第一章 植物的水分生理
一、名词解释
1．水分代谢 2．自由水 3．束缚水 4．扩散 5．集流 6．渗透作用 7．水势 8．渗透势 9．压力势 10．衬质势 11．质外体途径 12．共质体途径 13．根压 14．蒸腾拉力 15．内聚力学说 16．蒸腾作用 17．蒸腾速率 18．蒸腾系数 19．蒸腾比率 20．水分临界期 21．跨膜途径 二、缩写符号翻译
1. ψw 2. ψp 3. ψm 4. ψs 5. ψπ 6. MPa 7. WUE 三、填空题
1．植物细胞吸水方式有 、 和 。
2．简单扩散是物质依 而移动，集流是物质依 而移动，而渗透作用是物质依 而移动。 3．植物散失水分的方式有 和 。 4．植物细胞内水分存在的状态有 和 。 5．细胞质含水较多呈 状态，含水较少呈 状态。
6．自由水/束缚水比值越大，则代谢 ；其比值越小，则植物的抗逆性 。
7．一个典型细胞的水势等于 ；具有液泡的细胞的水势等于 ；干种子细胞的水势等于 。
8．形成液泡后，细胞主要靠 吸水。 9．风干种子的萌发吸水主要靠 。 10．溶液的水势就是溶液的 。 11．溶液的渗透势决定于溶液中 。
12．在细胞初始质壁分离时，细胞的水势等于 ，压力势等于 。
13．当细胞吸水达到饱和时，细胞的水势等于 ，渗透势与压力势绝对值 。 14．相邻两细胞间水分的移动方向，决定于两细胞间的 。 15．植物根系吸水方式有： 和 。 16．证明根压存在的证据有 和 。 17．叶片的蒸腾作用有两种方式： 和 。
18．某植物制造10克干物质需消耗5公斤水，其蒸腾系数 。 19．小麦的第一个水分临界期是 ，第二个水分临界期是 。 20．常用的蒸腾作用的指标有 、 和 。 21．影响气孔开闭的因子主要有 、 和 。 22．影响蒸腾作用的环境因子主要是 、 、 和 。
23． 田间一次施肥过多，作物变得枯萎发黄，俗称 ，其原因是土壤溶液水势 于作物体的
水势，引起水分外渗。
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24．可以较灵敏地反映出植物的水分状况的生理指标有 、 、 和 。 25．近年来出现的新型的灌溉方式有 、 和 。 四、选择题
1．植物的根系结构中，共质体是指（ ）。
A.原生质 B.胞间连丝 C.细胞壁 D.导管和管胞 2．一般而言，进入冬季越冬作物组织内自由水/束缚水的比值：（ ） A.升高 B.降低 C.不变 D.无规律
3．有一个充分为水饱和的细胞，将其放入比细胞液浓度低10倍的溶液中，则细胞体积：（ ） A.变大 B.变小 C.不变 D.可能变小，也可能不变 4．水势单位用帕(Pa)表示，一般用兆帕(MPa)，两者关系为（ ） A. 1MPa＝l06Pa B. 1MPa＝105Pa C. 1Pa＝106MPa D. 1Pa＝105Mpa
5．已形成液泡的细胞，其衬质势通常省略不计，其原因是：（ ） A.初质势很低 B.衬质势不存在
C.衬质势很高，绝对值很小 D.衬质势很低，绝对值很小
6．充分浸泡大豆和水稻子粒,结果大豆种子膨胀的体积比水稻的大，原因主要是大豆种子（ A.原有的含水量比水稻的小 B.种皮具有效强的渗透吸水能力 C.含蛋白质较多，亲水性较强 D.含糖类较多，细胞液浓度大 7．将一个细胞放入与其渗透势相等的外界溶液中，则细胞（ ） A.吸水 B.失水
C.既不吸水也不失水 D.既可能失水也可能保持平衡 8. 在土壤水分充足的条件下，一般植物的叶片的水势为( )
A.-0.2～0.8 Mpa B.–2～8 Mpa C.-0.02～0.08 Mpa D.0.2～0.8 MPa 9．作为确定灌溉时期的灌溉生理指标有：( )
A.叶片水势 B.细胞汁液浓度 C.渗透势 D.气孔开度 10．蒸腾作用快慢，主要决定于（ ） A.叶内外蒸汽压差大小 B.气孔开度 C.叶面积大小 D.叶片形状
