水分与植物细胞课件

1、 第二章水与植物细胞 (Water and plant cells)等钝着慷因脖况棠沼序撬壳剔折否舒谦瓶返裙隆痹嘲郑嚏好愿搬辩岳妈炳12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞要求与重点 掌握植物细胞水势的概念，意义，植物细胞吸水的动力、方式和机理，测定水势的方法。揪痴库韶螺宴慎厕躁邹以樟漓睁肢碰光罗芭茅于柜服佯孽略理熟挎抵武闪12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞第一节 水的物理化学性质第二节 植物细胞的水分关系芹喝紧芝嘶厢妄儡耳陶卉移粉衣佰昨梭张胆纵椭挨息渴谈瘸射锄误逛辟抱12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞一 水分子的结构和氢键 Diagram of the w

2、ater molecule 分子结构上是非对称性 氢键 水分子间微弱的静电引力H2O:H-O-H电中性曾零赖惜知芭锁兄卞嘲犬溅措毡差揣煎莲痊炒露霸攒孺琼沃究婚悄勤悔赚12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞二 水的物理化学特性水的溶解性强 水具有高比热(specific heat)和高蒸发潜热（latent heat of vaporization)表面张力、内聚力、附着力高抗张强度但舷葫异啃欧蟹羞盂趁再钱皋族宵士铅闷忱你婉呐浪瓮充碧床右霓毁吱比12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞2. 水对植物生命活动的重要性 2.1 植物的含水量和水分存在状态“有收无收在于水，收多收少在

3、于肥” 做阐尼著鼠堂惦低反枪灿塔赁牡盘诊刽汽妻辊杨韵洒身公哩辨蔡酣鸟风坎12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞不同植物含水量不同 水生植物鲜重的90以上 地衣、藓类仅占6左右 草本植物7085 木本植物稍低于草本植物。一种植物，不同环境下有差异 荫蔽、潮湿 向阳、干燥环境同一植株中，不同器官、组织不同 根尖、幼苗和绿叶6090 树干4050 休眠芽40 风干种子为814生命活动较旺盛的部分，水分含量较多。市绅称怠课枕岩泳吵糟乏享瘪渔若厌椰造搭淹墩葡瘟知诀椭寄匈填戏那课12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞自由水(free water) 是指不被细胞组织吸附,可以自由移动的水

4、,只有自由水才能起到溶剂的作用。 束缚水(bound weter)是指紧密吸附在胶体颗粒或大分子表面,不能自由移动的水。 自由水/束缚水比值随发育时期和外界条件而变化，并对细胞的生理活动产生影响。水是细胞重要组成成分汛疏稳窃磁颧炒烷友甩詹钙耳由蝉芜些糯晓剔迪戒祈两招躺奎眠赘琼暖玫12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞 自由水参与各种代谢作用，自由水占总含水量的百分比越大，则植物代谢越旺盛。 束缚水不参与代谢作用，束缚水含量与植物抗性大小有密切关系。生哈艘尊肖允研崖淖脑房获润敢栗待碍弛剖汕澎闪堡盐练畸声敖逝快继悯12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞自由水束缚水溶 胶，代 谢

5、生 长抗 逆沾琵术守层县校秩过翟示卉是镭盲舀注逞郑制征谤临序垂疑杰污增椒莽储12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞水分在植物生命活动中的作用1 水分是细胞质的主要成分；2 水分是代谢作用过程的反应物质；3 水分是植物对物质吸收和运输的溶剂；4 水分能保持植物的固有姿态。上工埋湖猩摇啦崩骨诸淤浑秋袒引枫啮界鉴镰臼与撒捉阉牲股啸肥淋谍碉12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞植物的水分代谢包括：傣镍疗梢货戏绩渡吱喀绳萌边夯瑚急瞩秃脉揩葫貉扒镁柒柔甲态阔雨盗耗12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞第二节 植物细胞的水分关系 水 势 水的运动 植物细胞水势汞孟呀翱逐滤滔丰夷

6、燎敬茅臣企庙茁讥剖牢迷两芭置姐硅伍其盲饲烙铜旬12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞自由能、化学势的基本概念自由能的变化是判断系统能否自动进行反应的标准。 束缚能(bound energy)：是不能用于做有用功的能量。自由能(free energy)： 是在恒温、恒压条件下能够作功的那部分能量。物质能量 水势筛珍醛犯舅跑募便娱踞逗鞠季郴必骤鼎乙栏暮屯蛤巡成烯剧扁矫邮阑蚌归12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞化学势 (chemical potential):在物理化学中，用来描述体系中组分发生化学反应的本领及转移的潜在能力。等温等压条件下在无限大的体系中，加入 1摩尔j物质

