植物的水分代谢

植物生理学第三版中国农业出版社第二章植物的水分代谢思维导图，包含蒸腾作用、植物根系对水分的吸收、合理灌溉的生理基础等。

植物的水分代谢

水在植物生命活动中的作用

水与植物生命活动有关的理化性质

植物的含水量

细胞内：细胞壁50%，原生质80-90%，液泡主要是水

不同种类植物：同一植物不同生育期不同，阴生>阳生植物；同一生育期不同器官不同，幼嫩>衰老器官

植物体内水分存在的状态

束缚水：与细胞组分紧密结合不能自由移动

自由水：与细胞组分之间吸附力较弱，可以自由移动

水分在植物生命活动中的作用

原生质的主要组分；许多代谢过程的反应物质;生化反应和植物对物质吸收运输的溶剂；使植物保持固有姿态；维持细胞膨压促进生长；透光性使水生植物的需光反应正常进行；调节植物提问减轻高温危害；调节植物生存环境

植物细胞对水分的吸收

水势的概念

自由能：在温度恒定条件下，用于生理过程做过的能量

化学势：每摩尔物质的自由能μw

水势：每偏摩尔体积水的化学势差φw，纯水水势为0.溶液水势为负

含水体系的水势组分：φw=φs+φp+φm+φg

溶质势:由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值φs=-iCRT

衬质势:由于细胞胶体物质亲水性和毛细血管对自由水的束缚而引起的水势降低值，恒为负，干燥种子水势φw=φm，液泡成熟细胞φw=φs+φp

压力势:由于压力存在而时体系水势改变的数值，一般情况下为正值，质壁分离时为零，剧烈蒸腾时为负

重力势：重力对水势的影响，体系中两个区域高度相差不大时，可忽略不计

植物细胞水势组成的几种情况

典型植物细胞水势φw=φs+φp+φm+φg,未形成液泡细胞（分生组织细胞φw=φs+φp+φm,风干种子细胞φw=φm)，有液泡的细胞φw=φs=φp,初始质壁分离细胞φp=0φw=φs,充分饱和细胞φw=0,φp=|φs|

水的移动

集流：液体中成群的原子和分子在压力梯度作用下共同移动的现象，与溶质势无关，受管道(木质部导管和韧皮部筛管）直径影响，与压力成正比

扩散：物质分子从高化学势区域向低化学势区域转移，直至均匀分布的现象，动力是浓度差（化学势差）

渗透作用：扩散的特殊形式，水通过选择透性膜从高水势处向低水势处移动的现象；把选择透性膜以及由它隔开的两侧溶液称为渗透系统；构成渗透系统的条件是选择透性膜和膜两侧溶液不一致

植物细胞的吸水

方式

水分进入细胞的途径

单个水分子通过膜脂双分子层的间隙进入细胞

水集流通过质膜上水孔蛋白组成的水通道

细胞吸水过程中水势组分变化

变化：细胞初始质壁分离时（相对体积=1.0）φp=0,φw=φs；细胞吸水时，φs、φp、φw都增大；细胞吸水达到饱和时，φw=0=φs+φp；细胞强烈蒸腾时，压力势是负值，失水越多，压力势越负，水势低于渗透势

水分得失判断：将一个细胞放在一溶液中，φw细胞<φw溶液是吸水，>是失水，=是平衡

细胞间的水分移动

细胞间的水分移动：水势高的部位向水势低的部位流动

植物体内水分的运输

途径和方向：土壤-根毛···气孔-大气，高水势到低水势

动力（根本动力是水势）

一是根压，二是蒸腾拉力

内聚力学说、气穴现象

合理灌溉的生理基础

作物的需水规律

不同作物对水分的需要量不同

同一作物不同生育期对水的需要量不同

作物的水分临界期

合理灌溉指标及灌溉方法

田间持水量是大多数植物可利用的土壤水上限

形态指标：幼嫩茎叶是否萎蔫，茎叶颜色转深或变红，植株生长速度下降

生理指标：露点水势仪，阿贝折射仪

灌溉方法：新型节水灌溉方式有精确灌溉、调亏灌溉和调控性根系分区交替灌溉

合理灌溉增产原因

生理效应：改善植物各种生理状况，改善作物光合性能特别是光合作用

生态效应：改善灌溉地上气候条件，改善栽培环境，间接地对植物产生影响

植物根系对水分的吸收

吸水部位（根尖端的根毛区）

途径

共质体途径（阻力大速度慢），质外体途径（移动速度快），跨细胞途径

机制

主动吸水（动力是根压）

被动吸水（动力是蒸腾压力）

影响根系吸水的土壤条件

土壤水分状况：吸湿水（或束缚水）、重力水、毛细管水

土壤温度状况：低温和高温都会抑制根系吸水

土壤通气状况：通气良好根系吸水力较强，通气差会引起根系中毒

土壤溶液浓度：浓度高，水势低，根系吸水困难；浓度过高，水分倒流

蒸腾作用

生理意义和方式

生理意义

方式

气孔调节机制

气孔的结构、特点及保卫细胞特征

双子叶：新月状；禾本科：哑铃状

气孔数目多、分布广

气孔面积小，蒸腾速率高

保卫细胞体积小，渗透势易发生变化，易于调节

保卫细胞中有丰富的线粒体和叶绿体

保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁

PEPC、能量代谢酶系

离子通道和受体

气孔运动机理（渗透调节机理）

气孔运动的调节因子：光（蓝光、红光）、CO2（低，开）、温度、水分、植物激素

影响气孔蒸腾的内外因素

指标

蒸腾速率，蒸腾效率，蒸腾系数

降低途径

减少蒸腾面积：移栽去叶

降低蒸腾速率：午后或阴天移栽

使用抗蒸腾剂：代谢型、薄膜型、反射型

内部：气孔频度、大小、下腔、构造；外部：光照、温度、湿度、风

淀粉-糖转化学说，光合作用促进气孔开放学说，无机离子泵学说，苹果酸代谢学说，细胞骨架与气孔运动

证实根压存在的两种现象：伤流、吐水； 根压产生机理的两种解释：渗透理论、代谢理论

原因：根毛多，增大吸水面积；根毛外壁，果胶质覆盖，粘性较强，亲水性好；根毛区输导组织发达，阻力小，水分移动速度快

渗透吸水：液泡形成以后，细胞主要靠渗透性吸水（主要）φs；吸胀吸水：依赖于低衬质势而引起的吸水（干燥种子）φm； 降压吸水：因压力势的降低而引发的吸水（蒸腾旺盛）φp

水的比热容高；汽化热大；内聚力、附着力和表面张力大；良好的溶剂；透明液体；不可压缩性

皮孔蒸腾，叶片蒸腾（角质蒸腾，气孔蒸腾）

炎热天气条件下可降低叶片温度;可促进对矿物质的吸收和转运及有机物的运输;促进对水分的吸收和运输