11．保卫细胞的水势变化与下列无机离子有关（ ） A.Ca2+ B.K+ C.Cu2+ D.Mg2+ 12.保卫细胞的水势变化与下列有机物质有关（ ）。 A.丙酮酸 B.脂肪酸 C.苹果酸 D.草酸乙酸 13. 调节植物叶片气孔运动的主要因素是 ( )
A.光照 B.温度 C.氧气 D.二氧化碳 14．根部吸水主要在根尖进行，吸水能力最大的是（ ） A.分生区 B.伸长区 C.根毛区 D.根冠 15．土壤通气不良使根系吸水量减少的原因是（ ）
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。 ） A.缺乏氧气 B.水分不足 C.水分太多 D.CO2浓度过高 16. 植物体内水分长距离运输的途径是 ( )
A.筛管和伴胞 B.导管和管胞 C.通道细胞 D.胞间连丝 17. 植物体内水分向上运输的动力有 ( )
A.大气温度 B.蒸腾拉力 C. 水柱张力 D. 根压 18．土壤温度过高对根系吸水不利，因为高温会（ ）
A.加强根的老化 B.使酶钝化 C.使生长素减少 D.原生质粘度增加 五、是非判断题
1．影响植物正常生理活动的不仅是含水量的多少，而且还与水分存在的状态有密切关系。（ ） 2．在植物生理学中被普遍采用的水势定义是水的化学势差。（ ） 3．植物细胞壁可看作是半透膜。( ）
4．1mol蔗糖溶液和1molNaCl溶液的渗透势是相同的。（ ） 5．植物细胞吸水方式有主动吸收和被动吸水。（ ）
6．水分在细胞水平移动时或在高度相差不大时，与渗透势和压力势相比，重力势通常省略不计。( )
7．在细胞初始质壁分离时，细胞水势等于压力势。（ ） 8．在细胞为水充分饱和时，细胞的渗透势为零。（ ）
9．把一个细胞放入某溶液中体积不变，说明该细胞液的浓度与此溶液的浓度相等（ ）。 10．蒸腾效率高的植物，一定是蒸腾量小的植物。（ ）
11．蒸腾作用与物理学上的蒸发不同，因为蒸腾过程还受植物结构和气孔行为的调节。（ ） 12．空气相对湿度增大，空气蒸汽压增大，蒸腾加强。（ ）
13．低浓度CO2促进气孔关闭，高浓度CO2促进气孔迅速张开。（ ）
14．糖、苹果酸和K+、Cl-进入液泡，使保卫细胞压力势下降，吸水膨胀，气孔张开。（ ） 15．高大乔木水分上升的主要动力是根压。（ ） 16．水分集流与溶质浓度梯度有关。（ ）
17. 植物轻度缺水时，光合作用尚未受影响，但生长已受抑制。( ) 18. 当细胞吸水达到饱和时，渗透势与压力势相等。( )
19. 当叶片剧烈蒸腾时，细脑失水，但并不产生质壁分离，压力势变为负值，水势低于渗透势。
( )
20. 作物一定时期缺水并不一定会降低产量，还可能对作物增产更为有利。( ) 六、问答题
1．植物体内水分的存在状态与代谢活动的关系如何？ 2．简述蒸腾作用的部位及其生理意义？
3．水分从被植物吸收到蒸腾到体外，需要经过哪些途径？ 4．试述植物根系吸收水分的方式与动力。 5．内聚力学说的主要内容是什么？ 6．简述影响根系吸水的外界条件？
7．若施肥不当，易产生―烧苗‖现象，原因是什么？
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8. 试述水分的生理生态作用。
9. 气孔开关机理假说有哪些？并加以说明。 10. 试述外部因子对气孔运动的影响。 11. 蒸腾作用的强弱与哪些因素有关？为什么? 12. 合理灌溉增产的原因是什么？
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习 题 解 答
一、名词解释
1. 水分代谢：植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程。 2. 自由水：距离胶粒较远而可以自由流动的水分。
