[农学]植物水分生理.pptVIP

第1节 水分在生命活动中的作用 1.1 水分子的结构 2H和1O共价结合； 2个H－O间夹角105℃； 正负电荷中心不重合，故为极性分子； 各个分子之间以H(＋)和O(－)以氢键结合 1.2 水是细胞的重要组成成分 高 低 不同环境下生长的同一种植物，含水量不同 高：根尖、幼苗、幼叶等生长旺盛的组织，达70－90％； 中：主干，35－70％；休眠芽，40％；黄熟期秸秆，40－50％ 低：成熟休眠种子，5－15％ 水的存在状态 束缚水 (Bound water) ：被细胞中的胶体颗粒牢固吸附而不易流动的水分。 亲水基团：-NH2, -COOH, -OH(蛋白、核酸、纤维素微纤丝等)； 自由水 (Free water) ：距离胶体颗粒较远，可以自由移动的水分。 15％以下： 休眠 20－25％：开始萌动 40－60％：发芽 水的介电常数极高：有效地抵抗电荷间的相互吸引能力，水能溶解的物质比任何液体都多 一些常用溶剂的介电常 数(25℃) water 78.4 Methanol 33.6 Ethanol 24.3 Benzene 2.3 1.5 水调节植物体温和环境气候（生态意义) 小结 水是组成细胞质的主要成分(70-90％)； 水作为代谢过程的介质(优良溶剂性质)； 水本身作为反应物质参与一些代谢反应； 水分可保持植物固有姿态； 水分维持植物体温的恒定（热力学性质）。 第2节 植物细胞对水分的吸收 渗透作用（ osmosis）：水分通过半透膜从水势高的区域向水势低的区域移动（扩散）的现象。 烧杯中：纯水 容器中：蔗糖溶液 容器底部：封以半透膜 Ψ的单位：Pa(Pascal),帕；或 MPa，百万帕 1 Megapascal (MPa) = 10 Bars (巴) 纯水的ψ最高，为0 当水分子受溶质分子牵引，其水势降低: 1 M 蔗糖溶液：-2.70 MPa 1 M KCl溶液： -4.50 MPa 叶片：-0.2 ~ -1.5 MPa Rule: 水分总是从Ψ高的区域自发地流向Ψ低的区域 植物细胞可视为一个渗透系统 细胞膜：半透膜(semi-permeable membrane) 细胞质：含多种溶质的溶液。 液泡中含多种离子和糖，是发生渗透作用的主要部位 质壁分离（Plasmolysis） 实验 渗透势(osmotic/solute potential) : Ψs 压力势(pressure potential) :Ψp 衬质势(matrix potential) :Ψm 注：Ψs为负值，由于Ψs的存在而使细胞发生渗透作用 Ψs = -iCRT 式中， C：等渗溶液的摩尔浓度； R：气体常数； T：绝对温度； i：解离系数。 2）压力势(Ψp) ：由于细胞壁的存在，当植物细胞吸水膨胀，原生质体对细胞壁产生一个压力，称之为膨压(turgor pressure)，细胞壁则对原生质体产生一个反压力，由此成生的势能为Ψp. 反之，植物细胞失水收缩时，原生质体对细胞壁产生拉力，细胞壁则对原生质体产生反拉力。 图示Ψw、Ψs 和Ψp的变化与成熟细胞体积变化的关系 Ψw = Ψs +Ψp 注： Ψm在一些组织或情形下起主要作用： 非液泡化细胞（如顶端分生组织细胞） 干燥的种子、木材中，Ψm很低（可达-100MPa ），表现出极强的吸水能力 土壤颗粒为典型的衬质，土壤的水势以Ψm为主 即 Ψw soil≈ Ψm soil 植物细胞的水势：Ψw=Ψs +Ψp + Ψm 植物水分移动的方式 扩散(Diffusion) ——浓度为动力：是一种自发过程，物质从浓度高的区域向浓度低的区域移动的现象—细胞间水分的迁移(短距离运输) 集流(Mass flow)——压力为动力：是指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动(如植物木质部导管或韧皮部筛管中) 水孔蛋白( Aquaporins, AQP) （细胞间跨膜运输） -membrane proteins that facilitate water transport Aquaporins are water channels 细胞膜及液泡膜上的一种内部蛋白，其多肽链6次穿越膜而形成孔道，特异地允许水分子通过。 非水泵，可减小水分子越膜的阻力而使水顺着水势梯度自由迁移。一些环境因素可以通过影响水孔蛋白的开、闭而影响水分的跨膜移动。 植物细胞吸水的方式 渗透吸水(osmotic absorption of water)： Ψw=Ψs