植物生理学奥赛-1.ppt

植物生理学Plant Physiology主讲：汤绍虎 植物生理学的定义、性质和任务是什么？ 第一节 植物对水分的需要 一、植物的含水量 植物的含水量（water contain）是指植物所含水分的量占鲜重的百分数。 由于起源地不同、遗传性不同，植物的含水量与植物的种类、器官和组织本身的特性及其所处的环境条件有关。 二、植物体内水分存在的状态 束缚水（bound water） ：是指被原生质胶体颗粒紧密吸附的或存在于大分子结构空间不易自由移动的水分的水。 原因：植物细胞的原生质、膜系统和细胞壁含有蛋白质、核酸和纤维素等大分子组分，它们具有大量的亲水基团，与水分子有很高的亲和力，使水分子在其周围形成水化层。 特点：不参与代谢，不作为溶剂，不易结冰。其含量变化较小。 水合作用 水合作用：水分子中由于电荷分布不均匀而具有极性，当H2O遇到带电荷的离子或分子时，由于电荷的作用，使水分子定向排列与离子或分子的周围形成水膜的现象。 （阳）离子水合作用能力的大小与离子半径及离子电荷数有关。离子半径越小，价数越高，水合能力越强。 水合作用使细胞内环境稳定。 自由水／束缚水比值 细胞内的水分状态不是固定不变的，随着代谢的变化，自由水／束缚水比值亦相应改变。 自由水／束缚水比值较高时，植物细胞原生质体处于溶胶（sol）状态，植物代谢活跃，生长较快，抗逆性差； 自由水／束缚水比值较低时，植物细胞原生质常趋于凝胶（gel）状态，代谢活性低、生长缓慢，但抗逆性增强。 越冬植物组织内自由水／束缚水比例减低，束缚水的相对量增高，植物生长极慢，但抗逆性很强。 在干旱条件下，植物体内的束缚水含量也相对提高，所以旱生植物生长缓慢，抗旱性强。 当自由水降低到很低水平时，原生质由原来的溶胶状态转变为凝胶状态。例如，风干种子，代谢活动几乎停止，抗逆性也最强。 三、水分在植物生命活动中的作用 1、水分是构成原生质的主要成分 2、水分是代谢作用中的反应底物 3、水分是植物对物质吸收和运输的溶剂 4、水分能保持植株的固有姿态 5、水具有特殊的理化性质 （1）高比热利于体温稳定 （2）高气化热避免高温伤害 （3）具极性原生质胶体稳定 （4）表面张力大利于吸附和运输 （5）透光性好利于光合 第二节 植物细胞对水分的吸收 植物细胞对水分的吸收主要有3种方式：扩散、集流和渗透作用，其中渗透作用占主要地位。 扩散 Diffusion 集流 Mass flow 渗透作用 Osmosis 1、扩散（diffusion） 扩散是一种自发过程，它导致物质从某一浓度较高(化学势较高)的区域向其邻近的浓度较低(化学势较低)的区域发生净移动。 扩散作用是由于分子的随机热运动所造成的。 例如，把糖块放入一杯水中，不加搅拌，最后糖会均匀地溶解在整杯水中。 由于物质扩散的速度较慢，水溶液中小分子物质在细胞大小的范围内扩散是有效的，而对于长距离的迁移，则扩散作用远不能满足生理需要。 水分在细胞膜系统内移动的途径 2、集流（mass flow, bulk flow） 集流是指液体中成群的原子或分子（如组成水溶液的各种物质分子）在压力梯度作用下集体移动的现象。例如： 由水塔形成的水柱重力驱动的水管中水的流动； 由重力产生的静水压引起的河水的流动等。 与扩散不同，集流与物质的浓度梯度无关。只有当外力（如重力或压力）存在时，才会产生集流。 在植物体内，木质部导管细胞中的水分移动及水分的向根移动都是集流。 水孔蛋白（ aquaporins，AQPs） 是一类专行水分运输的跨膜通道蛋白，介导细胞与细胞之间、细胞器与介质之间水分的快速被运输，是水分进出细胞的主要途径。根系水分进入有约80%由AQPs 控制。 3、渗透作用 渗透作用（osmosis）是指水分子通过半透膜（semipermeable membrane）顺水势差而移动的现象，是水分子的一种特殊的扩散形式。 半透膜，也叫选择透性膜，它只允许水分子通过，而不允许其他分子通过。 如火棉纸、透析袋、花生皮、蚕豆壳、动物膀胱等都有半透膜的性质。 自由能与化学势 自由能（free energy） ： 体系内能用于做功的能量。严格讲是在恒温恒压下，体系能够做最大有用功的那一部分能量，它是体系的固有性质。 束缚能（bound energy） 相对自由能，体系中不能用于做有用功的能量。 化学势（chemical potential） 1摩尔（mol）物质的自由能。单位：焦耳/摩尔（J·mol-1 ） 水势（water potential） 水势：在同温同压系统中，溶液中每偏摩尔体积 ( )水的化学势(μw)与纯水的化学势(μw 0)之差。 代表水分整体移动或参与化学反应的本领。 水势公式为： ψw代表水势； Δμw为化学势