水势（water potential）:即水溶液的化学势与同温 同压下同一系统的纯水的化学势之差，除以偏摩尔 体积所得的商，即为水势。
µ w- μ Ψw = Vw
0 △µ w w =
Vw
μw ：水溶液的化学势（J/mol=N m/mol）
μ0：同温同压同一系统中纯水的化学势
Vw：水的偏摩尔体积(m3/mol)
渗透势osmotic potential/溶质势solute potential
• 由于溶质分子的影响降低了水的自由能而导致水势降
低的部分。
• 溶液渗透势计算公式ψs= -iCRT √ i: 溶质的解离常数，依盐的种类和温度不同而变化 ; C：摩尔浓度，R：气体常数（0 .082大气压/升. 摩尔. 度) ，T：绝对温度（273+t)
集流： 成群的水分子在压力的作用下通过质膜上的水 通道进出细胞的过程。集流是单方向的，长距离 √
集流速度与压力差（梯度）大小有关。
水通道：由膜上的内在蛋白构成的供水分子进出 细胞的通道。该蛋白称为水通道蛋白/水孔蛋白 存在于质膜和液泡膜上
水孔蛋白（aquaporins,AQPS)
分子量为25～30KDa、具有选择性、高效转运 水分子的膜水通道蛋白称为水通道蛋白或水孔 蛋白（aquaporins)。 水孔蛋白只允许水分子通过，不允许离子和代 谢物通过，半径大于水分子（0.15nm），小于 最小溶质分子半径0.2nm。
植物体内主要存在两种类型水孔蛋白：
1. 质膜水孔蛋白(PIP)。 2. 液泡膜水孔蛋白(TIP)。
水孔蛋白的活化依靠磷酸化和脱磷酸化作用调节。 如依赖Ca2+的蛋白激酶可使其丝氨酸残基磷酸化，水 孔蛋白的水通道加宽， 水集流通过量增加。如除去此 磷酸基团，则水通道变窄，水集流通过量减少。
二、植物细胞的吸水方式
1、水的生理作用√
①水分是原生质的主要成分 ②水分是代谢过程的反应物质
③水分是物质吸收和运输的溶剂
④水分能保持植物的固有姿态
2、水的生态作用
①调节植物体温 ②改善田间小气候
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、 水分的跨膜移动 扩散 集流 二、 植物细胞的吸水方式 渗透性吸水 吸胀性吸水 代谢性吸水 三、 细胞之间的水分移动 水势高处移向水势低处
和压力势之间的关系
Ψw= Ψp +Ψs
（1）细胞水分饱和，体积最大时，相对体积为1.5 Ψw= 0 Ψp = -Ψs （2）初始质壁分离，相对体积为1.0时 Ψp = 0 Ψw= Ψs （3） 细胞水分不足， 1﹤相对体积﹤1.5 时 Ψw= Ψp +Ψs （4）细胞萎蔫,相对体积﹤1.0,即蒸腾作用剧烈时，细胞 不发生质壁分离，因为此时细胞壁表面蒸发失水多于 原生质失水，所以原生质不会脱离细胞壁，细胞壁随 着原生质的收缩而收缩，压力势就从正值变为负值。 Ψw<Ψs
极地苔藓含水量6% 旱生
一、植物的含水量
2. 同一植株不同器官、组织含水量不同
根 60%－90%
种子 10%－14%
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
二、 植物体内水分存在的状态√
• 束缚水（bound water）：靠近蛋白质胶粒而被 胶粒吸附不易自由移动的水。√
• 重点：植物细胞及根系对水分的吸收，水 分的运输及散失途径与机制 • 难点：水势的概念; 细胞及根系对水分的吸 收机制
水分的吸收 水分代谢 水分在植物 体内的运输 水分的利用 和排出
第一节 水在植物生命活动 中的重要性
一、植物的含水量
1. 植物不同种类含水量不同
莲
含水量 > 90% 水生
草本植物 含水量70-90% 中生
第三节
植物根系对水分的吸收
一、根系吸水的部位 二、根系吸水的途径 三、根系吸水的机制 四、影响吸水的土壤条件
一、根系吸水的部位（自学）
根系是植物吸水的主要器官
根 毛 区 伸 长 区
分 生 区
根 冠
二、根系吸水的途径
土壤中水分 根毛 皮层 渗透 扩散 根
共质体途径
内皮层的径向迁移
中柱细胞 导管 质外体途径
（一）渗透性吸水 1 概念 渗透系统（Osmotic system):用半透膜将两种 不同浓度溶液分开构成渗透系统。 渗透作用（osmosis）：水分从水势高的系统 通过半透性膜向水势低的系统移动的现象。
水势（Water potential) 束缚能，自由能，化学势 化学势：1mol物质具有的自由能就是该物质的化学势。 水的化学势： 1mol水具有的自由能就是水的化学势。 • 纯水的自由能最大，水势最高。 • 纯水的水势规定为0。 • 水中的溶质会增加束缚能，降低水的自由能，所以溶 液的水势均小于零，为负值。 • 溶液越浓，水势越低。
水分状态与抗性的关系※ 这两种状态水存在的数量或比例多少直接 与代谢强度和植物的抗性有关。 比例大:溶胶状态，代谢旺盛, 自由水 束缚水
生长较快，抗性小
比例小:凝胶状态，代谢较弱,
生长迟缓，抗性强
思考： 干旱时，自由水/束缚水高抗旱？ 还是自由水/束缚水低抗旱？
三、水分在植物生命活动中的作用 • 1、水的生理作用 • 2、水的生态作用
第一章 植物的水分生理
河北北方学院农林科技学院 植物生理生化教研室
