植物生理课件 第二、三章.ppt

第二章水与植物细胞水与植物细胞Waterandplantcell第一节第一节水的物理化学性质水的物理化学性质第二节第二节 植物细胞的水分关系植物细胞的水分关系水分在植物生命活动中的作用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第一节 水的理化性质极性分子电中性氢键（hydrogenbond）溶解性高比热和蒸发潜热表面张力、内聚力、附着力高抗张强度第二节第二节植物细胞的水分关系植物细胞的水分关系一般：75-90%水生：95%干种子：10%水水 细胞细胞自由水自由水Freewater束缚水束缚水Boundwater水是细胞重要组成成分水是细胞重要组成成分自由水自由水 束缚水束缚水，溶胶，代谢溶胶，代谢生长生长抗逆抗逆束缚水束缚水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自由水是指不被细胞组织吸附,可以自由移动的水,只有自由水才能起到溶剂的作用一、水势的基本概念一、水势的基本概念化学势：化学势：等温等压条件下在无限大的体系中，加入 1摩尔物质时引起体系自由能的改变量。

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，以以表示在植物生理学中，水势是每偏摩尔在植物生理学中，水势是每偏摩尔体积水的化学势差体积水的化学势差以w表示：w-w0wwVwVw式中w为一定条件下水的化学势，w0为在一定条件下纯自由水的化学势，w0为水的偏摩尔体积（1810-6m3/mol）水势水势(waterpotential)以希腊字母以希腊字母w表示，单位为表示，单位为Pa，MPa化学势化学势J.mol-1，偏摩尔体积单位，偏摩尔体积单位m3mol-1，J=Nm，化学势差，化学势差偏摩尔体积偏摩尔体积=Nm-2=Pa把以能量为单位的化学势转化为把以能量为单位的化学势转化为以压力为单位的水势以压力为单位的水势在在20，1atm下，下，纯自由水：纯自由水：Vw,m=18cm3/mol1mol水加入水加入0.1M的蔗糖溶液中，的蔗糖溶液中，Vw,m=18.4cm3/mol1mol水中加入水中加入0.1MNaCl溶液中，溶液中，Vw,m=18.1cm3/mol1mol水加入酒精（水加入酒精（50%）溶液中，）溶液中，Vw,m=16.5cm3/mol溶质、衬质、压力、重力等对水溶质、衬质、压力、重力等对水势的影响分别称为溶质势势的影响分别称为溶质势(s)、衬、衬质势质势(m)、压力势、压力势(p)和重力势和重力势(g)。

因此，体系的水势等于各水势之因此，体系的水势等于各水势之和溶液水势的组成溶液水势的组成w=s+m+p+g重重力力势势压压力力势势衬衬质质势势溶溶质质势势水水势势1.1.溶质势溶质势(solute potential)s(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 potential)s,与离子数有关s=-iCRT 由于压力的存在而使体系水势改由于压力的存在而使体系水势改变的数值变的数值pp会随压力的变化而变会随压力的变化而变化植物细胞中该压力一般为膨压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 op o2.压力势压力势p3.重力势重力势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ggh4.基质势基质势m基质与水的相互作用使水势降低，基质与水的相互作用使水势降低，把这种衬质对水势产生的影响称为把这种衬质对水势产生的影响称为衬质势衬质势mm如干燥的木材、种子等具有很低的如干燥的木材、种子等具有很低的mm，可达，可达-300MPa-300MPa，因此有很强的吸，因此有很强的吸水能力。