3. 束缚水：靠近胶粒而被胶粒所束缚，不易自由流动的水分。
4. 扩散：是指分子的随机热运动所造成的物质顺着浓度梯度从浓度高的区域向浓度低的区域移动，适于水分短距离的(如细胞间)迁徒。
5. 集流：指液体中成群的原子或分子(如组成水溶液的各种物质的分子)在压力梯度作用下共同移动的现象。例如，水分在木质部中远距离的运输。
6. 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。 7. 水势：每偏摩尔体积水的化学势差。符号：ψw
8. 渗透势：由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值（ψπ）。用负值表示。亦称溶质势（ψs）。 9. 压力势：由于细胞壁压力的存在而增大的水势值（ψp）。一般为正值。始质壁分离时，ψp为0；剧烈蒸腾时，ψp会呈负值。
10. 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，以负值表
示。符号：ψm
12. 共质体途径：是指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，水分在共质体中移动阻力大，速度较慢。
11. 质外体途径：指水分通过没有细胞质的质外体的移动，水分在质外体中移动阻力小，速度快。 13. 根压：植物根部的生理活动使液流从根部上升的压力。
14. 蒸腾拉力：由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量。
15. 内聚力学说：又称蒸腾流一内聚力—张力学说。即以水分的内聚力来解释水分沿导管上升的
原因的学说。
16. 蒸腾作用：水分以气体状态通过植物体表面从体内散失到体外的现象。
17. 蒸腾速率：又称蒸腾强度，指植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸腾作用而散失的水分量。（g/dm2·h）
18. 蒸腾比率：植物每消耗1kg水时所形成的干物质重量（g）。
19. 蒸腾系数：植物制造1g干物质所需消耗的水分量（g）。又称为需水量，是蒸腾比率的倒数。 20. 水分临界期：植物对水分缺乏最敏感的时期。一般为花粉母细胞四分体形成期。 21. 跨膜途径：水分从一个细胞移动到另一个细胞，要两次通过质膜，还要通过液泡膜。 二、缩写符号翻译
1. ψW—水势 2. ψp—压力势 3. ψm—衬质势 4. ψs—溶质势 5. ψπ—渗透势 6. MPa—兆帕 7. WUE—蒸腾效率 三、填空题
1. 扩散；集流；渗透作用
2. 浓度梯度；压力梯度；浓度梯度和压力梯度 3. 蒸腾作用；吐水 4．自由水；束缚水
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5. 溶胶；凝胶 6. 越旺盛；越强 7. ψπ+ψp+ψm；ψπ+ψp；ψm 8. 渗透作用 9. 吸胀作用 10. 渗透势 11. 溶质颗粒总数 12. 渗透势；零 13. 零；相等 14. 水势差异
15. 主动吸水；被动吸水 16. 吐水；伤流 17. 角质蒸腾；气孔蒸腾 18. 500
19. 孕穗期；灌浆始期—乳熟末期 20. 蒸腾速率；蒸腾比率；蒸腾系数 21. 光；空气相对湿度；温度；CO2浓度 22. 光；温度；CO2 浓度 23. 烧苗现象；低于
24. 叶片相对含水量；叶片渗透势；水势；气孔阻力或开度 25. 精确灌溉；调亏灌溉；控制性分根区交替灌溉 四、选择题
1.A 2.B 3.B 4.A 5.C 6.C 7.D 8.A 9.A,B,C,D 10.A,B,C 11.B 12.C 13.A,B,D 14.C 15.A,D 16.B 17.B,D 18.A,B 五、是非判断题