水 是 生 命 之 源 ！
有 收 无 收 在 于 水
• 教学目的和要求 1．本章学习植物对水分的吸收运输散失途径 与机制及植物的节水生物学。 2．了解植物体内水分存在的状态及水分在植 物生命活动中的作用。 3．掌握水势的概念，掌握植物细胞对水分的 吸收 4．掌握根系对水分的吸收 5．掌握植物的蒸腾作用及机理 6. 掌握水分在植物体内的运输途径和动力 7．理解掌握植物的节水生物学及其意义
• 0.01MPa
可忽略不计。
有液泡细胞的水势√
y w= y s + y p
cell水势、渗透势、压力势/MPa
1.5 1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5
0.9 1.0
压力势
水势 渗透势
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
植物细胞相对体积变化与水势、渗透势、
具有液泡的成熟细胞的相对体积（原 生质体积/细胞体积）
1.共质体途径
（apoplast pathway）
2.质外体途径
（symplast pathway）
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。移动速度较慢。
质壁分离（plasmolysis）：植物细胞由于 液泡失水，原生质收缩而使原生质和细胞壁 分离的现象。 质壁分离复原(deplasmolysis)：发生质壁 分离的细胞再度吸水恢复原状的现象。
质壁分离解决的问题
• 说明原生质层是半透膜 • 判断细胞死活，活细胞才有质壁分离及复原 • 测定细胞渗透势 • 利用质壁分离复原速度确定物质进入细胞的速度
（二）植物细胞的吸胀吸水
吸胀作用：指亲水胶体吸水膨胀的现象。 不同物质吸胀力大小不同， 如：蛋白质 > 淀粉 > 纤维素，吸胀力即衬质势。 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，其水势等于其衬质势， 豆类种子胶体的衬质势可小于100Mpa。
细胞吸水饱和时ψm=0
（三）代谢性吸水
• 自由水（free water）：距离蛋白质胶粒远而
容易自由移动的水。√
自由水
蛋白质
束缚水
自由水和束缚水分布示意图
自由水：
1. 能自由移动； 2. 随温度的上升或下降气化或结冰； 3. 可以作为溶剂； 4. 参与代谢（光合、呼吸、物质运输），含量越高， 代谢越旺盛。 束缚水： 1. 不能自由移动； 2. 0℃时不结冰； 3. 不能作为溶剂； 4. 不参与代谢，可降低代谢强度，增强植物抵抗不 良环境的能力。
1、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。 2、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。 3、已形成液泡的植物细胞吸水靠（ ） 。 A、吸涨作用；B 、渗透作用；C、代谢作用；D、扩散作 用。 4、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。 5、植物分生组织的细胞吸水靠（ ） 。 A、渗透作用；B、 代谢作用；C、吸涨作用；D、扩散作 用。 6、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 。
压力势（pressure potential）
• 压力势：由于细胞壁压力的存在使细胞增加的水势。 • 细胞壁对抗细胞质向外膨胀而产生向内挤压原生质体
的压力，即为压力势，压力势使胞内水势升高，是正
值。
• 质壁分离初始阶段：ψp =0；
• 细胞水分饱和状态 ψp 最大，水分不足ψp变小；
剧烈蒸腾(萎蔫) 时：ψp <0
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。
二 细胞间的水分移动
相邻两细胞间的水分移动： 水分由高水势细胞流向低水势细胞。 多个细胞间的水分移动： 由高水势一端流向低水势一端。
1、植物细胞吸水方式有 、 和 。 2、 植 物 细 胞 内 水 分 存 在 的 状 态 有 和 。 3、水孔蛋白存在于细胞的 和 上。水孔 蛋白活化依靠 作用调节。 4、细胞质壁分离现象可以解决下列问 题： 、 和 。 5、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 。 6、 一个典型细胞的水势等于 ；具有液泡的细胞 ；干种子细胞的水 势等于 . 7、形成液泡后，细胞主要靠 吸水。 8、风干种子的萌发吸水主要靠 。 9、溶液的水势就是溶液的 。 10、溶液的渗透势决定于溶液中 。 11 、 在 细 胞 初 始 质 壁 分 离 时， 细 胞 的 水 势 等 ，压力势等于 。 12 、 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 。 13、将一个 ψp=-ψs 的细胞放入纯水中，则细胞的体 积 。 14、相邻两细胞间水分的移动方向，决定于两细胞间 。