1、水分代謝醫學宣教水分代謝醫學宣教沒有水就沒有生命 “有收無收在于水”2水分代謝醫學宣教沒有水就沒有生命 “有收無收在于水”2水分代謝醫學宣教散失吸收運輸3水分代謝醫學宣教散失吸收運輸3水分代謝醫學宣教 第一節 水在植物生活中的重要性 一、植物的含水量及其存在狀態 植物組織含水量一般為70%90%。 存在狀態：束縛水和自由水 束縛水（bound water）：被原生質組分吸附，不能自由移動的水分。 自由水（free water）：不被原生質組分吸附，可自由移動的水分。 自由水/束縛水是衡量植物代謝強弱和抗性的生理指標之一。4水分代謝醫學宣教 第一節 水在植物生活中的重要性 一、植物的含水親水物質

2、5水分代謝醫學宣教親水物質5水分代謝醫學宣教 二、水對植物的生理生態作用 生理作用： 1、水是原生質的主要組分 2、水直接參與植物體內重要的代謝過程 3、水是許多生化反應和物質吸收、運輸 的良好介質 4、水使植物保持固有的姿態 5、細胞的分裂和延長生長需要足夠的水6水分代謝醫學宣教 二、水對植物的生理生態作用6水分代謝醫學 生態作用： 1、調節植物體溫 高比熱：(4.187kjkg-1K-1),穩定植物體溫. 高汽化熱： (25 oC, 2.45 kjkg-1)降低體溫，避免高溫危害 2、介電常數高：有利于離子的溶解 3、水對可見光有良好的通透性 4、水可調節植物的生存環境 7水分代謝醫學宣教

3、 生態作用：7水分代謝醫學宣教 第二節 植物細胞對水分的吸收 吸脹性吸水（未形成液泡 的細胞） 吸水方式代謝性吸水（直接耗能）滲透性吸水（具液泡細胞）8水分代謝醫學宣教 第二節 植物細胞對水分的吸收 一、細胞的滲透性吸水（一）自由能、化學勢、水勢的概念 自由能（G）：物質能用于做功的潛在能量。 化學勢（）：每摩爾體積某物質的自由能。9水分代謝醫學宣教 一、細胞的滲透性吸水（一）自由能、化學勢、水勢的概念9水 水的G 1mol水的G w w 水勢（water potential）：每偏摩爾體積水的化學勢差。w - wVw，mVw，mw純水的化學勢10水分代謝醫學宣教 水的G 水勢（water p

4、純水的水勢最高，定為0 單位： J /mol Nm/mol N w = = = = Vw，m m3/mol m3/mol m2 水勢的單位是壓強的單位，帕斯卡（Pa）、兆帕斯卡（Mpa）、大氣壓（atm）、巴（bar） 1bar=105Pa = 0.1MPa = 0.987atm11水分代謝醫學宣教純水的水勢最高，定為0 單位： 水勢的單位是壓強的 Vw，m ：偏摩爾體積，指在恒溫、恒壓和其它組分不變的條件下，加入1摩爾的水所引起的體積增量。 如：純水的摩爾體積是18cm3,將其加入100cm3的乙醇中，最終體積是118.07cm3，水的偏摩爾體積是多少？（18.07cm3） 12水分代謝醫學

5、宣教 Vw，m ：偏摩爾體積，指在恒溫、恒壓和其它組 幾種常見化合物的水勢 溶液 w /Mpa 純水 0 Hoagland營養液 -0.05 海水 -2.50 1molL-1蔗糖 -2.69 1molL-1 KCl -4.5013水分代謝醫學宣教 幾種常見化合物的水勢13水分代謝醫學宣教 （二）滲透作用 滲透作用（osmosis）：水分從水勢高的系統通過半透膜向水勢低的系統移動的現象。 純水 糖水 半透膜14水分代謝醫學宣教 （二）滲透作用 滲透作用（osmos 植物細胞就是一個滲透系統 成熟細胞的原生質層（原生質膜、原生質和液泡膜）相當于半透膜。 液泡液、原生質層和細胞外溶液構成了一個滲透系

6、統。15水分代謝醫學宣教 植物細胞就是一個滲透系統15水分代謝醫學宣教質壁分離現象可以解決下列問題：1、判斷細胞死活2、測定細胞的滲透勢3、觀察物質通過原生質層的速率。16水分代謝醫學宣教質壁分離現象可以解決下列問題：1、判斷細胞死活3、觀察物質通（三）植物細胞的水勢構成 w = + p + m :滲透勢，也稱溶質勢（s）由于溶質顆粒的存在而引起的水勢降低值。恒為負值。 = -iCRTi:解離系數，C：溶質濃度 R：氣體常數，T：絕對溫度17水分代謝醫學宣教（三）植物細胞的水勢構成 w = +p ：壓力勢，由于細胞壁壓力的存在而引起的水勢增加值。一般情況下，壓力勢為正值；質壁分離時，壓力勢為零

