土壤条件

1.水分状况

2.通气状况

3.温度

4.溶液浓度

第四节植物的蒸腾作用

概念：

水分以气体方式，通过植物体的表面，从体内散失到体外的现象。一、蒸腾作用的生理意义与方式1.生理意义（1）产生的蒸腾拉力是植物吸收和运输水分的主要动力。（2）植物吸收和运输矿质营养的动力。（3）降低植物体与叶片的温度。2.方式全部表面蒸腾——幼嫩状态植物体。皮孔蒸腾（占0.1%）叶片蒸腾：（1）气孔蒸腾（2）角质层蒸腾二、气孔蒸腾

1.气孔的形态结构及生理特点

双子叶（左）和单子叶（右）植物气孔结构（1）气孔大小与数目长：7-40μm，宽：3-12μm

单子叶分布于上下表皮，双子叶主要分布于下表皮，水生植物分布于上表皮。（2）小孔律（小孔周缘效应）气体通过多孔表面的扩散速度不是与小孔的面积成正比，而是与小孔的周长成正比。

2.气孔的运动

指保卫细胞吸水之后膨胀或失水之后的收缩。气孔运动与保卫细胞的细胞壁不均匀加厚有关。同时与细胞中径向排列的微纤丝密切相关。

3.影响气孔运动的外界因素（1）光—促进气孔打开（主要调节因素）。红光、蓝光均可引起气孔张开。（2）二氧化碳—低浓度促进、高浓度抑制。（3）温度—气孔开度一般随温度上升而逐渐增大。（4）水分—气孔运功与保卫细胞膨压呈正相关。（5）植物激素—细胞分裂素和生长素促进气孔张开，低浓度的脱落酸促进气孔关闭。4.影响气孔蒸腾的内外因素（1）内部因素气孔频度气孔大小气孔下腔容积气孔构造气孔开度（2）外界因素对气孔蒸腾的影响

凡是影响叶片内外蒸汽压差和扩散阻力的外界因素均影响蒸腾速率。光照—促进气孔张开，减少气孔阻力；提高大气及叶片温度。温度—温度升高时，叶内外蒸气压差增大，蒸腾作用加强。但气温过高时，叶片失水超过一定限度，气孔关闭。风速—风大使得气孔外水蒸气容易扩散，减小阻力，另外增加叶内外蒸气压差。但强风引起气孔关闭。三、蒸腾作用指标1.蒸腾速率单位时间内、单位面积上通过蒸腾作用散失的水量。2.蒸腾效率在一定生长期内累积的干物质和所消耗水分量的比率。3.蒸腾系数每制造1g干物质所消耗水分的克数。四、调节蒸腾作用的途径

1.减少蒸腾面积

2.降低蒸腾速率

3.使用抗蒸腾剂

第五节植物体内水分的向上运输一、水分运输途径

土壤水分根毛根皮层根中柱鞘根导管茎导管叶柄导管叶脉导管叶肉细胞叶肉细胞间隙气孔下腔气孔大气

二