植物的水分代谢

1. 植物的水分代谢 东莞中学 13--14生物竞赛辅导

2. 内 容 植物对水分的需要 1 植物细胞对水分的吸收 2 植物根系对水分的吸收 3 蒸腾作用和植物体内水分的运输 4 合理灌溉 5

3. 植物的代谢 维持各种生命活动过程中化学变化（物质的合成、转化和分解）的总称。 合成代谢 体内物质代谢 （光合作用） （糖、蛋白质、脂类和核酸） 代　谢 分解代谢 外界吸收物质代谢 （呼吸作用） 水分 矿质元素 空气 （光合作用）

4. 一、植物的含水量 1. 不同植物含水量不同 　草本植物 含水量70-85% 第一节　植物对水分的需要 有收无收在于水，多收少收在于肥 苔藓　含水量6% 　莲　含水量90% 水生＞中生＞旱生

5. 2. 同一植株不同器官、组织含水量不同 一、植物的含水量 干种子　10%－14% 根　60%－90% 新生旺盛＞衰老成熟 3. 同一器官不同生长期，含水量也不同 前期＞后期

6. 植物体内不被亲水胶粒吸附，可以自由移动，可起溶剂作用的水分。植物体内不被亲水胶粒吸附，可以自由移动，可起溶剂作用的水分。 自由水 蛋白质亲水胶粒 束缚水 植物体内吸附在亲水胶粒周围或被困于大分子空间中，不能自由移动的水分。 二、植物体内水分存在的状态

7. 二、植物体内水分存在的状态 植物组织含水量一般为70%~90%。 存在状态：束缚水和自由水 • 束缚水（bound water）：被原生质组分吸附，不能自由移动的水分。 • 自由水（free water）：不被原生质组分吸附，可自由移动的水分。 自由水/束缚水是衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一。

8. 三、水分对植物的作用 生理作用： • 调节植物体温 高比热：稳定植物体温 高汽化热：降低体温，避免高温危害 介电常数高：有利于离子的溶解 还有很多

9. 第二节　植物细胞对水分的吸收 植物的三种吸水方式 渗透性吸水（具液泡细胞） 吸水方式 吸胀性吸水（未形成液泡的细胞） 代谢性吸水（主动吸水，直接耗能）

10. 一、细胞的渗透性吸水 （一）水势的概念 水势（ Ψw ）， 就是水的化学势。规定纯水的化学势为零，故水势的概念为同温同压下， 一个体系中的水分与纯水的化学势之差除以体系中水的偏摩尔体积。 纯水的水势最高，定为0

11. 几种常见化合物的水势 溶液 Ψw /Mpa 纯水 0 Hoagland营养液 -0.05 海水 -2.50 1mol·L-1蔗糖 -2.69 1mol·L-1 KCl -4.50

12. 液面上升 压力（水势） 蔗糖溶液 半透膜 水 　　经过一段时间 （二）渗透作用 渗透作用（osmosis）：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。

13. 植物细胞就是一个渗透系统 成熟细胞的原生质层（原生质膜、原生质和液泡膜）相当于半透膜。 液泡液、原生质层和细胞外溶液构成了一个渗透系统。

14. 质壁分离与复原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。

15. （三）植物细胞的水势构成 Ψw= Ψπ + Ψp +Ψm Ψπ:渗透势，也称溶质势（Ψs）由于溶质颗粒的存在而引起的水势降低值。恒为负值。 Ψπ = -iCRT i:解离系数，C：溶质浓度 R：气体常数，T：绝对温度

16. Ψp：压力势，由于细胞壁压力的存在而引起的水势增加值。Ψp：压力势，由于细胞壁压力的存在而引起的水势增加值。 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。 正常的时候细胞壁是阻碍细胞渗透吸水增大的，但是强烈蒸腾时，细胞质收缩快，细胞壁反而会牵扯细胞质阻碍其失水缩小，因此压力势表现为负值，也就是表示细胞壁给与了细胞变小的阻力。

17. Ψm：衬质势，由于细胞内胶体物质的亲水性对自由水的束缚而引起的水势降低值。恒为负值。Ψm：衬质势，由于细胞内胶体物质的亲水性对自由水的束缚而引起的水势降低值。恒为负值。 Ψw = Ψπ + Ψp + Ψm

