03.22 植物吸水水勢的理解及例題分析

1、純水水勢最高，人為規定為0。其實就是純水中水最多（可以理解為水的濃度為100%）

2、細胞的溶質勢 ψs（也叫滲透勢，用Ψπ表示)。

由於溶質顆粒的存在而引起體系水勢降低的數值

理解：就是水中溶解有其它物質，從而使水的量變少了（如70%的蔗糖溶液，則水就只佔30%了）

細胞內的無機離子、糖類、有機酸、色素等溶質大量存在。

細胞液所具有的溶質勢是各種溶質勢的總和。

溶質降低細胞水勢。

陸生植物在-2~-1MPa。

3、細胞的壓力勢 ψp

1）、細胞吸水時，體積增大，但細胞壁彈性小，原生質體吸水膨脹後，對細胞壁會產生一個壓力（叫彭壓）。根據力的相互作用，細胞壁對原生質體必然存在一個向內壓力，這個壓力就產生了壓力勢。

2）、此壓力其實就是由外向內壓，這樣子會造成細胞有縮小的潛勢，因此會增加水分由胞內向胞外移動的能力。即：細胞縮小，水分當然向處流了。

3）、細胞內由於有滲透勢的存在所以要吸水，即水分向細胞內流動，因此，要克服水分向外流動的壓力勢。也就是說壓力勢方向與滲透勢方向相反，而溶液的滲透勢總是負值，所以，這時細胞的壓力勢為正值。

4）、當細胞即不膨脹也不收縮或處於質壁分離狀態時，細胞壁對原生質體壓力為零，因此，這時壓力勢為零。

5）、當劇烈蒸騰時，細胞壁蒸發失水多於原生質體蒸發失水，細胞劇烈收縮，向內擠壓原生質體，這時原生質體有膨大潛勢，即增加水分由胞外向胞內移動的潛勢，此時壓力勢方向與滲透勢方向相同，即此時壓力勢為負值。細胞壁蒸發失水越多，收縮得越厲害，對原生質體的壓力也越大，壓力勢就越負。

4、細胞的襯質勢Ψm

是指細胞中的親水物質如蛋白質體、澱粉粒、纖維素、染色體和膜系統等對自由水的束縛而引起水勢的降低值。

理解：就是一些水由自由水變成結合水了，所以自由水就少了。因此襯質勢呈負值。

5、植物細胞吸水過程中水勢組分的變化

ψｗ＝ψs（ ψ∏）＋ψm＋ψp

有液泡的細胞 ψｗ＝ψs＋ψp

幹種子、分生組織 ψｗ＝ψm

蒸騰強烈時，水分為氣相 ψｗ＜ψs ，ψp＜0

初始質壁分離 ψｗ＝ψs， ψp＝0

開放系統（溶液） ψｗ＝ψs＝- iCRT

體積變化 ψs1V1＝ψs2V2

Ⅰ.植物細胞為常態 ψw＝ψs＋ψp

Ⅱ.植物細胞吸水達到緊張狀態 ψw＝0,ψs = -ψp

體積最大 , 細胞吸水能力最小。

Ⅲ.植物細胞初始質壁分離狀態 ψw ＝ψs,ψp＝0

體積最小，細胞吸水能力最大。

Ⅳ.植物細胞水為蒸汽狀態 ψp＜0, ψw≤ψs＋ψp

6、1mol 蔗糖液水勢為-2.69MPa， 1molKCl溶液水勢為-4.5MPa ，海水的水勢約為-2.5MPa。

7、ys = - iCRT

i：溶質的解離係數;C:質量摩爾濃度；R：氣體常數（0.0083kgˑMPaˑmol-1ˑK1）；T：熱力學溫度

例題：

1．一個細胞的Ψw為-0.8MPa，在初始質壁分離時的Ψs為－1.65MPa，設該細胞在發生初始質壁分離時比原來體積縮小4%，計算其原來的Ψπ和Ψp各為多少MPa？
答：根據溶液滲透壓的稀釋公式，溶質不變時，滲透壓與溶液的體積成反比，有下列等式：
　　π₁V₁＝π₂V₂或 Ψπ₁V₁＝Ψπ₂V₂
　　 Ψπ_原來×100%＝Ψπ_質壁分離×96%

