植物水分生理

1、水勢(shì)水勢(shì)(water potential)：每偏摩爾體積水的化學(xué)勢(shì)差每偏摩爾體積水的化學(xué)勢(shì)差 （水的每偏摩爾體積：在一定溫度和壓力下，（水的每偏摩爾體積：在一定溫度和壓力下，1mol水中加入水中加入1mol某溶質(zhì)某溶質(zhì)后，該后，該1mol水所占的有效體積水所占的有效體積 ） w 水溶液化學(xué)勢(shì)水溶液化學(xué)勢(shì) - -0w純水化學(xué)勢(shì)純水化學(xué)勢(shì) w水勢(shì)水勢(shì) w w = = Vw Vw 水的化學(xué)勢(shì)水的化學(xué)勢(shì) N m mol-1 = 水的偏摩爾體積水的偏摩爾體積 m3 mol -1 = N m-2= Pa （壓強(qiáng)單位（壓強(qiáng)單位Pascal,帕斯卡或兆帕帕斯卡或兆帕Mpa, 1Mpa = 1 106 pa )

2、 純水的自由能最大，其水勢(shì)最高，水勢(shì)值定為零。純水的自由能最大，其水勢(shì)最高，水勢(shì)值定為零。 典型植物細(xì)胞典型植物細(xì)胞水勢(shì)水勢(shì) w = 滲透勢(shì)滲透勢(shì) + 壓力勢(shì)壓力勢(shì) p + 重力勢(shì)重力勢(shì) g + 襯質(zhì)勢(shì)襯質(zhì)勢(shì) mw: water = s =solute potential=osmotic potential p: pressure g: gravity m: matrix由于溶質(zhì)顆粒的存在，降低了水的自由能，因而其水勢(shì)低于純由于溶質(zhì)顆粒的存在，降低了水的自由能，因而其水勢(shì)低于純水，為一水，為一負(fù)值負(fù)值。溶液的滲透勢(shì)決定于溶液中溶質(zhì)顆粒的總數(shù)。溶液的滲透勢(shì)決定于溶液中溶質(zhì)顆粒的總數(shù)。 如 0.1

3、mol葡萄糖溶于水后，滲透效應(yīng)數(shù)0.1mol/L 0.1molNaCl溶于水后，滲透效應(yīng)數(shù)為0.2mol /L 在20（293K）時(shí)， 葡萄糖溶液的滲透勢(shì)為0.244MPa NaCl溶液的滲透勢(shì)為0.488MPa 滲透勢(shì)滲透勢(shì)(osmotic potential / 溶質(zhì)勢(shì)溶質(zhì)勢(shì) solute potential s s）植物細(xì)胞滲透作用與物理滲透現(xiàn)象區(qū)別植物細(xì)胞滲透作用與物理滲透現(xiàn)象區(qū)別 植物細(xì)胞滲透作用不完全決定于滲透勢(shì)，因原生質(zhì)體的外圍有細(xì)胞壁，限制原生質(zhì)體膨脹細(xì)胞壁，限制原生質(zhì)體膨脹 細(xì)胞中親水膠體的吸水能力壓力勢(shì)壓力勢(shì) (pressure potential) (pressure p

4、otential) p p 由于細(xì)胞吸水膨脹后，對(duì)細(xì)胞壁產(chǎn)生一種壓力，常稱作為膨壓膨壓 (turgor pressure) 。 相應(yīng)引起細(xì)胞壁產(chǎn)生一種限制原生質(zhì)體膨脹的大小相等、方向相反的反作用力反作用力。壓力勢(shì)壓力勢(shì)是由于細(xì)胞壁壓力的存在而增加水勢(shì)的值。一般為正值正值。 重力勢(shì)重力勢(shì) (gravity potential) (gravity potential) g g 是水分因重力重力下移與相反力量相等時(shí)的力量。其增 加細(xì)胞水分自由能，提高水勢(shì)的值，以正值正值表示。 依賴參于狀態(tài)下水的高度、密度和重力加速度而定。 g = wgh w ：水的密度 （ 單位體積的質(zhì)量 kg/m3） g: 重力

5、加速度 （N/kg; m/s2） h: 水相對(duì)參考狀態(tài)時(shí)的高度 （m）重力勢(shì)能重力勢(shì)能(gravitational potential energy）是物體因?yàn)橹亓ψ饔枚鴵碛械哪芰浚綖镋P=mgh （m 質(zhì)量，g重力加速度9.8N/kg，h物體據(jù)水平面的高度）當(dāng)水高度是1 m時(shí)， 重力勢(shì)？ g g 通常省略不計(jì) 細(xì)胞原生質(zhì)膠體物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、淀粉粒、纖維素）的親水性親水性都和及毛細(xì)管毛細(xì)管對(duì)自由水的束縛而引起的水勢(shì)降低值水勢(shì)降低值。 細(xì)胞未形成液泡之前，如風(fēng)干種子的萌發(fā)吸水、果實(shí)與種子形成過程中的吸水、生長點(diǎn)分生區(qū)細(xì)胞的吸水等，其水勢(shì)組分即襯質(zhì)勢(shì)水勢(shì)組分即襯質(zhì)勢(shì)。 例如：干燥種子快速吸水是