7、；劇烈蒸騰時，壓力勢為負值。18水分代謝醫學宣教p ：壓力勢，由于細胞壁壓力的存在而引起的水勢增加值。18 m ：襯質勢，由于細胞膠體物質親水性和毛細管對自由水的束縛而引起的水勢降低值。恒為負值。 未形成液泡的細胞的水勢等于襯質勢， w = m 已形成液泡的細胞，襯質勢很大，但絕對值很小（趨于零），可忽略不計。故： w = + p19水分代謝醫學宣教 m ：襯質勢，由于細胞膠體物質親水性和毛細管對自由wsp 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 相對體積 1.5 1.0 0.5 0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5 cell水勢、溶質勢、壓力勢/MPa20水分代謝醫學宣

8、教wsp 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1. （1）初始質壁分離時，V=1.0， p= 0， w = s = -2.0MPa （2）充分膨脹時，V=1.5， w = 0 s = p （3）劇烈蒸騰時，p 021水分代謝醫學宣教 （1）初始質壁分離時，V=1.0， （2）（四）細胞間的水分移動（w ，Map） A-0.8 B-0.6 C-0.4（1）將細胞放入高水勢溶液中：（2） 將細胞放入低水勢溶液中：（3）將細胞放入等水勢溶液中:22水分代謝醫學宣教（四）細胞間的水分移動（w ，Map） A B C（1）將例2： 將一個細胞放入滲透勢為-0.2MPa的溶液中，達到動態平衡后，細胞的

9、滲透勢為-0.6MPa，細胞的壓力勢等于多少？例1：有一為水分充分飽和的細胞，將其放入比細胞液濃度低100倍的溶液中，則其細胞體積（ ）A、變大 B、變小 C、不變23水分代謝醫學宣教例2： 將一個細胞放入滲透勢為-0.2MPa的溶液中，達到動例3： 假設一個細胞的滲透勢為-0.8Mpa ,將其放入滲透勢為-0.3Mpa溶液中，請計算細胞的壓力勢為何值時才分別發生下列三種情況？1、細胞體積變大 2、細胞體積變小 3、細胞體積不變(p 0.5 ，0.8)(p = 0.5)24水分代謝醫學宣教例3： 假設一個細胞的滲透勢為-0.8Mpa ,將其放入滲透二、細胞的吸脹吸水 吸脹作用：指親水膠體吸水膨

10、脹的現象。 不同物質吸脹力大小不同，如：蛋白質 淀粉 纖維素，吸脹力即襯質勢。 干燥種子、根尖、莖尖分生細胞、果實和種子形成過程中靠吸脹吸水，其水勢等于其襯質勢，豆類種子膠體的襯質勢可小于100Mpa。 = 細胞吸水飽和時m=025水分代謝醫學宣教二、細胞的吸脹吸水25水分代謝醫學宣教三、細胞的代謝性吸水 代謝性吸水：利用細胞呼吸釋放的能量使水分透過質膜進入細胞的過程。26水分代謝醫學宣教三、細胞的代謝性吸水26水分代謝醫學宣教 四、水分跨膜移動的途徑 1、單個水分子通過膜脂雙分子層的間隙進入細胞 2、水集流通過質膜上水孔蛋白組成的水通道進入細胞 水孔蛋白：是一類具有選擇性地、高效轉運水分的膜

11、通道蛋白。 27水分代謝醫學宣教 四、水分跨膜移動的途徑27水分代謝醫學宣教 水分子水通道類脂水分跨膜移動途徑示意圖水孔蛋白28水分代謝醫學宣教 水孔蛋白的活化依靠磷酸化和脫磷酸化作用調節。 如依賴Ca2+的蛋白激酶可使其絲氨酸殘基磷酸化，水孔蛋白的水通道加寬， 水集流通過量增加。如除去此磷酸基團，則水通道變窄，水集流通過量減少。29水分代謝醫學宣教 水孔蛋白的活化依靠磷酸化和脫磷酸化作用調節。29水分代謝 第三節 植物根系對水分的吸收 一、根系吸水的部位 吸水的主要器官是根系，根吸水的主要部位是根尖，根尖吸水最活躍的部位是根毛區。 二、根系吸水方式及其動力 方式：被動吸水和主動吸水 1、被動