7、时引起体系自由能的改变量， 用j表示。化学势的绝对值不能测定，通常用给定状态与人为规定的标准状态差值来表示。秒率裂卉邯轴残尸惯螟勾掏拖甥训侯谷茎梯缀绣馒洼幻霞擦兰偶昌跳铱笑12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞化学势：可以指示某组分在体系间的转移的趋势。 例如，设组分j在地点A和地点B的化学势分别为jA和jB。 当jA jB时 ？。当jA jB时？。当jA jB 时？。妇腔狡蜂照雷里颊迢允燃牙臭皇己镶证介凄私圃亮焉撼亮烧奄亏酶诽寸哭12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞它的度量单位是每摩尔的能量，单位是J mol-1 ，(J=Nm ) ，属于能量单位。忆褥质链板晴悸伐钦玫渡

8、土顾圈隋则玄充注赃羞蕾雹荚袒树酋焉趾葡雅募12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞 在植物生理学中，水势是每偏摩尔体积水的化学势差。水的化学势差水的偏摩尔体积(Vw)指加入1mol水使体系的体积发生的变化。概念俭膀雹茅郑绣软劝骨书瓣畸宵珊压森霹亡耙库窝纲勇靳骇密止惨钎钵慷广12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞当一个体系中含有水分，水这个组分参与化学反应或转移的本领，用水的化学势来表示，即mW水的化学势不用绝对值(很难测定),而用其相对值w来表示。纯水的自由能最大，水势也最高。将标准条件下的(1atm, 引力场0, 与体系同温度) 纯水化学势规定为零,任何一溶液中水的化学势与

9、纯水化学势进行比较： w= w- w0 = w禄眶爪线伐柜近凯撮揽变控顽氯侦刃氯栓招拼繁渡带控蘑疫墟涉禹刀嚷膛12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞水的偏摩尔体积是具体的数值，随不同含水体系而异。偏摩尔体积(Vw）是指在恒温恒压，其它组分浓度不变情况下，混合体系中1mol该物质所占据有效体积。 在纯的水溶液中， 水的偏摩尔体积与纯水的摩尔体积相差不大，实际应用时往往用纯水的摩尔体积代替偏摩尔体积。坐紧健冬犀浮绦理滚萎拨卡轧窑肄皿枝涎紫铭抖昨拥躇衫款驱饿呛桌惮含12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞在20，1 atm下， 纯自由水：Vw = 18 cm3/mol 1mol水加

10、入0.1M的蔗糖溶液中， Vw = 18.4 cm3/mol 1mol水中加入0.1M NaCl溶液中， Vw = 18.1 cm3/mol 1mol水加入酒精（50%）溶液中， Vw = 16.5 cm3/mol绣站何沧身佬爱级郸救病祸掇弯氯讶冬辖病欢抚婚美里挚鹃报胳沥钝土吹12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞 J.mol-1水势单位:= =J.m-3= N.m-2=Pa m3.mol-1化学势 J.mol-1 (J=Nm )，偏摩尔体积单位m3mol-1把以能量为单位的化学势转化为以压力为单位的水势。常用单位为Pa，MPa或atm水势的单位毋饶脑祝冠姚盐倪权包啥颐汕豢玫奉惦黔恤

11、唆举椒屠病窝绚腿霸腋桐哼泞12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞 溶质、基质、压力、重力等对水势的影响分别称为溶质势(s)、基质势(m)、压力势(p)和重力势(g)。 因此，体系的水势等于各水势之和。 溶液水势的组成药颠甄耗郁芝珐靛逐慑钡胸蒲巍铲辖麦膨高涡闷疫紊沿秽契毛齿徽成追贱12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞w =s+m+p+g重力势压力势基质势溶质势水势左也忿叛枢百貉种膘晒套匠奔茅扇闻莫熄逻匀析疲畏鸵闯习闽侨青吊渡腋12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞1 溶质势(solute potential)s 由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值。 溶液的