水能力5.纯水的水势：纯水的水势：纯水的化学势w=0，纯水的水势也为06.溶液的水势溶液的水势：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成熟植物细胞成熟植物细胞w=s+p+gm质壁分离质壁分离p0g0 m0w=s+pw=s细胞壁的结构、组成；初生壁的形成细胞壁的结构、组成；初生壁的形成胞间连丝的形成、结构与功能胞间连丝的形成、结构与功能细胞信号转导的模式细胞信号转导的模式水势的概念水势的概念植物细胞中水的状态植物细胞中水的状态植物细胞的水势组成植物细胞的水势组成二、水的运动二、水的运动2.集流集流(bulkflow)1.扩散扩散(diffusion)3.渗透（渗透（osmosis）2.集流集流(bulkflow)液体中成群的原子或分子在压力液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动的现象梯度下共同移动的现象与管道直径、溶液粘度、正压力有关与管道直径、溶液粘度、正压力有关1.扩散扩散(diffusion)物质分子（气体、水、溶质分子等）物质分子（气体、水、溶质分子等）从高浓度区域向低浓度转移，直至从高浓度区域向低浓度转移，直至均匀分布的现象。

均匀分布的现象不适合长距离运动不适合长距离运动3.渗透渗透（osmosis）溶液中的溶剂分子通过半透膜扩散的现象溶液中的溶剂分子通过半透膜扩散的现象Plantcellprotoplast水通道蛋白水通道蛋白(aquaporin)细胞质膜上存在蛋白质组成的对水具有特异通透性的孔道水通道运输水分水通道运输水分可被磷酸化调节可被磷酸化调节StructureofanaquaporinshowingthesixtransmembranehelicesandtwoconservedNPA(Asn-Pro-Ala)residues.第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收一、植物细胞的水势一、植物细胞的水势二、细胞的吸水形式细胞的吸水形式三、细胞吸水过程中水势组分细胞吸水过程中水势组分 的变化的变化四、植物细胞间的水分移动植物细胞间的水分移动五、植物组织水势的测定五、植物组织水势的测定1溶质势(s)渗透势()2压力势(p)3基质势(m)三、植物细胞的水势三、植物细胞的水势w=s+p（一）、植物细胞水势组成（一）、植物细胞水势组成由于植物坚硬的细胞壁，很小的细胞体积和水势的由于植物坚硬的细胞壁，很小的细胞体积和水势的变化都会引起细胞膨压的很大变化。

变化都会引起细胞膨压的很大变化二）植物细胞的吸水（二）植物细胞的吸水2渗透吸水1. 吸胀吸水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 2渗透吸水初始质壁分离（初始质壁分离（initialplasmolysis）质壁分离质壁分离（plasmolysis）质壁分离复原质壁分离复原（deplasmolysis）质壁分离及其复原质壁分离及其复原植物细胞间的水分移动植物细胞间的水分移动取决于两细胞间的水势差，取决于两细胞间的水势差，水分总是顺着水势梯度移动水分总是顺着水势梯度移动三）植物细胞水势的测定（三）植物细胞水势的测定1.液体交换法液体交换法2.直接法干湿球温度计法直接法干湿球温度计法3.压力室法压力室法4.冰点下降法冰点下降法5.压力探针法压力探针法1.液体交换法（小液流法）液体交换法（小液流法） 将植物组织放在一系列已知水势将植物组织放在一系列已知水势的溶液中，找到的溶液中，找到w =s = -iCRTw =s = -iCRT相等的溶液，即可知被测植物组织相等的溶液，即可知被测植物组织材料的水势材料的水势。