1-5 √×××√ 6-10 √×××√ 11-15 √×××× 16-20 ×√×√√ 六、简答题
1．植物体内水分的存在状态与代谢活动的关系如何？
植物体中水分的存在状态与代谢关系极为密切，并且与抗性有关。一般来说，束缚水不参与植物的代谢反应，在植物某些细胞和器官主要含束缚水时，则其代谢活动非常微弱，如越冬植物的休眠芽和干燥种子，仅以极弱的代谢维持生命活动，但其抗性却明显增强，能渡过不良的逆境条件。而自由水主要参与植物体内的各种代谢反应，含量多少还影响代谢强度，含量越高，代谢越旺盛。因此常以自由水/束缚水比值作为衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一。 2．简述蒸腾作用的部位及其生理意义？
部位：幼小植物全部表面；皮孔蒸腾；角质蒸腾；气孔蒸腾。
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意义：
（1）是植物对水分吸收和运输的主要动力。
（2）促进植物对矿物质和有机物的吸收及其在植物体内的运输。 （3）能够降低叶片的温度，以免灼伤。 3．土壤通气不良造成的根系吸水困难的原因是什么？
主要原因有：（1）根系环境内O2缺乏，CO2积累，呼吸作用受到抑制，影响根系吸水。（2）长期缺O2 条件下根进行无O2呼吸，产生并积累较多的乙醇，使根系中毒受伤。。（3）土壤处于还原状态，加之土壤微生物的活动，产生一些有毒物质，造成―黑根‖或―烂根‖。农业生产中的中耕耘田、排水晒田等措施就是为了增加土壤的透气性。 4．试述植物根系吸收水分的方式与动力。
水分上运的动力有二，根压和蒸腾拉力。
关于根压产生的原因目前认为，土壤溶液沿质外体向内扩散，其中的离子则通过依赖于细胞代谢活动的主动吸收进入共质体中，这些离子通过连续的共质体进入中柱活细胞，然后释放导管中，引起离子积累。其结果是，内皮层以内的质外体渗透势低，而内皮层以外的质外体渗透势高，水分通过渗透作用透过内皮层细胞到达导管内，这样在中柱内就产生了一种静水压力，这就是根压。
当植物进行蒸腾时，水便从气孔蒸腾到大气中，失水的细胞便向水势较高的叶肉细胞吸水，如此传递，接近叶脉导管的细胞向叶脉导管、茎导管、根导管和根部吸水。这样便产生了一个由低到高的水势梯度，使根系再向土壤吸水。这种因蒸腾作用所产生的吸水力量，叫做蒸腾拉力。 5．禾谷类作物的水分临界期在什么时期？为什么？
禾谷类作物有2个水分临界期，一个在孕穗期，即花粉母细胞四分体到花粉粒形成阶段。因为此阶段小穗正在分化，茎、叶、穗迅速发育，叶面积快速扩大，代谢较旺盛，耗水量最多，若缺水，小穗发育不良、植株矮小、产量低。另一个是在开始灌浆到乳熟末期。此时主要进行光合产物的运输与分配，若缺水，有机物运输受阻，造成灌浆困难，功能叶早衰，籽粒瘦小，产量低。 6．土壤温度过低为什么对根系吸水不利？
①原生质粘度增大，水不易透过生活组织，植物吸水减弱。 ②水分运动减慢，渗透作用降低。 ③根系生长受抑，吸收面积减少。 ④根系呼吸速率降低，主动吸水减弱。 7．若施肥不当，易产生―烧苗‖现象，原因是什么？
一般土壤溶液的水势都高于根细胞水势，根系顺利吸水。若施肥太多或过于集中，会造成土壤溶液水势低于根细胞水势，根系不但不能吸水还会丧失水分，故引起―烧苗‖现象。 8. 试述水分的生理生态作用。
（1）水是细胞原生质的主要组成成分；（2）水分是重要代谢过程的反应物质和产物；（3）细胞分裂及伸长都需要水分；（4）水分是植物对物质吸收和运输及生化反应的一种良好溶剂；（5）水分能使植物保持固有的姿态，有利于光合和传粉;（6）可以通过水的理化特性以调节植物周围的大气湿度、温度等。对维持植物体温稳定也有重要作用。 9. 气孔开关机理假说有哪些？并加以说明。