18. 不同类型细胞的水势组成 • A. 分生组织：Ψw=ψ π+ψp+ψm • B. 成熟细胞：Ψw=ψ π+ψp 成熟细胞指已形成中央大液泡的细胞，这种细胞原生质被挤压为一薄层，因此，衬质势（ψm）很小忽略。 • C.风干种子细胞的水势：Ψw=ψm 风干种子细胞原生质处于凝胶状态，没有溶液，即没有渗透势；膜失去弹性，也没有压力势，只有衬质势。

19. A -0.8 B -0.6 C -0.4 （四）细胞间的水分移动（Ψw，Map） （1）将细胞放入高水势溶液中： （2） 将细胞放入低水势溶液中： （3）将细胞放入等水势溶液中:

20. 假设一个细胞的渗透势为-0.8Mpa ,将其放入渗透势为-0.3Mpa溶液中，请计算细胞的压力势为何值时才分别发生下列三种情况？ 1、细胞体积变大 (0 ≤ ψP < 0.5) 2、细胞体积变小 (0.5 < ψP ≤ 0.8) 3、细胞体积不变 (ψP =0.5)

21. 二、细胞的吸胀吸水 吸胀作用：指亲水胶体吸水膨胀的现象。 不同物质分子吸胀力大小是：蛋白质 > 淀粉 > 纤维素 干燥种子、根尖、茎尖分生细胞、果实和种子形成过程中靠吸胀吸水。 三、细胞的代谢性吸水 代谢性吸水：利用细胞呼吸释放的能量使水分透过质膜进入细胞的过程。

22. 四、水分进入细胞的途径 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 水孔蛋白：是一类具有选择性地、高效转运水分的膜通道蛋白。

23. 水孔蛋白 磷脂双分子层 水分子经水通道进入细胞：是一种自发过程，是由于分子的随机热运动所造成的，物质从浓度高的区域向浓度低的区域移动的现象。－－细胞间水分的迁移（短距离） 水分跨膜移动途径示意图

24. 根毛区 伸长区 分生区 第三节　植物根系对水分的吸收 一、根系吸水区域 • 根尖的根毛区吸水能力最强

25. 二、根系吸水的途径 细胞途径 质外体途径

26. 二、根系吸水的途径 • 1. 共质体途径：水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质，形成一个细胞质的连续体的途径。 • 2. 跨膜途径：水分从一个细胞到另一个细胞，要两次通过质膜，故称跨膜途径。跨膜途径和共质体途径统称为细胞途径。 • 3. 质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质的移动途径。

27. 三、根系吸水的动力 1. 主动吸水：根压（叶片未展开时，是主要动力） 证明根压存在的两种现象： 　　伤　流 　　吐　水

28. 三、根系吸水的动力 2. 被动吸水：蒸腾拉力(主要动力) 在蒸腾作用中，首先是气孔下腔细胞失水，水势降低，它就向相邻细胞吸水，使相邻细胞水势降低，这种水势降低作用，通过一个个细胞传递到木质部导管，使导管水势降低，导管向根系吸水，使根系水势降低，产生吸水力。

29. 影响根系吸水的土壤条件 土壤的可用水分 通气状况 土壤温度 土壤溶液浓度

30. 第四节　蒸腾作用 植物失水方式：液态散失 — 吐水 气态散失 — 蒸腾作用 • 蒸腾作用（transpiration）：指植物体内的水分以气态方式从植物的表面向外界散失的过程。

31. 第四节　蒸腾作用 1. 生理意义 a.水分吸收和运输的主要动力 b.是矿质元素和有机物运输的动力 c.降低叶温 一、蒸腾作用的生理意义和部位

32. 2. 部位 a、植物幼小时，地面以上的全部表面 b、皮孔蒸腾 — 高大木本植物，约占全部蒸腾的0.1% c、叶片蒸腾 （1）角质蒸腾— 约占全部蒸腾的5%~10% （2）气孔蒸腾— 主要方式

33. 二、气孔蒸腾 1. 经过气孔的蒸腾速率 气孔面积一般不超过叶面积的1%，但通过气孔的蒸腾量却达到叶片同样面积的蒸发量的50%以上。 经过小孔的扩散速率与孔的周长成正比,不与面积成正比。此规率叫小孔扩散率。

35. 2. 气孔的结构与特点 • A.结构：　 • B.特点：上表皮数目＞下表皮 　　　　孔口侧厚，背口侧薄 　　　　辐射状微纤丝 双子叶－半月形 单子叶－哑铃形