12、吸水 吸水動力：蒸騰拉力30水分代謝醫學宣教 第三節 植物根系對水分的吸收 一、根系吸水 蒸騰拉力：由于蒸騰作用產生的一系列水勢梯度使導管中水分上升的力量。 被動吸水是植物吸水的主要方式。 2、主動吸水以根壓為吸水動力 根壓：由于植物根系的生理活動而使液流從根部沿導管上升的壓力。 傷流和吐水是由根壓引起的。31水分代謝醫學宣教 蒸騰拉力：由于蒸騰作用產生的一系列水勢梯度使根壓產生的機理：32水分代謝醫學宣教根壓產生的機理：32水分代謝醫學宣教根壓產生的機理： 滲透論：根系主動吸收的無機離子進入共質體達中柱內的活細胞，然后釋放至導管中，引起離子積累，使其水勢降低，而內皮層以外的質外體水勢較高，因

13、而水分就不斷通過滲透作用進入導管，造成水分向中柱的擴散作用，在中柱內產生一種靜水壓力，即根壓。代謝論：認為呼吸作用所產生的能量參與根系的吸水過程。例如，當外界溫度降低時、氧分壓下降、呼吸抑制劑存在時，根壓、傷流或吐水會降低或停頓。33水分代謝醫學宣教根壓產生的機理：33水分代謝醫學宣教 三、影響根系吸水的因素 1、土壤水分狀況 土壤水分為可利用水和不可利用水。植物可利用水的土壤水勢范圍為-0.05MPa-0.30MPa 永久萎蔫系數（PWC）：植物剛發生永久萎蔫時土壤中存留的含水量。 土壤中可利用水=毛細管水-永久萎蔫系數。34水分代謝醫學宣教 三、影響根系吸水的因素 1、土壤水分狀況32、土

14、壤通氣狀況土壤通氣不良:A、缺O2，呼吸減弱，影響根壓；B、長時間無氧呼吸，根系中毒；C、土壤還原性物質過多，不利于根系生長與吸收。 35水分代謝醫學宣教2、土壤通氣狀況35水分代謝醫學宣教3、土壤溫度 低溫：原生質粘性增大，水分不易透過.酶活性降低，影響主動吸水 .水分子運動減慢 .根系生長緩慢，吸收面積減少高溫： 加速根系老化，吸收面積減 少 .酶鈍化 ，主動吸水下降。4、土壤溶液濃度 土壤溶液水勢一般高于根細胞水勢，施肥過多產生“燒苗”現象。( 土 -0.1Mpa)36水分代謝醫學宣教3、土壤溫度 第四節 蒸騰作用 一、蒸騰作用的生理意義 蒸騰作用（transpiration）：指植物體

15、內的水分以氣態方式從植物體表面向外界散失的過程。 液態散失 吐水 氣態散失 蒸騰作用失水方式：37水分代謝醫學宣教第四節 蒸騰作用 一、蒸騰作用的生 蒸騰作用的生理意義： 1、有利于水分的吸收和運輸 蒸騰拉力是高大樹木吸水的主要動力 2、有利于礦物質和有機物的吸收和運輸 3、維持植物體溫的恒定38水分代謝醫學宣教 蒸騰作用的生理意義： 1、有利于水分的吸收和運二、蒸騰作用的部位及指標 （一）部位 1、植物幼小時，地面以上的全部表面、皮孔蒸騰 高大木本植物，約占全部蒸騰的0.1% 3、葉片蒸騰（1）角質蒸騰 約占全部蒸騰的5%10%（2）氣孔蒸騰 主要方式39水分代謝醫學宣教二、蒸騰作用的部位及

16、指標 （一）部位39水分代謝醫學宣教（二）蒸騰作用的指標 1.蒸騰速率（transpiration rate）：植物 在一定時間內單位葉面蒸騰的水量。（g/dm2h）。 2.蒸騰比率或蒸騰效率：植物每消耗水所生產的干物質的克數。農作物為10g/。 3.蒸騰系數或需水量：植物制造1g干物質所消耗的水量（g）。農作物為10050040水分代謝醫學宣教（二）蒸騰作用的指標 1.蒸騰速率（transpira 三、氣孔蒸騰 （一）經過氣孔的蒸騰速率 氣孔很小，但數目很多，氣孔面積一般不超過葉面積的1%，但通過氣孔的蒸騰量卻達到葉片同樣面積的蒸發量的50%以上。 經過小孔的擴散速率與孔的周長成正比,不與面

17、積成正比。此規率叫小孔擴散率。41水分代謝醫學宣教 三、氣孔蒸騰 （一）經過氣孔的蒸騰速率41水分代謝醫學宣（二）氣孔運動的機理 42水分代謝醫學宣教（二）氣孔運動的機理 42水分代謝醫學宣教（1）淀粉糖變化學說 pH 7 淀粉 + n Pi nG-1-P 白天CO2下降，pH上升到7.0，淀粉磷酸化酶催化正向反應，淀粉水解成糖，引起保衛細胞滲透勢下降，水勢降低，保衛細胞吸水而膨脹，因而氣孔張開。夜晚則相反。 淀粉磷酸化EpH 543水分代謝醫學宣教（1）淀粉糖變化學說 44水分代謝醫學宣教44水分代謝醫學宣教水分代謝醫學宣教培訓課件（3）蘋果酸代謝學說 光下 保衛細胞光合作用 CO2降低 p