2.直接法干湿球温度计法直接法干湿球温度计法水从一个表面蒸发会降低这个表面的温度测定溶液或植物组织水势的原理温度传感器温度传感器)植物材料与水滴蒸发容器中水蒸汽饱和容器内温度一致已知水势标准溶液可测溶液或组织的水势可测溶液或组织的水势3.压力室法压力室法认为测量条件下木质部溶液的认为测量条件下木质部溶液的水势与植物组织的水势相近，水势与植物组织的水势相近，因此只要测出木质部溶液的因此只要测出木质部溶液的压力压力势和溶质势势和溶质势，得到木质部溶液，得到木质部溶液的水势的水势植物植物组织组织水水势势平衡压力平衡压力+木质部溶液的溶质势木质部溶液的溶质势=植物组织水势植物组织水势木质部的压力势为-1-2MPa溶质势仅为-0.05-0.2MPa（忽略！）4.冰点下降法冰点下降法原理：当溶液中溶质浓度上升时，溶液的冰点会下降装置：冰点渗透计w=-iCRT-30冰缓慢升温显微镜下观察完全融化记录此时温度冰点温度冰点温度溶质浓度溶质浓度渗透势5.压力探针法压力探针法尖端非常细的玻璃毛细管，并尖端非常细的玻璃毛细管，并在在其中充满硅油，插入细胞后，其中充满硅油，插入细胞后，胞液进入毛细胞管，细胞液与胞液进入毛细胞管，细胞液与硅油的界面在显微镜下可看硅油的界面在显微镜下可看清楚，加压，使胞液退回至清楚，加压，使胞液退回至细胞，此时压力为平衡压力。

细胞，此时压力为平衡压力平衡压力=细胞膨压单细胞膨压第三章植物整体水分平衡第三章植物整体水分平衡（WaterBalanceinplants）第一节第一节 水分吸收水分吸收第二节第二节 水在植物体内的运输水在植物体内的运输第三节第三节蒸腾作用蒸腾作用第四节第四节 土壤植物大气连续体系土壤植物大气连续体系第五节合理灌溉的生理基础第五节合理灌溉的生理基础第一节水分吸收一、土壤中水分的状态一、土壤中水分的状态土壤持水力（土壤持水力（field capacityfield capacity）：是指使土壤水分饱和然后再让多余是指使土壤水分饱和然后再让多余水分流失之后的土壤水分含量水分流失之后的土壤水分含量 植物从土壤中吸收水过程是从高水势的植物从土壤中吸收水过程是从高水势的土壤流向低水势的植物的根土壤流向低水势的植物的根土壤的水势：土壤的水势： w w= = s s+ + m一般土壤溶液的一般土壤溶液的 s s为为 -0.02MPa(-0.02MPa(可忽略可忽略),),盐碱盐碱地可达地可达-0.2-0.2MPa;MPa;湿润土壤的湿润土壤的 m m接近接近0 0，干旱土壤可达，干旱土壤可达-3.0MPa-3.0MPa。

在非盐碱土壤及土壤接近饱和水的在非盐碱土壤及土壤接近饱和水的条件下，条件下，土壤的水势接近纯水的水势土壤的水势接近纯水的水势 当土壤水势低于某一数值时，植物当土壤水势低于某一数值时，植物对水的吸收和散失不能平衡，散失的水对水的吸收和散失不能平衡，散失的水分将多于吸收的水分，植物将失去膨压分将多于吸收的水分，植物将失去膨压而发生而发生萎蔫（萎蔫（wiltingwilting） 即使植物完全不发生水分的丧失但即使植物完全不发生水分的丧失但植物的萎蔫仍然不能恢复，此现象为植物的萎蔫仍然不能恢复，此现象为永久萎蔫（永久萎蔫（ permanent wiltingpermanent wilting ），），引起引起该现象的土壤水势称为该现象的土壤水势称为永久萎蔫点永久萎蔫点（permanent wilting pointpermanent wilting point） 根是吸水的主要器官!二、根的吸水植物初生根结构示意图 （引自Taiz和Zeiger，1998） 根冠根冠分生组织区分生组织区伸长区伸长区成熟区成熟区根毛根毛根尖根尖分生区分生区伸长区伸长区根毛区根毛区（一）、根吸水的部位原因有三：原因有三：1、根毛多，增大吸水面积、根毛多，增大吸水面积2、根毛外壁，果胶质覆盖，亲水性好、根毛外壁，果胶质覆盖，亲水性好3、根毛区输导组织发达，阻力小，、根毛区输导组织发达，阻力小，水分移动速度快水分移动速度快( (二二) )、水分进入植物的途径、水分进入植物的途径土壤中的水分土壤。