36. 保卫细胞特点： ◇细胞体积小，孔口侧厚，背口侧薄，这有利于膨压迅速地改变。吸水时较薄的外壁易用于伸展，细胞向外弯曲，气孔张开。 ◇细胞壁中径向排列有辐射状微纤丝与内壁相连，便于对内壁施加影响。 ◇细胞质中有一整套细胞器，且数目较多. ◇叶绿体具明显的基粒结构，常有淀粉积累。淀粉是白天减少而夜晚增多。表皮细胞无叶绿体

37. 3. 气孔的运动及机制 • 1）气孔的运动 吸水 吸水 失水 失水 双子叶植物 单子叶植物

38. 光合 白天 CO2减少 PH升高 淀粉磷酸化酶 [OH-] 淀粉 葡萄糖 ？？ 水势降低 　吸水 气孔开放 2）气孔运动机制 • A.淀粉－糖互 　变学说 实质：渗透调节保卫细胞

39. 光合停止 黒夜 CO2增加 PH降低 淀粉磷酸化酶 [H+] 淀粉 葡萄糖 ？？ 水势升高 　失水 气孔关闭 2）气孔运动机制 • A.淀粉－糖互 　变学说

40. 光合 白天 ATP增加 质子泵开放 2）气孔运动机制 • B.无机离子泵学说 H+泵出 ？？ 胞外H+增加 K＋内流通道开放 　细胞内K＋增多 水势降低 气孔开放

41. 光合停止 黑夜 ATP减少 质子泵关闭 2）气孔运动机制 • B.无机离子泵学说 胞内H+增加 K＋外流通道开放 　细胞内K＋减少 水势增加 气孔关闭

42. 葡萄糖 淀粉－糖 糖酵解作用 白天 PEP（磷酸烯醇式丙酮酸） OAA（草酰乙酸） 2）气孔运动机制 • C.苹果酸学说 苹果酸 苹果酸2-+2H+ ATP 质子泵开放 离子泵 细胞内K＋增多 水势降低 气孔开放

43. 光照 保卫细胞进行 呼吸作用 光合作用 [CO2]降低 光合磷酸化 氧化磷酸化 淀粉 pH升高 水解 EMP ATP PEP + HCO3- PEPC 苹果酸 光活化H+-ATPE 糖、苹果酸、K+、Cl- 保卫细胞水势下降 排出 H+ 向周围细胞吸水，膨压升高 气孔张开 气孔运动机理

44. 三、影响蒸腾的因素　　　　 1. 外界因素 叶温升高 蒸腾加快 内外蒸汽压增大 增强 1）光照 气孔开放 蒸腾加快 气孔阻力变小 增大 2）空气湿度 内外蒸汽压变小 蒸腾变慢 增大 3）温度 内外蒸汽压增大 蒸腾加快 微风 蒸腾加快 内外蒸汽压增大 4）风 强风 蒸腾变慢 气孔关闭

45. 三、影响蒸腾的因素　　　　 2. 内部因素 多 气孔频度（多少） 气孔 大 气孔大小 蒸腾加快 大 叶面积

46. 1. 经过死细胞：导管和管胞 2. 经过活细胞： 叶脉 气孔下腔 土壤水 根毛 根皮层 根中柱鞘 根导管 茎导管 叶柄导管 叶脉导管 叶肉细胞 叶细胞间隙 气孔下腔 气孔 大气 第五节 植物体内的水分运输 一、水分运输的途径

47. 水柱连续不中断 B＋C＞A 二、水分沿导管或管胞上升的动力 1. 动力是根压和蒸腾拉力，以蒸腾拉力更为重要。 2. 水柱连续不中断的原因 （1）内聚力学说： A. 张力＝重力－蒸腾拉力（断裂力） B. 内聚力：水分子之间的吸收力 C. 附着力：水分子与细胞壁之间的力 （2）导管存在支路，气泡的影响不大。

48. 第六节　合理灌溉的生理基础 一、作物的需水规律 1. 水分利用率不同：C4＞C3 2. 不同时期需水不同： 禾本科： 苗期 抽穗期 灌浆期 需水量： 小 大 小

49. 第六节　合理灌溉的生理基础 3.水分临界期：植物对水分不足最敏感、最易受害的时期。 • 小麦 ：孕穗期和开始灌浆—乳熟末期 • 豆类、花生：开花期 • 果树：开花一果实生长初期

50. 二、合理灌溉的指标 1、形态指标：（1）生长速率下降 （2）幼叶调萎 （3）茎叶变红 2、生理指标：叶片水势、细胞汁液浓度或渗透势、气孔开度等