植物水分生理

1、水势水势(water potential)：每偏摩尔体积水的化学势差每偏摩尔体积水的化学势差 （水的每偏摩尔体积：在一定温度和压力下，（水的每偏摩尔体积：在一定温度和压力下，1mol水中加入水中加入1mol某溶质某溶质后，该后，该1mol水所占的有效体积水所占的有效体积 ） w 水溶液化学势水溶液化学势 - -0w纯水化学势纯水化学势 w水势水势 w w = = Vw Vw 水的化学势水的化学势 N m mol-1 = 水的偏摩尔体积水的偏摩尔体积 m3 mol -1 = N m-2= Pa （压强单位（压强单位Pascal,帕斯卡或兆帕帕斯卡或兆帕Mpa, 1Mpa = 1 106 pa )

2、 纯水的自由能最大，其水势最高，水势值定为零。纯水的自由能最大，其水势最高，水势值定为零。 典型植物细胞典型植物细胞水势水势 w = 渗透势渗透势 + 压力势压力势 p + 重力势重力势 g + 衬质势衬质势 mw: water = s =solute potential=osmotic potential p: pressure g: gravity m: matrix由于溶质颗粒的存在，降低了水的自由能，因而其水势低于纯由于溶质颗粒的存在，降低了水的自由能，因而其水势低于纯水，为一水，为一负值负值。溶液的渗透势决定于溶液中溶质颗粒的总数。溶液的渗透势决定于溶液中溶质颗粒的总数。 如 0.1

3、mol葡萄糖溶于水后，渗透效应数0.1mol/L 0.1molNaCl溶于水后，渗透效应数为0.2mol /L 在20（293K）时， 葡萄糖溶液的渗透势为0.244MPa NaCl溶液的渗透势为0.488MPa 渗透势渗透势(osmotic potential / 溶质势溶质势 solute potential s s）植物细胞渗透作用与物理渗透现象区别植物细胞渗透作用与物理渗透现象区别 植物细胞渗透作用不完全决定于渗透势，因原生质体的外围有细胞壁，限制原生质体膨胀细胞壁，限制原生质体膨胀 细胞中亲水胶体的吸水能力压力势压力势 (pressure potential) (pressure p

4、otential) p p 由于细胞吸水膨胀后，对细胞壁产生一种压力，常称作为膨压膨压 (turgor pressure) 。 相应引起细胞壁产生一种限制原生质体膨胀的大小相等、方向相反的反作用力反作用力。压力势压力势是由于细胞壁压力的存在而增加水势的值。一般为正值正值。 重力势重力势 (gravity potential) (gravity potential) g g 是水分因重力重力下移与相反力量相等时的力量。其增 加细胞水分自由能，提高水势的值，以正值正值表示。 依赖参于状态下水的高度、密度和重力加速度而定。 g = wgh w ：水的密度 （ 单位体积的质量 kg/m3） g: 重力

5、加速度 （N/kg; m/s2） h: 水相对参考状态时的高度 （m）重力势能重力势能(gravitational potential energy）是物体因为重力作用而拥有的能量，公式为EP=mgh （m 质量，g重力加速度9.8N/kg，h物体据水平面的高度）当水高度是1 m时， 重力势？ g g 通常省略不计 细胞原生质胶体物质（如蛋白质、淀粉粒、纤维素）的亲水性亲水性都和及毛细管毛细管对自由水的束缚而引起的水势降低值水势降低值。 细胞未形成液泡之前，如风干种子的萌发吸水、果实与种子形成过程中的吸水、生长点分生区细胞的吸水等，其水势组分即衬质势水势组分即衬质势。 例如：干燥种子快速吸水是

6、一种亲水胶体膨胀的现象。（细胞内亲水物质通过吸涨力而结合的水为吸涨水，是束缚水） 已形成中心大液泡的细胞，由于原生质仅为一薄层，细胞含水量很高，衬质势趋于0，在计算时一般忽略不计。衬质势（衬质势（matrix potential matrix potential ） m m 具有液泡的植物细胞水势具有液泡的植物细胞水势 w= 渗透势渗透势 + 压力势压力势 p植物细胞的相对体积变化与植物细胞的相对体积变化与水势（水势（ w ）、渗透势（）、渗透势（ ）和压力势（）和压力势（ p ）的关系）的关系+1.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2.0-2.50.9 1.0 1.1 1.2 1.3

7、 1.4 1.5不膨胀不膨胀 完全膨胀完全膨胀 细胞的相对体积细胞的相对体积水势（水势（ w ）压力势（压力势（ p ）渗透势（渗透势（ ）MPa 当压力势足够大时，就能阻止外界水分进入细胞液，于是水分进出达到平衡，水的净转移停止。 由于细胞内正的压力势与负的渗透势相平衡，使细胞不再吸水，最终细胞的水势与外界溶液的水势相等（水势差=0），但细胞液本身的渗透势永远是小于零。渗透势 与压力势p绝对值相等时， 水势w = 0当细胞发生质壁分离时， 水势w= 渗透势 风干种子细胞 水势w= 衬质势m = - 1.4MPa p = + 0.8MPa w= - 0.6MPa = - 1.2MPa p =

8、+ 0.4MPa w= - 0.8MPa细胞间水分的移动细胞间水分的移动水势高向低的方向移动；水势差越大移动速度越快。水势高向低的方向移动；水势差越大移动速度越快。Cell ACell B 渗透势的计算渗透势的计算 范德霍夫范德霍夫(Vant Hoff)方程式方程式 = iCRT MPa i：溶质的解离系数：溶质的解离系数 （蔗糖（蔗糖i =1 CaCl2 i = 2.6 NaCl i =1.8） C：等渗溶质的质量摩尔浓度：等渗溶质的质量摩尔浓度(molL-1) R：气体常数：气体常数(0008314L MPa mol-1 K -1) T：绝对温度：绝对温度(K)，273+t（实验当时温度）

9、（实验当时温度） 计算计算0.1 mol/L 0.1 mol/L 蔗糖溶液在蔗糖溶液在20 20 0 0C C下的渗透势？下的渗透势？ 水势单位换算：水势单位换算： 1 MPa （兆帕）（兆帕）= 106 Pa = 10 bar = 9.87atm 1 atm = 1.013 105Pa = 1.013bar0.1 mol/L 蔗糖溶液蔗糖溶液由于液泡体积改变很小，由于液泡体积改变很小，吸水后造成的细胞液浓吸水后造成的细胞液浓度变化可忽略不计。度变化可忽略不计。由于液泡体积改变很小，由于液泡体积改变很小，失水后造成的细胞液浓失水后造成的细胞液浓度变化可忽略不计度变化可忽略不计?小液流法测植物组织水势小