　　 Ψπ_原來＝(-1.65MPa×96)/100＝-1.536MPa
　　Ψp＝Ψw–Ψπ＝-0.8MPa–(-1.536MPa)＝0.736MPa
　　原來的Ψπ為-1.536 MPa，Ψp為 0.736MPa.
2．將Ψm為-100MPa的幹種子，放置在溫度為27℃、RH為60%的空氣中，問幹種子能否吸水?
答：氣相的水勢可按下式計算:
　　Ψw＝(RT/Vw，m)·lnRH＝[8.3cm3·MPa·mol^-1·K^-1·(273＋27)K/18cm3·mol^-1]·ln60%
　　 ＝138.33MPa·(-0.5108)＝-70.70MPa
　　由於RH為60%的氣相水勢大於-100MPa幹種子的水勢，因此幹種子能從RH為60%空氣中吸水.
3．一組織細胞的Ψs為-0.8MPa，Ψp為0.1MPa，在27℃時，將該組織放入0.3mol·L^-1的蔗糖溶液中，問該組織的重量或體積是增加還是減小?
答：細胞的水勢Ψw＝Ψs＋Ψp＝-0.8MPa＋0.1MPa＝-0.7MPa
　　蔗糖溶液的水勢Ψw溶液＝-iCRT＝0.3 mol·L^-1×0.0083 L·MPa·mol^-1·k^-1×(273＋27)K
　　 ＝-0.747 MPa
　　由於細胞的水勢＞蔗糖溶液的水勢 ，因此細胞放入溶液後會失水，使組織的重量減少，體積縮小。
4．若室溫為27℃，將洋蔥鱗葉表皮放在0.45mol·L-1

的蔗糖溶液中，細胞發生細胞質壁分離；放在0.35mol·L^-1的蔗糖溶液中，細胞有脹大的趨勢；放在0.4mol·L^-1的蔗糖溶液中，細胞基本上不發生變化，這表明細胞水勢約為多少？
答：植物細胞放在已知水勢的溶液中，只有和溶液間水分交換保持動態平衡時，溶液的水勢等於細胞水勢。本題中洋蔥鱗葉表皮細胞水勢相當於0.4mol·L^-1的蔗糖溶液的水勢。
　　Ψw＝-RTC＝-0.0083 L·MPa·mol^-1·K^-1×0.4mol·L×(273＋27)K＝0.996 Mpa
　　洋蔥鱗葉表皮細胞水勢為0.996 Mpa。
5．有A、B兩細胞，A細胞的Ψπ＝-10⁶Pa，Ψp＝4×10⁵Pa，B細胞的Ψπ＝-6×10⁵Pa，Ψp＝3×10⁵Pa。請問：(1) A、B兩細胞接觸時，水流方向如何？(2) 在28℃時，將A細胞放入0.12 mol·L -1蔗糖溶液中，B細胞放入0.2 mol·L-1蔗糖溶液中。假設平衡時兩個細胞的體積沒有發生變化，平衡後A、B兩細胞的Ψw、Ψπ和Ψp各為多少？如果這時它們相互接觸，其水流方向如何？
答：
　　(1) A細胞：Ψw＝-10⁶Pa＋4×10⁵Pa＝-6×10⁵Pa
　　B細胞：Ψw＝-6×10⁵Pa＋3×10⁵Pa＝-3×10⁵Pa
　　由於B細胞水勢高於A細胞的，所以相互接觸時從B細胞流入A細胞；
　　(2) A細胞：Ψw＝外液水勢＝-RTC＝0.0083 L·MPa·mol^-1·k^-1×(273＋28)K×0.12 mol·L^-1
　　＝-3×10⁵Pa
　　Ψπ＝-10⁶Pa，Ψp＝Ψw－Ψπ＝-3×10⁵Pa－-10⁶Pa＝7×10⁵Pa；
　　B細胞的Ψw＝外液水勢＝-RTC＝0.0083 L·MPa·mol^-1·k^-1×(273＋28)K×0.2 mol·L^-1
　　＝-5×10⁵Pa，
　　Ψπ＝-6×10 ⁵Pa，Ψp＝Ψw－Ψπ＝-5×10⁵Pa－-6×10⁵Pa＝10⁵Pa，
　　由於A細胞水勢高於B細胞的，所以相互接觸時水從A細胞流入B細胞。
6．三個相鄰細胞A、B、C的Ψs、Ψp如下圖，三細胞的水勢各為多少？用箭頭表示出三細胞之間的水分流動方向。