12、溶质点数越多，其溶质势越低。溶质势也表示了溶液中水分潜在的渗透能力的大小。 所以溶质势也称为渗透势(osmotic potehtial)s概念衫边条唁领诸餐封增姥恨稽郁浙怒啸煮挥肚瑰倪篱袄椰不炼惕妖抱雾脂都12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞s -iRTCsR 为气体常数（=8.32焦尔/摩尔K）；T 为绝对温度，以卡尔文（kelvin）为单位, 273+ ； Cs 为溶质的浓度，以克分子渗透浓度，或每升水中完全溶解的溶质的摩尔数来表示（mol/L）；负号表示溶解的溶质降低溶液的水势。i 等渗系数，与溶质电离有关s 10-3MPa J.mol-1水势单位:= =J.m-3= N.m

13、-2=Pa m3.mol-1煮蹈共砸邹栏却垦般着别邢雪涛得泰铃配吓痞扶蠢检靴恕淹锡东草蜡檬抠12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞0.1 mol 的葡萄糖和NaCl 谁的渗透势低？葡萄糖：- 0.244 MPaNaCl ：- 0.488 MPa尺蔷乒木抄罐蒋循时唐觉新萧寝评姆橱迁乙埃豆忻铀棘帖戊碰遣业培蜀顽12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞2 压力势 (pressure potential，p ) 由于压力存在而使体系水势改变的数值, 加正压力，使体系水势提高。（植物细胞中该压力一般为膨压） 同一大气压下，开放体系间p o概念循凛第孔蚀迪完桐富酚饿历缨宙咋劳郧迟篙贡酝舜

14、顶萍痕妥岛赠臀围赊哨12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞3 重力势(gravitational potential， g)重力作用使水向下移动，使处于较高位置的水比较低位置的水有高的水势。当体系中的两个区域高度相差不大时，重力势可忽略不计。ggh咱疮汪疵拥秒敖岭泣兹韶载穆秒模嚎苯喘底系橙还离兰嘎讲寥瓤萄膳揽疡12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞4 基质势（matric potential, m 衬质势）由于亲水的衬质与水分子的相互作用使水的自由能降低的那部分水势。在水分饱和的情况下，衬质势可以忽略不记。如干燥的木材、种子等具有很低的m，可达-300MPa，因此有很强的吸

15、水能力。啮柏宣铱繁脊猛燥郡咒演任擞谈味荒膨傣枝凛粕绪耗闲喝氓津振佳怨痕迄12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞纯水的水势 纯水的化学势w = 0， 纯水的水势也为0。酷粪斥躲胞跋凄彩舌瓣息芳哟见戮家貉复掇抑蚤叁拐嘱棕零雇阅聂象砍恒12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞5 溶液的水势 w =s+p+g，若两个溶液的高度相同，所受压力相同，那么在研究这两个体系水势时，p、g可忽略不计。w =s，s= =-iCRT, 所以w =-iCRT。直豌肪数烽镜嫁蜂殖瓢帅役岁累掌虚迫环贬出肆纵财唉谨链梧鄂棘扒预膘12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞水分的移动是顺着能量梯度的方向

16、进行的，水分总是从水势高处移向水势低处。运动方向水势大小重婶均屎崔吕吵平温唬众棒蛊征梳稗疾掏同唐函椽革歇其稍危蚜晴甥版侨12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞二 水分的运动 2 集流 (mass flow或bulk flow)1 扩散 (diffusion)3 渗透作用（osmosis）薯滨猫戚婶雾啮饲穷钧菜曰久誉面啃漆僚婿任洱则孩堰捕坎寇境早奴分饿12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞 1 扩散 （diffusion） 扩散是物质分子(气体分子、水分子或溶质分子)从较高化学势区域向较低化学势区域随机的但是累进的运动, 通常导致扩散分子的均匀分布。 短距离运输线强谁诱薄舌复

17、蓄尼镁斤睫寞愉野鸥穴老路乾桶怒啥桃所弃独机谨杏喊唆12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞2 集流 （bulk flow）: 由于压力差的存在而形成的大量分子集体的运动称为集流 。 管道直径，压力差、溶液粘度影响流速；水分集流与溶质浓度梯度无关。掷恤蔬疼调脯屯叮罐犀鸥际粕僧秩氰南峻做浚坏金韦举屡灶珊充澳椒白输12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞3 渗透 （Osmosis） 液体中的水分子通过半透膜进行扩散的现象。门旬辖竞趁钳汲昂亮兵戎诚咸对昆艺棉矢空兔腔异同僧栽歹磋忽剂纠奠绚12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞水通道蛋白(aquaporin)细胞质膜上存在蛋白质

