植物生理学讲义
?植物细胞对水分的吸收机理； ?植物细胞对矿质的吸收机理； ?光合作用的机理； ?呼吸代谢的多样性； ?有机物运输的机理； ?植物细胞信号转导； ?光敏色素对形态建成的调控； ?光周期及春化作用对开花的诱导
第一章植物的水分代谢
水分代谢过程: 吸收、运输、散失 【重、难点提示】6课时讲授
植物水分代谢的过程；细胞吸水的方式与原理；根系吸收和运输水分的动力；水势的概念及组成；气孔运动的机理；蒸腾作用的原理。
第一节 水在植物生命中的意义
一、水的主要性质
极性；粘附力、内聚力、表面张力；高汽化热；高比热、高导热性；高介电常数；透水性好。
二、水的生理生态作用 1、水是细胞质的主要成分 2、水是代谢过程的反应物质 3、水是物质吸收和运输的良好溶剂
4、水维持细胞的紧张度5、水的理化性质给植物生命活动提供各种有利条件
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6、水能调节植物周围的小气候：
以水调温 以水调肥 以水调气 以水调湿 三、水分在植物体内存在状况
1 植物体的含水量：不同种类、器官、年龄不同 2 水分存在形式：自由水、束缚水 束缚水—-被原生质胶体吸附不易流动的水
特性：*不能自由移动，含量变化小，不易散失
*冰点低，不起溶剂作用 *决定原生质胶体稳定性 *与植物抗逆性有关
自由水—-在植物体内距离原生质胶粒较远、可自由流动的水。
特性：*不被吸附或吸附很松，含量变化大
*冰点为零，起溶剂作用 *与代谢强度有关
自由水/束缚水：比值大，代谢强、抗性弱；
比值小，代谢弱、抗性强
3 植物的需水量：植物每制造1克干物质所消耗的水量。休眠种子和越冬植物体内的自由水/束缚水比值低
第二节 植物细胞对水分的吸收
植物细胞吸收水分的三种形式:
1.吸胀吸水：亲水物质吸胀作用，没有液泡细胞 2.渗透吸水：渗透作用吸水，有液泡细胞,主要方式 3 代谢吸水：需代谢提供能量
现用教材：植物细胞吸水的三种方式是扩散、集流、渗透作用
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一、 扩散与集流
1、扩散作用—由分子的热运动所造成的物质从浓度高处向浓度低处移动的过程。 特点：顺浓度梯度进行；适于短距离运输（胞内跨膜或胞间）
2、集 流—-指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动的现象。
如：水在水管中的移动，水在木质部导管中的远距离运输，水从土壤溶液流入植物体
特点：顺压力梯度进行；通过膜上的水孔蛋白形成的水通道 二、 植物细胞的渗透性吸水
渗透作用定义：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。 半透膜——只允许水等小分子通过，其它溶质分子或离子不易通过的膜。 （一） 相关概念
1.自由能—-对生物而言，能用于生物做功的能。
2.化学势—-在恒温、恒压、其它组分不变的条件下，在无限大的体系中加入1mol该物质引起体系自由能的改变量。 1mol该物质所含的自由能。
3、水的偏摩尔体积-—在温度、压强及其它组分不变的条件下，在无限大的体系中加入1mol水时，该1mol水所占的有效体积（Vw)
注：*1mol纯物质所占体积为摩尔体积V，水为18.0cm3 *1mol某物质在一个混合体系中所占的体积为偏摩尔体积V 水势水势(ψW)—每偏摩尔体积水在一个系统中的化学势与纯水在 相同温度、压力下的化学势之间的差。即每偏摩尔体积水的化学势。
ψW=水的化学势?VW。ψW单位：1巴（bar）/ W–纯水的化学势?W0/偏摩尔体积VW=Δ?W =0.987 大气压（atm） =105帕（Pa）=0.1兆帕（MPa）
说明：水势是自由能的量度，水的自由能越多水势越大，纯水水势最大，为0
水总是从水势高处向水势低处流 *温度越高，水势越大
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*压力越大，水势越大 *溶液越浓，水势越小
（二） 植物细胞是一个渗透系统 细胞壁：透性膜
原生质层：质膜、细胞质、液泡膜组成 ，半透膜 细胞渗透作用的三种情况：
（1）细胞ψW 》外界ψW，细胞失水，质壁分离 （2）细胞ψW《 外界ψW，细胞吸水，质壁分离复原
（3）细胞ψW = 外界ψW，细胞达渗透平衡植物细胞与外部溶液之间构成一个渗透系
统
质壁分离——植物细胞由于液泡失水而使原生质体和细胞壁分离的现象。（观看动画） 质壁分离复原——发生了质壁分离的细胞吸水后使整个原生质体恢复原状的现象，或称
去质壁分离。 （观看动画）
（三） 植物细胞水势的组成： Ψw = ψs + ψp + ψg + ψm Ψs ：渗透势 Ψp ：压力势 Ψm ：衬质势 Ψg ：重力势
1.渗透势—-在某系统中，由于溶质颗粒的存在,而使水势降低的值，又叫溶质势。 对一种溶液来说，ψw = ψs对植物细胞来说，ψs主指液泡中细胞液溶质颗粒存在而降低的水势，ψs〈0，负值 ψs大小取决于溶质颗粒总数
1 M蔗糖ψs > 1M NaCl ψs （电解质）
测定方法：小液流法（用蔗糖液，它对细胞无毒，不易透过膜，粘度高，小液滴不易扩
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散，便于观察）
2、压力势 -—由于细胞壁压力的存在，而使水势发生的变化。（压力对水势的影响）（1） ψp 〉0，正常情况压力正向作用细胞，增加 ψw （2） ψp〈 0，剧烈蒸腾压力负向作用细胞，降低ψw （3）ψp = 0，质壁分离时，壁对质无压力 3、重力势
重力势Ψg ——指水分因重力存在而使体系水势增加的值，考虑小范围水分移动时可忽略。依水的高度、水的密度、重力加速度而定。
当水高1米时，重力势是0.01MP，考虑到水在细胞内的水平移动，通常忽略不计。 4.衬质势 ——由于亲水性物质和毛细管对自由水的束缚而引起的水势降低值 ψm 〈 0，降低水势。亲水物质吸水力：蛋白质〉淀粉〉纤维素
记住：*有液泡细胞，原生质几乎已被水饱和
ψm = --0.01 MPa ,忽略不计； Ψg也忽略 水势公式简化为：ψw = ψs+ ψp *没有液泡的分生细胞、风干种子胚细胞：ψw = ψm *初始质壁分离细胞：ψw = ψs *水饱和细胞： ψw = 0
（五）细胞水势与相对体积的关系
细胞吸水，体积增大、 ψs 、 ψp 、ψw 增大
细胞吸水饱和，体积、 ψs 、 ψp ，ψw = 0最大细胞失水，体积减小， ψs 、 ψp 、 ψw 减小
细胞失水达初始质壁分离 ψp = 0， ψw = ψs 细胞继续失水， ψs 、 ψp 可能为负 ψw《ψs
（六）细胞间的水分移动
相邻两细胞间水分移动方向取决于两细胞间的水势差，水总是从水势高处流向水势低处，势差越大，流速越快 。
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