A
Ψs＝-1Mpa
Ψp＝0.4Mpa

B
Ψs＝－0.9Mpa
Ψp＝0.6Mpa

C
Ψs＝－0.8Mpa
Ψp＝0.4Mpa

答：細胞水勢：A：Ψw＝－0.6Mpa，B：Ψw＝－0.3Mpa，C：Ψw＝－0.4Mpa
　　水流方向：
　　細胞C流向細胞A。
7．25℃時，純水的飽和蒸汽壓為3168 Pa·1mol·L–1蔗糖溶液中水的飽和蒸汽壓為310⁵ Pa.。水的偏摩爾體積近似為18cm3·　　mol–1。請計算1mol·L–1蔗糖溶液的水勢是多少？
答：氣相的水勢公式則按下式計算：

　　Ψw＝RT/V_w，m×ln（P w_w/P0_w）w＝0.0083dm3·MPa·mol^-1·K^-1×(273＋25)K/18cm3·mol^-1×ln （3168/310⁵）＝2.78×10⁶Pa
8．假設一個細胞的Ψπ＝-8×105Pa，將其放入Ψπ＝-3×10⁵Pa的溶液中，請計算細胞Ψp為何值時才能分別發生以下三種情況：(1)細胞失水；(2)細胞吸水；(3)細胞既不吸水又不失水。
答：(1) 細胞失水：8×10⁵ Pa≥Ψp＞5×10⁵Pa
　　(2) 細胞吸水：0Pa≤Ψp＜5×10⁵Pa
　　(3) 細胞既不吸水又不失水：Ψp＝5×10⁵Pa
9．假定土壤的滲透勢和襯質勢之和為–10⁵Pa，生長在這種土壤中的植物根的Ψπ為–10⁶Pa，Ψp為7×10⁵Pa。在根與土壤達到平衡時，其Ψw、Ψπ和Ψp各為多少？如果向土壤加入鹽溶液，其水勢變為-5×10 ⁵Pa ，植物可能會出現什麼現象？
　　答：達到平衡時，根的Ψw＝-10⁵Pa，Ψπ＝-10⁶Pa，Ψp＝9×10⁵Pa，當土壤水勢降為-5×10⁵Pa，因為根中的水分流向土壤，所以植物會發生萎蔫。
10．氣溫為15.5℃時，假定水分在植物體內的運輸不受任何阻力，僅有1大氣壓(1.01325×10⁵Pa)的作用能使水在植物體內升高多少米？如果僅有根壓在水分運輸中起作用，根壓為3×10⁵Pa時，植物的最大高度能為多少米？
　　答：1.01325×10⁵Pa＝1.01325×10⁵N·m^-2；3×10⁵Pa＝3×10⁵N·m^-2
　　根據Ψg＝ρWgh，
　　h＝Ψg÷ρWg＝1.01325×10⁵ N·m^-2÷(1000Kg·m-3

9.8N·Kg^-1)＝10.3m
　　h＝Ψg÷ρWg＝3×10⁵ N·m^-2÷(1000Kg·m^-3×9.8N·Kg^-1)＝30.6
　　1大氣壓(1.01325×10⁵Pa)能使水在植物體內升高10.3米。根壓為3×10⁵Pa時，植物最大高度可為30.6米。