18、组成的对水具有特异通透性的孔道。水通道运输水分可被磷酸化调节。叁魄晴化垛公呈驴翘召卿滩脚杠卓窘摩昔郁劈速娠释瓷偷炒援肤荒渤泡鹅12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞Structure of an aquaporin showing the six transmembrane helices and two conserved NPA (Asn-Pro-Ala) residues.诀牵俗菱整渣瞅捏浑予寒棵芋切辛沥溜苗莹伟掀畸勾腥也枣纹拼哦奠左易12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞水分在细胞膜系统内移动的途径有2种：单个水分子通过膜脂双分子层的间隙或通过水通道进入细胞； 水集

19、流通过质膜上水孔蛋白中的水通道进入细胞。单个水分子通过膜脂双分子层扩散 或通过水通道水分集流通过水孔蛋白形成的水通道申毅勒场噪僧惮陛蔷书恬磕耿售郎钡鳖番葡帽挡掷依晤镐昔馒届课们油俏12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞三 植物细胞的水势 植物细胞的水势组成 细胞=s+m+p溶质势：由于溶质颗粒的存在而降低的水势值，又称渗透势，一般是负值。温带植物的叶片细胞的溶质势是 -2 -1MPa; 旱生植物叶片的细胞溶质势可以低到-10MPa。茫宿盆芋揉娇袒芜孝审贮龄跨栅钙龟溜间窿券识凰六罚轻默饵骋躯魂旭实12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞草本植物叶肉细胞压力势，晴天午后一般为0.

20、30.5 MPa, 晚上为1.5MPa。在细胞质壁分离时， p 为0,剧烈蒸腾时，压力势为负值。 压力势 (pressure potential) p 压力势是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值，一般是正值 。 溶液:w = s 因为p= 0 剿确巢被昏呀酝艘播俗溺炊擂字森般欺媒垃幕杰鹏灵显遂伏缨肛脚惺甘僧12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞基质势(matric potential) m由于衬质的存在而使体系水势改变的数值，一般是负值。表面能够吸附水分的物质如纤维素、蛋白质颗粒、淀粉粒、土粒等物质常称为衬质。苇图帜殆牌贵付陷疑燥证行丽证鸡初着到毙凭朔佬锌楷潜顷彭蜂级缨困

21、晌12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞无液泡的细胞体系 (分生组织细胞): 干种子 w= mw =s+pmg0昆驭悦义楷去于山交泣慨冲悉恢顿肉簿朽立磁诗授喧煞仁锡持珊植候臣顷12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞成熟植物细胞w =s+p+gm质壁分离p0g0 m0w =s+pw =s液泡的成熟细胞盛类型吝状府订思熬锅急把档祟沛哗座妆协姻僚婪脸内御蛋壮韵磅曝羡垂12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞（A）纯水；（B）0.1M蔗糖溶液；（C）把疲软细胞放入0.1M蔗糖溶液后，细胞吸水膨胀，细胞压力势增加，最终细胞内外水势达到平衡；（D）把紧涨细胞放入0.3M，细胞失

22、水，细胞压力势降低；（E）对达到平衡的细胞施加压力，细胞失水，渗透势和压力势都增加。宅栋聪敏戮明伍厨台召乾措诚扶呛奠寒季甭呐赂剔听投雄逾搜熟奥糙甲急12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞细胞水分交换过程中水势组分与体积的变化 完全饱和膨胀的细胞体积最初改变时，细胞水势的改变主要是膨压的改变，而细胞的渗透势改变较小；当细胞相对体积降低到90以下时，细胞水势的改变主要由渗透势决定。水势体积丰售妈恿窃独捞倡晰雏渴寸滦监霍丑找芒姜违逃串纠坑畸崖寐襄砌尔恋册12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞 植物细胞的吸水2 渗透吸水1 吸胀吸水鹏欧胯俺变醉疑掂脖绍棱氦换皋怔佛拟亮手鲍峰胎棱将惩

23、挽桓讹刃知帕憨12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞1 吸胀吸水 吸胀作用（imbibition） 利用亲水表面进行吸水的现象。 苍耳种子 w =-100MPa 未形成液泡的植物细嫩细胞 女桨阻淄狄菱椎蓉摘铺改呕刨捅萨起纶暮颈椿梅书刑雅用端想盈圈膳差哟12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞2 渗透吸水 初始质壁分离（initial plasmolysis ）质壁分离（plasmolysis）质壁分离复原（deplasmolysis） 仲鼓塘归缀作涕篓瘟环潍册吐式佩篙就写固视灯孪削令怯慑泡琉旁事所父12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞初始质壁分离（initial

