第二章 水与植物细胞.ppt.Convertor

重点：水势的概念、意义；植物细胞水势的组成及各水势组分间的关系；测定水势的方法原理。

水的物理化学性质 极性分子 电中性 氢键 不可压缩

氢键 ：一个水分子上的部分带负电荷的氧原子会吸引另一个水分子上的部分带正电荷的氢原子。这种水分子间微弱的静电引力称之为氢键。 二 水的物理化学性质 （一）水的溶解特性

束缚水:紧密吸附在胶体颗粒或大分子表面，不能移动的水。 自由水:不被吸附，可以自由移动的水 。

水的物理化学特性 ：较高的比热和蒸发潜能。 比热：指提高单位数量的某物质单位温度所需要的热量。水的高比热特性使得水的温度不容易发生改变，从而使以水为介质的生命体系就可以在相对稳定的条件下进行。

蒸发潜能：在恒定温度下，使某物质由液相转变为气相所需要的热量。 植物叶片通过水分蒸发消耗过多吸收的光能从而避免温度升高对细胞造成伤害。水的蒸发潜能是已知溶剂中最高的，氢键的作用。19

表面张力：这样在水和空气间的界面产生一种力－称为表面张力 ，表面张力使水总是倾向于维持最小的水和空气界面。

内聚力：水分子间的氢键使水分子有相互的吸引力；

附着力：水分子与固相，例如植物导管壁表面分子之间的吸引力。 毛细现象：水的表面张力、内聚力和附着力的共同作用使水分可以在较小直径的毛细管中上升到一定的高度，称之为毛细现象。 抗张强度：物体抵抗拉力而不被拉断的能力称为抗张强度，水分子间的内聚力使水有很高的张力强度，是水柱不会被拉断。 第二节 植物细胞的水分关系

在植物生理学中，水势是每偏摩尔体积水的化学势差。 Ψw =Ψs+Ψm+Ψp+Ψg 1. 溶质势 Ψs

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Ψs 。

纯水：指不以任何物理的或化学的方式与任何物质结合的水，完全是自由水。 纯水的渗透势＝0。 Ψs = - iCRT

R：气体常数（8.32 J/ ( mol • K)） T：绝对温度（K）

C：质量摩尔浓度（mol / L） i：溶质的溶解系数

如果溶质为两个或多个离子，用溶解后的离子数进行计算。

2. 压力势Ψp

由于压力(膨压)的存在而使体系水势改变的数值。Ψp会随压力的变化而变化。 膨压一般为正，但溶液的静水压也可以为负值，如在根部的木质部导管中。 同一大气压下，讨论两个开放体系间的水势差时，Ψp 可以忽略不计。 3. 重力势Ψg=Pwgh=o.1MPa.h

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。 4. 衬质势Ψm 基质势

亲水的衬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衬质势。 如干燥的木材、种子等具有很低的Ψm，可达 - 300 MPa，因此有很强的吸水能力。 纯水的化学势µw =0， 纯水的水势也为0。 5. 纯水的水势

yw= ys+yp+yg

yw = 水势；

Ys = 溶质势或渗透势 Yp = 压力势

yg = 重力对水的自由能的影响, yg 忽略不计。 yw= ys+yp

6. 溶液的水势

Ψw =Ψs+Ψp+Ψg，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，Ψp、Ψg可忽略不计。所以Ψw =Ψs 。

水分的移动是顺着能量梯度的方向进行的，水分总是从水势高处移向水势低处。 二、水分的运动

2.集流 (mass flow或bulk flow) 1.扩散 (diffusion)

3.渗透作用（osmosis） 扩散 (diffusion)

物质分子（气体、水、溶质分子等）从高浓度区域向低浓度转移，直至均匀分布的现象，例如：叶片的蒸腾作用。 集流 (mass flow)

由于压力差的存在而形成的大量分子集体的运用称为集流。

集流与物质浓度无关，导管或筛管中溶液的移动是植物体中最常见的溶液集流。 渗透作用（osmosis）

溶液中的溶剂分子通过半透膜扩散的现象。 （二）植物细胞的吸水 2. 渗透吸水 1. 吸胀吸水 3. 水通道蛋白

吸胀作用发生条件（依赖衬质势）

（1）吸附剂和被吸入液体间存在水势梯度； （2）吸附剂成分与水分有一定亲合力。 水通道蛋白

一系列分子量为25－30 KDa、选择性高效转运水分子的膜蛋白称为水通道蛋白或水孔蛋白

（aquaporins)。 渗透吸水

初始质壁分离 质壁分离 质壁分离复原

五、植物组织水势的测定 干湿球温度计 压力室法 冰点下降法 压力探针法

1. 干湿球温度计法

当水溶液的水势降低时水的蒸气压就会降低，而水从一个表面的蒸发会降低这个表面的温度。

2.压力室法

认为木质部溶液的水势和植物组织的水势相近的，因此只要测量出木质部溶液的压力势和溶质势，并根据计算得到的木质部溶液的水势即可得到植物组织的水势。 3. 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 纯水的冰点：0 ℃

在1kg 纯水中加入1mol 溶质时，溶液冰点下降到-1.86 ℃ 。 4. 压力探针法 水势总结

1）Ψw =Ψs +Ψp +Ψg

Ψw和Ψs为负， Ψp为正。 2）纯水的水势：Ψw = 0 溶液的水势：Ψw < 0，

若溶液的Ψp = 0，则Ψw=Ψs。 （3）对植物细胞来讲：

无液泡细胞 Ψw =Ψm， 细胞的水势主要决定于Ψm。 有液泡的成熟细胞 Ψw =Ψs +Ψp

（4）细胞发生初始质壁分离时： Ψp = 0 , Ψw =Ψs

细胞充分饱和时：

Ψw = 0 ， Ψp = Ψs

（5）细胞与细胞间或细胞与溶液间水分总是沿水势梯度从高向低流。 当一个系统中，水的流动达到动态平衡时，整个系统各部分水势相等。