植物细胞对水分的吸收

《植物与植物生理》第四单元教学子单元1：植物的水分代谢微课件2植物细胞对水分的吸收汇报人：唐雪松学习目标了解植物细胞吸水的方式；了解水势的概念；掌握渗透作用和植物细胞吸水的原理。主要内容植物细胞吸水的方式植物细胞的水势植物细胞的渗透作用细胞间水分移动植物细胞的吸胀吸水植物细胞的代谢性吸水重点和难点重点渗透作用；细胞间水分移动。难点水势植物细胞吸水的方式植物细胞吸水有三种方式：渗透吸水(osmoticabsorptionofwater)主要方式吸胀吸水(imbibingabsorptionofwater)代谢性吸水(metabolicabsorptionofwater)植物细胞的水势水势的概念指每偏摩尔体积水的化学势差，即体系中水的化学势与纯水化学势之差。水势通常用符号Ψw

表示，其单位为Pa（帕）水的化学势和水势自由能（freeenergy，G）：在等温、等压条件下,能够做最大有用功的部分能量。水的化学势（μw）：当温度、压力及物质数量（水以外）一定时，体系中1mol的水的自由能。水势（waterpotential):

每偏摩尔体积的水在体系中的化学势与纯水在相同温度、压力下的化学势之间的差。△μwμw-μowVw,mΨwVw,m==偏摩尔体积：在恒温、恒压、其他组分浓度不变情况下，混合体系中1mol该物质所占的有效体积。单位：水势=水的化学势/水的偏摩尔体积

=J•mol-1/m3•mol-1=

N•m•mol-1/m3•mol-1=N•m-2=Pa纯水Ψw=零

零值并不是没有水势，就好比定海平面为海拔高度为0一样，作为一个参比值。溶液：溶液的水势为负值,浓度越大，水势越低。植物细胞的渗透作用渗透作用：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。由渗透作用引起的水分运转：

a.烧杯中的纯水和漏斗内液面相平；b.由于渗透作用使烧杯内水面降低而漏斗内液面升高原生质层：包括质膜、细胞质和液泡膜看成一个半透膜。液泡内的细胞液含许多溶解在水中的物质，具有水势。植物细胞构成渗透系统。植物置于浓溶液中，由于细胞壁的伸缩性有限，而原生质层的伸缩性较大，当细胞继续失水时，原生质层便和细胞壁慢慢分离开来，这种现象被称为质壁分离。质壁分离现象刚开始发生质壁分离明显发生质壁分离洋葱上表皮细胞的质壁分离把发生了质壁分离的细胞浸在水势较高的稀溶液或清水中，外液中的水分又会进入细胞，液泡变大，原生质层很快会恢复原来的状态，重新与细胞壁相贴,这种现象称为质壁分离复原。利用细胞质壁分离和质壁分离复原的现象可以判断细胞死活。渗透吸水低渗溶液:细胞置于纯水或稀溶液中，外液水势高于细胞水势，外侧水分向细胞内渗透，细胞吸水，体积变大等渗溶液:外液水势等于细胞水势，水分进出平衡，细胞体积不变高渗溶液:将植物置于浓溶液中，外液水势低于细胞水势，水从细胞内向外渗透，细胞失水，体积变小植物细胞的水势构成1.细胞水势的组分细胞的水势公式：ψw＝ψπ＋ψp＋ψm细胞的溶质势（solutepotential渗透势）细胞的压力势(presspotential)细胞的衬质势（matrixpetential)细胞的溶质势（solutepotential渗透势）植物细胞中含有大量溶质：无机离子、糖类、有机酸、色素、悬浮在细胞液中的蛋白质、核酸等高分子物质也可视为溶质。一般陆生植物叶片细胞的溶质势是-2～-1MPa，旱生植物叶片细胞的溶质势可以低到-10MPa。干旱时，细胞液浓度高，溶质势较低。细胞的压力势(presspotential)

原生质体、液泡吸水膨胀，对细胞壁产生的压力称为膨压(turgorpressure)。细胞壁在受到膨压作用的同时会产生一种与膨压大小相等、方向相反的壁压，即压力势。压力势一般为正值，它提高了细胞的水势。草本植物叶肉细胞的压力势，在温暖天气的午后为0.3～0.5MPa，晚上则达1.5MPa。在特殊情况下，压力势也可为等于零或负值。例如初始质壁分离时，细胞的压力势为零；剧烈蒸腾时，细胞壁出现负压，细胞的压力势呈负值。细胞的衬质势（matrixpetential)是细胞胶体物质的亲水性和毛细管对自由水的束缚(吸引）而引起的水势降低值，称为衬质势。衬质势一般呈负值。对于无液泡的分生组织和干燥种子来说，ψm是细胞水势的主要组分，其ψw＝ψm含有液泡成熟细胞的水势：由于细胞质水势组分较为复杂，各细胞器中水势又难以直接测定，而液泡的水势相对较易测定，因此，细胞水势通常用液泡的水势来代替。由于具有液泡的细胞含水量很高，衬质势趋于0，可忽略不计。含有液泡细胞水势公式可用下式表示：

ψw＝ψ液泡＝

ψs

＋ψp细胞吸水过程中水势组分的变化细胞吸水和失水的过程中，细胞的体积发生变化，其水势、溶质势、压力势会随之改变。细胞吸水，体积增大，Ψp增高，细胞含水量增加，Ψs增高，Ψw增高。细胞吸水达紧张状态，细胞体积最大时，Ψw=0，Ψp=－Ψs细胞失水，体积缩小，Ψp降低，细胞含水量减小，Ψs降低，Ψw降低。初始质壁分离时，Ψp=0，Ψw=Ψs，细胞相对体积为1。初始质壁分离细胞间的水分移动决定与相邻两细胞间的水势差异，水势高的细胞中的水分向水势低的细胞流动。Ψs=-1.4MPaΨp=+0.8MPaΨw=-0.6MPaΨs=-1.2MPaΨp=+0.4MPaΨw=-0.8MPa

AB

多个细胞连在一起时，如果一端的细胞水势较高，另一端水势较低，顺次下降，就形成一个水势梯度，水分顺水势梯度从一端流向另一端。纯水-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6-0.7-0.8Ψw

大气当土壤含水量达到田间持水量时，土壤溶液水势仅稍稍低于0，约为-0.01MPa。大气的水势通常低于-100MPa。通常土壤的水势>植物根的水势>茎木质部水势>叶片的水势>大气的水势，使根系吸收的水分可以源源不断地向地上部分输送。植物细胞的吸胀吸水吸胀吸水-依赖于低的衬质势ψm而引起的吸水。风干种子中，处于凝胶状态的原生质的衬质势常低于-10MPa，甚至-100MPa,所以吸胀吸水就很容易发生。未形