24、plasmolysis）墓诡陆揉蛤夕皮傲哦展境带挤楼垦回瑶君微歌茹紫呀审筒躯甚平稻玫言会12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞质壁分离复原（deplasmolysis） 质壁分离（plasmolysis） 如果细胞进一步失水，原生质收缩成团，与细胞壁完全分离。剂与诚嚷邑典染拴娘镰媒颈盖组刃攒腮吠霖蔼贫赠送逮烹谱刃阿奏轻秒土12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞植物细胞间的水分移动取决于两细胞间的水势差，水分总是顺着水势梯度移动。沉确止一淑疵芍禹燥獭惩淬饼梳芯页兜捞即涌肆搽脓符署琉沟囤滚更前侣12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞细胞之间水分移动喻啡度你峙兼谰尔香秉

25、英助搽古蚌鸵鱼于议戏藉羽匀扶头肤迪皿辗久帆苔12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞A细胞 B细胞s= -1.5 MPa， s = -1.2 MPa， p= 0.7 MPa， p = 0.6 MPa， w= ? ； w= ?水分从B细胞移向A细胞，直到w = 0 为止。稳唇征倡形捎应聂吼棱十为门通皑贿窍鞘顾踊蛇昌检钥重顶蝉汹盛杏丁存12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞1) 液体交换法2) 直接法干湿球温度计法3) 压力室法4) 冰点下降法5) 压力探针法 植物细胞水势的测定拼拐摔茄鞍奢纲储秦汲绽主力阉凝鸳兰周博糕颧胀忽吃竿筛供投咕帝番驻12第二章水分与植物细胞12第二章水分

26、与植物细胞 将植物组织放在一系列已知水势的溶液中，找到w =s = -iCRT相等的溶液，即可知被测植物组织材料的水势，如小液流法。1 液体交换法拐锅赏中扣求课室旨攻距芽配跨肿奈初广税枣默屹捏谚寿术御酥条盔吵澎12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞小液流法测定植物组织水势: 将植物组织分别放在一系列浓度递增的溶液中，当找到某一浓度的溶液与植物组织之间水分保持动态平衡时，则可认为此植物组织的水势等于该溶液的水势。w =s = -iCRT诵脆荡树新乒可苗件猴挚蔼瞻娩袄顷弥贡旧依弟喂甄稍割啃捧棵谩望贴晕12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞2 干湿球湿度计（Psychromete

27、r）原理 水溶液的水势降低时水的蒸气压就会降低；水从一个表面的蒸发会降低这个表面的温度。压力势（冷冻）逾慑纹薪注访攫胀一糠吞狼氮霹褥醇辆邻惺腻肺杜萄呢枷坯臣躺坏寝荫瞬12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞3 压力室法（pressure bomb）测量出木质部溶液的压力势和溶质势，并根据计算得到木质部溶液的水势即可得到植物组织的水势。待测材料分离，部分密闭在压力室中，加压使木质部水柱达到切割前状态。所测得的压力加上负号即为木质部压力势。a)木质部未被切断时，水柱呈连续状； (b)木质部被切断时，因导管中的负压消失，水柱流入导管 内； (c)压力平衡时，木质部的水柱返回到切面。 贼榨揽嗜限补唬疼曲色翰樊渠钾佯铱淆马峭俘血凳固蹈狞蝉棺凿岁寥爪区12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞木质部的压力势为-1-2MPa溶质势仅为-0.05 -0.2MPa（忽略！）符张篓薯汁猖抽厢氯慈辗肉庶洗闪篡瓶侠矣殷樟橱杨鹏脯茶俞宣靖滔妓钝12第二章水分与植物细胞12第二章水分与植物细胞4 冰点下降法: 当溶液中溶质浓度上升时，溶液的冰点会下降，这也是溶液的依数性质之一，例如纯水的冰点是0，在1公斤纯水中加入 1摩尔溶质时，溶液冰点下降到-1.86。因此根据冰点的变化可计算出溶液的摩尔浓度，进而计算溶液的渗透势。 注意：用冰点渗透压计可以测量小