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（1）淀粉－糖变化学说：在光照下保卫细胞进行光合作用合成可溶性糖。 另外由于光合作用消耗CO2使保卫细胞pH值升高， 淀粉磷酸化酶水解细胞中淀粉形成可溶性糖，细胞水势下降。当保卫细胞水势低于周围的细胞水势时，便吸水迫使气孔张开，在暗中光合作用停止，情况与上述相反，气孔关闭。
（2）K+积累学说：在光照下，保卫细胞质膜上具有光活化H+泵ATP酶，分解光合磷酸化产生的ATP并将H+分泌到细胞壁，同时将外面的K+通过膜上的内流钾通道吸收到细胞中来，Cl-也伴随着K+进入，Cl-与苹果酸负离子平衡K+电性。 保卫细胞中积累较多的K+、Cl-和苹果酸，降低水势而吸水，气孔就张开，反之，则气孔关闭。
（3）苹果酸代谢学说：在光下保卫细胞内的CO2被利用，pH值就上升（8.0～8.5），从而活化PEPC，剩余的CO2就转变成重碳酸盐（HCO-3），PEP与HCO3-作用形成草酰乙酸，然后还原成苹果酸，苹果酸解离为2H+和苹果酸根，在H+／K+泵驱使下，K+与H+交换，K+进入保卫细胞，Cl也伴随进入与苹果酸负离子一起平衡K+电性。 同时苹果酸也可作为渗透调节物与K+、
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Cl共同降低保卫细胞的水势。保卫细胞吸水，气孔打开。反之，气孔关闭。 10. 试述外部因子对气孔运动的影响。
①CO2：叶片内低CO2分压，可使气孔打开，高CO2分压，使气孔关闭。
②光：一般情况下，光照使气孔打开，黑暗使气孔关闭，但CAM植物则相反。 另外，光质对
气孔运动的影响与对光合作用的影响相似，即蓝光和红光最有效。
③温度：气孔开度一般随温度上升而增大，25℃以上气孔开度最大，但30－35℃会引起气孔开
度减小，低温下气孔关闭。
④水分：叶水势下降时气孔开度减小或关闭。 但久雨天气叶表皮细胞含水量高，体积增大，挤
压保卫细胞引起气孔关闭。
⑤风：微风有利气孔打开，大风可使气孔关闭。
⑥植物激素：CTK促使气孔张开，ABA可促进气孔关闭。 11. 蒸腾作用的强弱与哪些因素有关？为什么?
蒸腾速率与扩散力成正比与扩散阻力成反比。因此，凡是影响二因子的内外条件均影响蒸腾速率。概括如下二方面：
（1）内部因素：气孔和气孔下腔都直接影响蒸腾速率。气孔频度和开度大。气孔下腔容积大等都促进蒸腾作用。
（2）外部因素：a.光照 光照对蒸腾起决定性的促进作用，叶片吸收的辐射能大部分用于蒸腾。光能促使气孔张开，又能提高叶片温度，使内部阻力减小和叶内外蒸汽压差增大，加速蒸腾。b.大气相对湿度 当大气相对湿度大时，大气蒸汽压也增大，叶内外蒸汽压差就变小，蒸腾变慢；反之，加快。c.大气温度 叶温高于气温，尤其在太阳直射下叶温较气温一般高2～10℃，厚叶更显著。气温增高时，叶内外蒸汽压差增大，蒸腾加快。d.风 微风可吹走气孔外的界面层，补充一些蒸汽压低的空气，外部扩散阻力减小，蒸腾加快。但大风引起气孔关闭。使蒸腾减弱; e.土壤条件 凡是影响根系吸水的各种土壤条件，如土温、土壤通气状况、土壤溶液浓度等均可间接影响蒸腾作用。
12. 合理灌溉增产的原因是什么？
（1）干旱时，灌溉可使植株保持旺盛的生长和光合作用。
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（2）减缓―午休‖现象。
（3）促使茎叶输导组织发达，提高同化物的运输速率，改善光合产物的分配利用。 （4）改变栽培环境：如早稻秧田在寒潮来临前深灌，起保暖防寒作用；晚稻在寒露风来临前灌深水，有防风保暖作用；盐碱地灌水，有洗盐和压制盐分上升的作用；施肥后灌水，有溶肥作用。
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