一、水的理化性质
(一)水的组成和结构 水分子由2个氢原子和1 个氧原子以共价键结合， 呈“V”型，键角为 104.5°。
（二）水的物理化学性质
1.水的比热 2.水的沸点和气化热 3.水的密度 4.水的蒸气压
5.水的内聚力、粘附力和表面张力 6.毛细作用 7.水的高抗张强度 8.水的不可压缩性
一、植物细胞的水势
(一)细胞水势的组分
植物细胞水势至少要受到三个组分的影响，即溶质势ψs、压 力势ψp和衬质势ψm。 细胞的水势公式： ψw＝ψs＋ ψp ＋ψm １.细胞的溶质势 植物细胞中含有大量溶质：无机离子、糖类、有机酸、色素、 悬浮在细胞液中的蛋白质、核酸等高分子物质也可视为溶质。
２.细胞的压力势
(一)自由能 (free energy，G) 在等温、等压条件下,可用于作功的能量。 (二)化学势(chemical potential，μ) 每摩尔物质所具有的自由能。 (三) 水势(water potential) 每偏摩尔体积的水的化学势差。 定义式： Ψw=（μw-μow）/ Vw,m = △μw / Vw,m
依赖于低 的ψm而 引起的吸 水(非代 谢性吸水) 因ψp的 降低而引 发的细胞 吸水 对于无液泡的分生组织和干燥种子，ψm是细胞水势的主要 组分，它们吸水主要依赖于ψm的吸胀吸水，蛋白质吸胀力> 淀粉>纤维素 干燥种子衬质水势常低于-10 MPa，有的甚至达-100MPa,所 以吸胀吸水就很容易发生 如蒸腾旺盛时，导管和叶肉细胞的细胞壁都因失水而收缩， 使ψp下降，引起细胞水势下降而吸水。失水过多时，还会 使细胞壁向内凹陷而产生负压，这时ψp<0，细胞水势更低， 吸水力更强。
３.衬质势ψm （matrix potential ）


由于衬质的存在引起体系水势降低的数值称为 衬质势。 通常衬质势为负值. 比如干燥的衬质表面水势较低， 当衬质吸水达到平衡后，衬质具有的水势等于 体系的水势，可忽略不计。
４.压力势ψp (pressure potential)
由于压力的存在而使体系水势改变的数值。 加正压力，使体系水势升高； 加负压力，使体系水势下降。 如讨论同一大气压力下两个开放体系间水势差时，压力 可忽略不计。
５.重力势ψg (gravitational potential)
由于重力的存在使体系水势增加的数值。 ψg =ρgh ρ-水的密度,1kg*dm-3; g-重力加速度,9.8N*kg-1 h-高度 当体系中的两个区域高度相差不大时，重力势可忽略不 计.

体系的水势等于各变量之和： ψw＝ψs＋ψm＋ψp＋ψg 气相的水势公式按下式计算：
2.水是代谢过程的反应物质 3.水是各种生理生化反应和运输物质的介 质 4.水能使植物保持固有的姿态 5.水具有重要的生态意义 生理需水—满足植物生理活动所需要的 水分 .(以上1－4) 生态需水—利用水的理化特性,调节植 物周围的环境所需要的水分.(以上5)
三、自由能、化学势、水势 的基本概念
由于压力的存在 加正压力，使体系ψw升高；加负压 而使体系水势改 力，体系ψw下降。如讨论同一大气 压力下两个开放体系时，ψp可忽略 变的数值 不计 由于重力的存在 使体系水势增加 的数值 重力使水向下移动，处于较高位置的 水比较低位置的水有较高的水势。 当两个体系高度相差不大时，重力势 可忽略不计。
3.降压吸水-因ψp的降低而引发的细胞吸水
蒸腾旺盛时，导管和叶肉细胞的细胞壁失水 收缩，压力势下降，引起水势下降而吸水。 失水过多时，还使细胞壁内陷而产生负压， 这时ψp<0，细胞水势更低，吸水力更强。

(二)细胞的吸水形式
性质 渗 透 吸 水 吸 胀 吸 水 降 压 吸 水
由于ψs 的下降而 引起的细 胞吸水
第二章 植物的水分生理
第一节 水分与植物细胞



水是生命起源的先决条件，没有水就没有 生命。 植物对水分的吸收、运输、利用和散失的 过程，被称为植物的水分代谢(water metabolism)。 研究植物水分代谢的规律，为作物提供良 好的生态环境，这对农作物的高产、稳产、 优质、高效有着重要意义。
细胞水势的降低值 计，有液泡的细胞ψw = ψs+ψp ； 无液泡的分生组织和干燥种子，ψm是细 胞水势的主要组分，ψw = ψm
压力势 细胞壁在受到膨压作 草本植物叶肉细胞的ψp，在温暖天气的 用时会产生与膨压大 午后为0.3～0.5MPa，晚上则达1.5 MPa ψp
小相等、方向相反的 壁压，即压力势， ψp一般为正值.
（三）渗透作用
-溶液中的溶剂分子(水)通过 半透膜扩散的现象。 当半透膜两侧水势相等时，水 分子的进出达到动态平衡。此 时： 膜上方水势＝膜外纯水水势 ＝0 即ψs＋ψp＝0， ψp ＝ － ψs 这时半透膜上方的压力势就等 于负的糖液的渗透势。