18、H 升高 PEPC活性增強 生成蘋果酸 保衛細胞w降低 細胞吸水膨脹 氣孔打開。46水分代謝醫學宣教（3）蘋果酸代謝學說46水分代謝醫學宣教 光照 保衛細胞進行 呼吸作用 光合作用 CO2降低 光合磷酸化 氧化磷酸化 淀粉 pH升高 水解 EMP ATP PEP + HCO3- PEPC 蘋果酸 光活化H+-ATPE 糖、蘋果酸、K+、Cl- 保衛細胞水勢下降 排出 H+ 向周圍細胞吸水，膨壓升高 氣孔張開 氣孔運動機理47水分代謝醫學宣教 光照47水分1. 光照：光誘導氣孔開放(一些植物除外)，藍光和紅光最有效(與光合作用相似)。 光促進光合作用，促進蘋果酸的形成，促進K+和Cl-吸收等 2

19、. CO2：葉片內部低的CO2分壓可使氣孔張開，高的CO2則使氣孔關閉。 影響氣孔運動的因素48水分代謝醫學宣教1. 光照：光誘導氣孔開放(一些植物除外)，藍光和紅光最有效3.溫度：在一定溫度范圍內氣孔開度一般隨溫度的升高而增大。在25以上時氣孔開度最大，30-35時開度會減小。低溫下開度減小或關閉。4. 葉片含水量：葉片水勢直接影響氣孔開度。白天劇烈蒸騰時失水過多，氣孔關閉。雨天葉片含水過多，表面細胞體積膨大，擠壓保衛細胞，使氣孔關閉。49水分代謝醫學宣教3.溫度：在一定溫度范圍內氣孔開度一般隨溫度的升高而增大。在5.風：大風使保衛細胞失水過多而促進氣孔關閉。微風有利于氣孔開放和蒸騰6. 植

20、物激素：細胞分裂素促進氣孔開放，而ABA促進氣孔關閉。干旱時根產生的ABA向上運輸到地上部，促進保衛細胞膜上K+外流通道開啟，向外運送的K+量增加，使保衛細胞水勢增大而失水，從而促進氣孔關閉50水分代謝醫學宣教5.風：大風使保衛細胞失水過多而促進氣孔關閉。微風有利于氣孔四、影響蒸騰作用的因素蒸騰速率 氣孔下腔蒸氣壓-大氣蒸氣壓 氣孔阻力 + 擴散層阻力擴散力擴散阻力51水分代謝醫學宣教四、影響蒸騰作用的因素氣孔阻力 + 擴散層阻力擴散力擴擴散層氣孔阻力大氣蒸汽壓氣孔下腔蒸汽壓52水分代謝醫學宣教擴散層氣孔阻力大氣蒸汽壓氣孔下腔蒸汽壓52水分代謝醫學宣教（一）內部因素 1、氣孔和氣孔下腔 氣孔頻

21、度（氣孔數/cm2）和氣孔大小直接影響內部阻力，氣孔下腔體積影響內部蒸氣壓。 2、葉片內部面積 指內部細胞間隙的面積。內部面積大，有利于蒸騰。53水分代謝醫學宣教（一）內部因素 1、氣孔和氣孔下腔53水分代（二）環境因素 1、光照 最主要的外界條件 光照提高葉溫，葉內外蒸氣壓差增大，有利蒸騰；光使氣孔開放，氣孔阻力減小。 2、空氣相對濕度 大，蒸騰慢 3、溫度 高，有利蒸騰 4、風 微風促進，強風抑制54水分代謝醫學宣教（二）環境因素 1、光照 最主要的外界條件 一、水分運輸的途徑 土壤水 根毛 根皮層 根中柱鞘 根導管 莖導管 葉柄導管 葉脈導管 葉肉細胞 葉細胞間隙 氣孔下腔 氣孔 大氣第五節 植物體內的水分運輸55水分代謝醫學宣教 一、水分運輸的途徑 土壤水 56水分代謝醫學宣教56水分代謝醫學宣教 二 、水分沿導管或管胞上升的動力 水分上升的動力：根壓和蒸騰拉力 水分上升的原因：蒸騰內聚力張力學說 （1）水柱有張力，（0.53MPa） （2）水分子間有較大的內聚力（20 Mpa），內聚力張力 （3）水分子對導管坒有很強