水的化学势差。
2、水势
水势（water potential）：是指在等温等压下，体系
中每偏摩尔体积的水与纯水的化学势差。
ψw=(μw-μwO)/ Vw,m μwO ：纯水的化学势。 μw-μwO ：表示水的化学势差,单位为J/mol。 Vw,m ：表示水的偏摩尔体积，单位为m3/mol。是指在恒温
第一章 植物的水分生理
水是植物的一个重要环境条件。植物一切正常生 命活动只有在细胞含有一定的水分状况下才能进行； 否则，植物的正常生命活动就会受阻，甚至死亡。所 以，在农业生产中，水是决定收成有无的重要因素之 一。农谚说：“有收无收在于水，收多收少在于肥”， 就是这个道理。
植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程， 称为植物的水分代谢（water metabolism）。
植物细胞高含水量及水的不可压缩性，使细胞产生 静水压，维持一定的紧张度，使植物保持固有姿态。 5、水调节植物体温和环境气候
水份可维持体温相对稳定。蒸腾散热，调节体温； 低温时灌水护苗；高温干旱时灌水调节温度和湿度。
早春寒潮降临时，秧田灌水可保温抗寒
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、植物细胞的水势
1、自由能与化学势 系统中物质总能量=束缚能+自由能
主要内容
第一节 水分在生命活动中的作用 第二节 植物细胞对水分的吸收 第三节 植物根系对水分的吸收 第四节 植物的蒸腾作用 第五节 植物体内水分向地上部分的运输 第六节 合理灌溉的生理基础
第一节 水分在生命活动中的作用
一、水分子的结构
二、水的物理化学性质 1、高比热容 2、高气化热 3、高溶解热 4、水的密度 5、水的蒸汽压 6、水的内聚力、粘附力和表面张力 7、水的高抗张（拉）力及不可压缩性 8、水的介电常数及溶解性
（4）重力势（ψg）是指由于重力的影响而使体系水势增 加的数值。高位置的水比低位置的水有较高的水势。
（5）细胞的水势组成
不同细胞由于体系组成的差异，其水势组成也有差异。
有液泡细胞：ψw细胞=ψw液泡=ψs+ψp （衬质势趋于0） 无液泡细胞：ψw细胞=ψw细胞质=ψm
当细胞相对体积较大时，很
小的体积变化会引起Ψp的很
新生旺盛＞衰老成熟
植物体内水分存在的状态： （1）束缚水(bound water)：被细胞内胶体颗粒或大分 子吸附，不能自由移动的水。 （2）自由水(free water)：不被细胞内胶体颗粒或大分 子吸附，可以自由移动的水。 （3）自由水与束缚水的关系
自由水/束缚水比值高时，细胞原生质呈溶胶状态， 植物代谢旺盛，生长较快，抗逆性弱；
恒压，其他组分浓度不变情况下，混合体系中1mol该物质
所占据有效体积。
ψw：表示水势，单位帕（Pa）。
ψwO ：纯水的水势为零。由于溶液中溶质颗粒会降低水的 自由能，所以任何溶液的水势皆为负值。
水势的单位： J.mol-1/m3.mol-1=J.m-3=N.m.m-3=N.m-2 帕（Pa），巴（bar），大气压（atm） 互换关系： 1bar=0.987atm 1atm=1.01bar 1Mpa=106pa=10bar=9.87atm
三、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70%-90%。 植物的含水量： （1）不同植物含水量不同
水生（莲）＞中生（草本植物）＞旱生（藓类） （2）同一植物不同环境、不同生长期含水量不同
潮湿环境＞干燥环境；前期＞后期 （3）同一植株不同器官、组织含水量不同
化学势（chemical potential）：是用来描述体系中各组 分发生化学反应的本领及转移的潜在能力，用μ表示。 组分的化学势(μj)：指当多组分体系的温度、压力和其他 组分都不变的情况下，增加1mol的组分j的自由能增加量。
单位用焦尔·摩尔-1（J·mol-1）表示。化学势的绝对值是 无法确定的，通常将一定条件下纯水的化学势规定为零。
同样，⊿μj可以用来判断组分j起反应或转移的潜在能力。 ⊿μj<0,物质j转移的会自发的顺着电化学势梯度由高μj 区域向低μj区域转移；⊿μj>0，必须由外界提供能量才 能发生转移；⊿μj=0，物质转移达到平衡。
水的化学势：用来描述体系中水分子发生化学反应的本
领及转移的潜在能力，用μw表示，其热力学含义为：
质壁分离现象应用
（1）说明原生质层是选择透性膜 （2）确定细胞是否存活 （3）测定细胞的渗透势 （4）判断物质透过原生质体的速度
质 壁 分 离 复 原 示 意 图
植物细胞在吸水和失水过程中，其体积发生变化，由此引起水势、溶质势、
压力势的改变。
Ⅰ、常态下ψw 、ψp 、ψs。
Ⅱ、细胞吸水达紧张状态：ψp增高；ψs上升；ψw升高；细胞体积最大时， ψw =0；ψp =-ψs。
当温度、压力及物质数量（水分以外）一定时，体系中 1mol的水分的自由能。