渗透作用演示
图 2-1由渗透作用引起 的水分运转
第二节 植物细胞对水分的吸收
四、含水体系的水势组分
１.纯水的水势ψow
为零 零值并不是没有水势，就好比定海平面为海拔 高度为0一样，作为一个参比值。
２.溶质势ψs (solute potential)
由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数 值。 溶液的水势为负值, 标准压力下，溶液的水势等于其溶质势, ψw＝ψs 溶质势表示溶液中水分潜在的渗透能力的大小, 因此溶质势又可称为渗透势(ψπ，osmotic potential )
重力势 ψg
五、水的移动
(一)集流(mass flow) 液体 中成群的原子或分子在压力 梯度(水势梯度)作用下共同 移动的现象。 (二)扩散(diffusion) 物 质分子从高浓度(高化学势) 区域向低浓度(低化学势)区 域转移，直到均匀分布的现 象。 扩散速度与物质的浓度梯 度成正比。 水的蒸发、叶片的蒸腾作 用都是水分子扩散现象。
ψw= RT/ Vw,m · lnPw / P0w = RT/Vw,m · lnRH
式中：R:气体常数(0.0083dm3·MPa·mol-1·K-1)；
T:绝对温度(K) Vw,m –水的偏摩尔体积

Pw - 气相中水的蒸气分压；
P0w - 纯水的饱和蒸气压； RH - 相对湿度。
含水体系的水势组分(归纳)
细胞水势组分的归纳
组分
透势ψπ) 数值
性质
数值范围
干旱时，细胞液浓度高，溶质势较低
溶质势 细胞中含有的溶质引 一般陆生植物叶片细胞的ψs为-2～-1MPa ψs (渗 起细胞水势的降低的 旱生植物叶片细胞的ψs可低到-10 MPa； 衬质势 细胞中的亲水物质对 成熟细胞水势可用液泡的水势来代替，由 自由水的束缚而引起 于液胞含水量很高，ψm趋于0，可忽略不 ψm

Hale Waihona Puke 水通道蛋白生物膜上具有通透水 分功能的内在蛋白， 亦 称 水 孔 蛋 白 (aquaporin)。 水通道蛋白的作用是 通过减小水越膜运动 的阻力而使细胞间水 分迁移的速率加快。
水孔蛋白的模型
水孔蛋白的结构
2.吸胀吸水-
依赖于低的ψm而引起的吸水。



未形成液泡的幼嫩细胞能利用细胞壁的果胶、 纤维素以及细胞中的蛋白质等亲水胶体对水的吸 附力吸收水分。 蛋白质吸胀力最大，淀粉次之，纤维素较小。豆 类种子子叶中含蛋白质多，而种皮中含纤维素多， 吸胀过程中，由于子叶的吸胀力较种皮大而将种 皮胀破。 种子吸水后，衬质势很快上升。当充分吸足水后， 即使放在纯水中，种子也不再吸水。 由于吸胀过程与细胞的代谢活动没有直接关系， 所以又把吸胀吸水称为非代谢性吸水。
表现形式
含有液泡的细胞如根系、气孔开闭时保卫细胞的吸水主要为 渗透吸水，植物渗透吸水的三种情况
Ψ细胞<Ψ外液，细胞吸水，体积变大，此外液称高水势溶液 Ψ细胞=Ψ外液，水分平衡，体积不变，此外液称等水势(等渗)溶液 Ψ细胞>Ψ外液 细胞失水，体积变小，此外液称低水势溶液，会发
生质壁分离现象，如再放回高水势溶液中可质壁分离复原
组分
定义
数值范围
溶质势 由于溶质颗粒的 通常溶液的ψw＝ψs，溶质愈多ψs愈 ψs (渗透 存在而引起体系 低，通常土壤溶液ψs约为-0.01 MPa, 势ψπ) 水势降低的数值 盐碱土则较低，海水ψs为-2.5 Mpa
衬质势 ψm
压力势 ψp
由于衬质的存在 干燥的衬质ψm可达-300 MPa，吸水 引起体系水势降 后迅速增高，被水饱和时ψm趋于0， 低的数值 干旱土壤的衬质势可低到-3 MPa
(三)细胞吸水过程中水势组分的变化
植物细胞吸水与失水取决于细胞与外界环境之 间的水势差（△ψw）。当细胞水势低于外界的水 势时，细胞就吸水；当细胞水势高于外界的水势 时，细胞就失水；而当细胞水势等于外界水势时， 水分交换达动态平衡。植物细胞在吸水和失水的 过程中，细胞体积会发生变化，其水势、溶质势 和压力势等都会随之改变。
细胞渗透吸水的三种情况
植物置于浓溶液中，由 于细胞壁的伸缩性有限， 而原生质层的伸缩性较大， 当细胞继续失水时，原生 质层便和细胞壁慢慢分离 开来，这种现象被称为质 壁分离。

质壁分离
质壁分离复原

把发生了质壁分离的细胞浸在水势较高的稀溶液或清水中， 外液中的水分又会进入细胞，液泡变大，原生质层很快会 恢复原来的状态，重新与细胞壁相贴,这种现象称为质壁分 离复原。 利用初始质壁分离可以测定细胞的渗透势：ψw=ψs+ψp 当ψp = 0， ψw=ψs
9.水的溶解特性
二、水分在植物生命活动中的作用
1.水是细胞的重要组成成分
一般植物组织含水量占鲜重的75％～90％ 细胞中的水可分为二类 束缚水(bound water)－与细胞组分紧密结合不能自由移 动、 不易蒸发散失的水。 自由水(free water)－－与细胞组分之间吸附力较弱， 可以自由移动的水。 两者比值 自由水 高 束缚水 低 原生质 溶胶 凝胶 代谢 旺盛 活性低 生长 快 迟缓 抗逆性 弱 强