6、一種親水膠體膨脹的現(xiàn)象。（細(xì)胞內(nèi)親水物質(zhì)通過吸漲力而結(jié)合的水為吸漲水，是束縛水） 已形成中心大液泡的細(xì)胞，由于原生質(zhì)僅為一薄層，細(xì)胞含水量很高，襯質(zhì)勢(shì)趨于0，在計(jì)算時(shí)一般忽略不計(jì)。襯質(zhì)勢(shì)（襯質(zhì)勢(shì)（matrix potential matrix potential ） m m 具有液泡的植物細(xì)胞水勢(shì)具有液泡的植物細(xì)胞水勢(shì) w= 滲透勢(shì)滲透勢(shì) + 壓力勢(shì)壓力勢(shì) p植物細(xì)胞的相對(duì)體積變化與植物細(xì)胞的相對(duì)體積變化與水勢(shì)（水勢(shì)（ w ）、滲透勢(shì)（）、滲透勢(shì)（ ）和壓力勢(shì)（）和壓力勢(shì)（ p ）的關(guān)系）的關(guān)系+1.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2.0-2.50.9 1.0 1.1 1.2 1.3

7、 1.4 1.5不膨脹不膨脹 完全膨脹完全膨脹 細(xì)胞的相對(duì)體積細(xì)胞的相對(duì)體積水勢(shì)（水勢(shì)（ w ）壓力勢(shì)（壓力勢(shì)（ p ）滲透勢(shì)（滲透勢(shì)（ ）MPa 當(dāng)壓力勢(shì)足夠大時(shí)，就能阻止外界水分進(jìn)入細(xì)胞液，于是水分進(jìn)出達(dá)到平衡，水的凈轉(zhuǎn)移停止。 由于細(xì)胞內(nèi)正的壓力勢(shì)與負(fù)的滲透勢(shì)相平衡，使細(xì)胞不再吸水，最終細(xì)胞的水勢(shì)與外界溶液的水勢(shì)相等（水勢(shì)差=0），但細(xì)胞液本身的滲透勢(shì)永遠(yuǎn)是小于零。滲透勢(shì) 與壓力勢(shì)p絕對(duì)值相等時(shí)， 水勢(shì)w = 0當(dāng)細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離時(shí)， 水勢(shì)w= 滲透勢(shì) 風(fēng)干種子細(xì)胞 水勢(shì)w= 襯質(zhì)勢(shì)m = - 1.4MPa p = + 0.8MPa w= - 0.6MPa = - 1.2MPa p =

8、+ 0.4MPa w= - 0.8MPa細(xì)胞間水分的移動(dòng)細(xì)胞間水分的移動(dòng)水勢(shì)高向低的方向移動(dòng)；水勢(shì)差越大移動(dòng)速度越快。水勢(shì)高向低的方向移動(dòng)；水勢(shì)差越大移動(dòng)速度越快。Cell ACell B 滲透勢(shì)的計(jì)算滲透勢(shì)的計(jì)算 范德霍夫范德霍夫(Vant Hoff)方程式方程式 = iCRT MPa i：溶質(zhì)的解離系數(shù)：溶質(zhì)的解離系數(shù) （蔗糖（蔗糖i =1 CaCl2 i = 2.6 NaCl i =1.8） C：等滲溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度：等滲溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度(molL-1) R：氣體常數(shù)：氣體常數(shù)(0008314L MPa mol-1 K -1) T：絕對(duì)溫度：絕對(duì)溫度(K)，273+t（實(shí)驗(yàn)當(dāng)時(shí)溫度）

9、（實(shí)驗(yàn)當(dāng)時(shí)溫度） 計(jì)算計(jì)算0.1 mol/L 0.1 mol/L 蔗糖溶液在蔗糖溶液在20 20 0 0C C下的滲透勢(shì)？下的滲透勢(shì)？ 水勢(shì)單位換算：水勢(shì)單位換算： 1 MPa （兆帕）（兆帕）= 106 Pa = 10 bar = 9.87atm 1 atm = 1.013 105Pa = 1.013bar0.1 mol/L 蔗糖溶液蔗糖溶液由于液泡體積改變很小，由于液泡體積改變很小，吸水后造成的細(xì)胞液濃吸水后造成的細(xì)胞液濃度變化可忽略不計(jì)。度變化可忽略不計(jì)。由于液泡體積改變很小，由于液泡體積改變很小，失水后造成的細(xì)胞液濃失水后造成的細(xì)胞液濃度變化可忽略不計(jì)度變化可忽略不計(jì)?小液流法測(cè)植物組織水勢(shì)小