μw= μw0 +RTlnαw+Vj,mP+mwgh
水的化学势可用来判断水分参加化学反应的本领或 两相间移动的方向和限度。其表现一般不用绝对值而用
相对值△μw 。在一定条件下，纯自由水的化学势μw0
作为参比状态，指定为零。
△μw可判定水分的转移方向。但水势的概念并不就是
水分从水势高的部分通过半透膜向水势低的部分移动
蔗糖溶液
半透膜 水
液面上升 压力（水势）
经过一段时间
水分的移动：从水势高向水势低流动。 当细胞水势高于外液或其他相邻细胞时，细胞失水； 当细胞水势低于外液或其他相邻细胞时，细胞吸水； 当细胞水势等于外液或其他相邻细胞时，动43;0.8MPa
3、植物细胞水势的组成 主要有三个组分： 渗透势（ψπ）、压力势（ψp）、
衬质势（ψm）。 即 ψw= ψπ + ψm + ψp （1）渗透势（osmotic potential，ψπ ）是指由于溶质 颗粒的存在而引起体系水势降低的数值，又称为溶质势 （solute potential，ψs）。表示溶液中水分潜在的渗 透能力的大小。细胞溶液浓度高，渗透势低，ψπ＜0。
大变化，细胞水势的变化主
要 是 Ψp 引 起 的 ， 而 细 胞 Ψs
改变较小。当细胞壁越坚硬，
曲线的斜率ε越大，由细胞
体积变化引起的细胞膨压变 化就越大。
二、植物细胞吸水的形式
1、植物体内水分的移动有二种形式：集流与扩散 （1）集流（bulk flow）--以压力为动力，长距离运输。
是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（水势梯度）作用下共同移动的现象。如 土壤空隙中的水流动、木质部导管中的水分移动。 （2）扩散（diffusion） --以浓度为动力，短距离运输。
自由水/束缚水比值低时，细胞原生质呈凝胶状态， 代谢活性低，生长迟缓，但抗逆性强。
干旱时，自由水/束缚水比值高抗旱？还是比值低抗旱？
2、水参与各种生理生化反应 水是光合作用的原料（水的光解）；水参与呼吸作
用及许多有机物质的合成与分解过程。 3、水是生理生化反应和物质运输的介质
植物体内的生理生化过程都以水为介质，如矿质元 素的吸收、运输，光合产物的合成、转化和运输以及 信号物质的传导等。 4、水使植物保持固有姿态
是一半透膜。原生质层、胞内细胞液和外界溶液构成一个渗透 系统。例如：质壁分离与复原现象。
质壁分离（plasmolysis）指植物细胞由于液泡失水使原生质 体和细胞壁分离的现象。反之原生质体恢复原状称为质壁分离 复原（deplasmolysis）指质壁分离的细胞重新吸水而使原生
质体慢慢恢复原来状态的现象。
We have: 5% water resources, 7% arable land, 20% world population
China’s population will peak at 2033 for 1.5 billion If grain per capita is increased from 400 to 470 kg Grain production increase: 35%
指因ψp的降低而引发的细胞吸水方式。蒸腾旺盛时，木质 部导管和叶肉细胞细胞壁失水收缩，ψp下降，引起细胞水势降 低而吸水。 代谢吸水
指需要消耗能量的吸水方式。细胞吸水与呼吸代谢有关，当 通气良好，呼吸加强时，细胞吸水加强；相反减少氧气或用呼 吸抑制剂处理，细胞吸水相应减少。
第三节 植物根系对水分的吸收
是物质分子（包括气体分子、水分子、溶质分子等）从高 浓度（高化学势）区域向低浓度（低化学势）区域转移的现象。 如叶片蒸腾作用。 渗透作用（osmosis）（扩散的一种特殊形式）
是指溶液中溶剂分子从水势高处通过半透膜向水势低处扩 散的现象。如质壁分离现象。
半透膜（选择透性膜）是只容许混合物（溶液、混合气体） 中的一些物质透过，而不许另一些物质透过的薄膜。
根毛区输导组织发达，阻力小。
根毛细胞壁外层有果胶质覆盖，
粘性强，亲水性好，有利于土壤胶
分 生
体颗粒粘着和吸水。
区
移栽苗木要避免损伤细根。
二、根系吸水的途径
径向传输是指水分从土壤溶液中传至木质部导管的过程，水流
经根的表皮、皮层、内皮层、中柱薄壁细胞而进入导管；轴向
传输是指水在木质部导管中的传输。
范特霍夫公式：ψπ= ψs= -iCRT i为溶质的解离系数；C为质量摩尔浓度；T为绝对温度； R=0.083气体常数。 一般陆生叶片ψs为-2～-1MPa，旱生叶片可达-10 MPa。
（2）压力势（pressure potential，ψp）是指由于 静水压的存在而使体系水势改变的数值，ψp＞0 。
水 孔 蛋 白
层磷 （脂 质双 膜分 ）子
（2）吸胀吸水 指依靠亲水胶体的吸胀力而引起的水分吸收方式。由于低的
ψm，是无液泡分生组织和干燥种子细胞的主要吸水方式。 亲水胶体物质吸水膨胀的现象称为吸胀作用（imbibition）， 是由胶体吸引水分子的力量（吸胀力）产生的。