植物生理学——植物水分生理.ppt

1、第二章植物水分生理,水分的吸收,水分的运输,水分的利用,水分的散失,植物的水分代谢(water metabolism),2-1. 水在植物生命活动中的作用 2-2. 植物对水分的吸收 2-3. 植物的蒸腾作用 2-4. 植物体内水分的运输 2-5. 合理灌溉的生理基础,水分生理的主要内容,2-1. 水在植物生命活动中的作用,一. 植物的含水量 二. 植物体内水分存在的状态 三. 水分在植物生命活动中的作用 四、测定植物组织含水量的指标,自学,2.自由水/束缚水比值影响代谢 自由水/束缚水比值高时，代谢旺盛； 自由水/束缚水比值低时。代谢缓慢。,二、植物体内水分存在的状态,植物抗性,距离胶体颗粒

2、较远，可以自由移动的水分。,较牢固地被细胞胶体颗粒吸附，不易流动的水分。,1.植物体内水分存在的状态有：,自由水,束缚水,3.溶胶（sol）与凝胶（gel）,原因：细胞内水分含量不同,温度,四、测定植物组织含水量的指标,（一）水分占鲜重的百分比：含水量= 100,（二）水分占干重的百分比：含水量= 100,（三）相对含水量（Relative Water Content， RWC）：,RWC = 100,2-2. 植物对水分的吸收,一. 植物细胞对水分的吸收 二. 植物根系对水分的吸收,如果物质带电荷或电势不为零时的化学势称为电化学势（electrochemical potential）。,每偏

3、摩尔物质所具有的自由能。用希腊字母表示。,化学势(chemical potential,),（一）、植物细胞的水势 1.概念,一、植物细胞对水分的吸收,每偏摩尔体积水的化学势差。就是说，水溶液的化学势(w)与同温、同压、同一系统中的纯水的化学势(w0)之差(w)，除以水的偏摩尔体积(Vw)所得的商，称为水势。,概念,水势(water potential),化学势是能量概念，水势是“力学”概念 以能量为单位的化学势 转化为以压力为单位的水势？,兆帕（MPa) 1Mpa=106 Pa 1bar (巴)=0.1 MPa =0.987 atm (大气压) 1标准atm=1.013105 Pa =1.0

4、13 bar,2.水势单位:,帕（Pa）、巴(bar)、大气压(atm)。,细胞吸水情况决定于细胞水势。 典型细胞水势w是由3个“势”组成的：,3.植物细胞的水势组成,w = s +p+ m,水 势,渗透势,衬质势,压力势,由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值。用s表示。 s =-(渗透压)=-iCRT,(1)溶质势(solute potential) 渗透势(osmotic potential),i:解离系数，C：溶质浓度 R：气体常数，T：绝对温度,细胞中含有大量溶质，其溶质势为各溶质势的总和。,C = mol/L,s,L,?,由于压力的存在而使体系水势改变的数值，p。 原生质吸水膨

5、胀，对细胞壁产生压力，而细胞壁对原生质会产生一个反作用力，这就产生了细胞的压力势。,(2)压力势(pressure potential),溶液: 因为p= 0, w = s,一般情况下，压力势为正值； 质壁分离时，压力势为零； 剧烈蒸腾时，压力势为负值。,(3)衬质势(matric potential),干燥种子的水势：w = m,有液泡的成熟细胞：w = s +p,m ：衬质势，由于细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水的束缚而引起的水势降低值。恒为负值。,note: 衬质水势,4.细胞吸水过程中水势组分变化,5.相邻细胞水分移动的规律：,水分总是从水势高的部位向水势低的部位流动。,多个细胞,

6、植物器官之间, 地上比根部低。 上部叶比下部叶低 在同一叶子中 距离主脉越远则越低； 根部:内部外部。,方式,吸胀吸水,降压吸水,渗透吸水,（二）、细胞吸水的方式：,未形成液泡的细胞，靠吸胀作用吸水； 液泡形成以后，细胞主要靠渗透性吸水； 另外还靠与渗透作用无关的代谢性吸水； 在这3种方式中，以渗透性吸水为主。,由于w的下降而引起细胞吸水。是含有液泡的细胞吸水的主要方式。,1.渗透吸水：,(1)渗透作用(osmosis),1.实验开始时,2.由于渗透作用纯水通过选择透性膜向糖溶液移动，使糖溶液液面上升。,Why?,一个成熟的植物细胞就是一个完整的渗透装置,细胞壁,原生质层,（全透性）,原生质层

7、具有选择透过性，近似于半透膜,细胞膜,液泡膜,细胞质,细胞液,细胞核,质壁分离及其复原,细胞初始质壁分离时： p =0, w = s 充分饱和的细胞: w = 0 s = -p 蒸腾剧烈时： p 0， w s,质壁分离现象可以解决下列问题：,1、说明原生质层是半透膜 2、判断细胞死活 3、测定细胞的渗透势 4、观察物质通过细胞的速率。,依赖于低的m而引起的吸水。是无液泡的分生组织和干燥种子细胞的主要吸水方式。 ,原理：淀粉、纤维素和蛋白质等亲水性物质吸水而膨胀,2.吸胀吸水,细胞在形成液泡之前的吸水主要靠吸胀作用,因为s=0 p=0，所以w = m,由p的降低(p0)而引发的细胞吸水。 (1)

8、蒸腾过旺盛时；(2)细胞生长性吸水,3.降压吸水：,4.代谢性吸水,植物细胞利用呼吸作用产生的能量使水分经过质膜进入细胞的过程 代谢性吸水只占吸水量的很少一部分。,当通气良好时，细胞呼吸加强，细胞吸水增强；,证据：,相反，减小氧气或以呼吸抑制剂处理时，细胞呼吸速率降低，细胞吸水减少。,确切机理还不清楚。,1、单个水分子通过膜脂双分子层的间隙进入细胞 2、水集流通过质膜上水孔蛋白组成的水通道进入细胞,（三）、水分进入细胞的途径,图 水分跨过细胞膜的途径 A. 单个水分子通过膜脂双分子层扩散 或通过水通道 B水分集流通过水孔蛋白形成的水通道,A,B,水孔蛋白(aquporins；AQPs)：或称水

9、分子通道 (water channel)是一类具有选择性地、高效转运水分的膜通道蛋白。不具有“水泵”功能，通过减小水分越膜运动的阻力而使细胞间的水分迁移速度加快。,1.分子量为2530KDa膜通道蛋白； 2.水孔蛋白只允许水分子通过，不允许离子和代谢物通过，半径大于水分子（0.15nm），小于最小溶质分子半径0.2nm。,水孔蛋白（aquaporins, AQPS),3.特性：？,膜内在蛋白 ，几乎都含有六个跨膜区段，分别由五个环相连。,6个跨膜螺旋与两个保留的NPA（Asn-Pro-Ala）残基的水孔蛋白的结构,1. 质膜水孔蛋白(PIP)。,植物体内主要存在三种类型水孔蛋白：,2. 液泡膜水孔蛋白(TIP)。,3. 和大豆根瘤菌周膜上水通道蛋白NOD26类似的通道蛋白NLMS (NOD