03.22 植物吸水水势的理解及例题分析

1、纯水水势最高，人为规定为0。其实就是纯水中水最多（可以理解为水的浓度为100%）

2、细胞的溶质势 ψs（也叫渗透势，用Ψπ表示)。

由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值

理解：就是水中溶解有其它物质，从而使水的量变少了（如70%的蔗糖溶液，则水就只占30%了）

细胞内的无机离子、糖类、有机酸、色素等溶质大量存在。

细胞液所具有的溶质势是各种溶质势的总和。

溶质降低细胞水势。

陆生植物在-2~-1MPa。

3、细胞的压力势 ψp

1）、细胞吸水时，体积增大，但细胞壁弹性小，原生质体吸水膨胀后，对细胞壁会产生一个压力（叫彭压）。根据力的相互作用，细胞壁对原生质体必然存在一个向内压力，这个压力就产生了压力势。

2）、此压力其实就是由外向内压，这样子会造成细胞有缩小的潜势，因此会增加水分由胞内向胞外移动的能力。即：细胞缩小，水分当然向处流了。

3）、细胞内由于有渗透势的存在所以要吸水，即水分向细胞内流动，因此，要克服水分向外流动的压力势。也就是说压力势方向与渗透势方向相反，而溶液的渗透势总是负值，所以，这时细胞的压力势为正值。

4）、当细胞即不膨胀也不收缩或处于质壁分离状态时，细胞壁对原生质体压力为零，因此，这时压力势为零。

5）、当剧烈蒸腾时，细胞壁蒸发失水多于原生质体蒸发失水，细胞剧烈收缩，向内挤压原生质体，这时原生质体有膨大潜势，即增加水分由胞外向胞内移动的潜势，此时压力势方向与渗透势方向相同，即此时压力势为负值。细胞壁蒸发失水越多，收缩得越厉害，对原生质体的压力也越大，压力势就越负。

4、细胞的衬质势Ψm

是指细胞中的亲水物质如蛋白质体、淀粉粒、纤维素、染色体和膜系统等对自由水的束缚而引起水势的降低值。

理解：就是一些水由自由水变成结合水了，所以自由水就少了。因此衬质势呈负值。

5、植物细胞吸水过程中水势组分的变化

ψｗ＝ψs（ ψ∏）＋ψm＋ψp

有液泡的细胞 ψｗ＝ψs＋ψp

干种子、分生组织 ψｗ＝ψm

蒸腾强烈时，水分为气相 ψｗ＜ψs ，ψp＜0

初始质壁分离 ψｗ＝ψs， ψp＝0

开放系统（溶液） ψｗ＝ψs＝- iCRT

体积变化 ψs1V1＝ψs2V2

Ⅰ.植物细胞为常态 ψw＝ψs＋ψp

Ⅱ.植物细胞吸水达到紧张状态 ψw＝0,ψs = -ψp

体积最大 , 细胞吸水能力最小。

Ⅲ.植物细胞初始质壁分离状态 ψw ＝ψs,ψp＝0

体积最小，细胞吸水能力最大。

Ⅳ.植物细胞水为蒸汽状态 ψp＜0, ψw≤ψs＋ψp

6、1mol 蔗糖液水势为-2.69MPa， 1molKCl溶液水势为-4.5MPa ，海水的水势约为-2.5MPa。

7、ys = - iCRT

i：溶质的解离系数;C:质量摩尔浓度；R：气体常数（0.0083kgˑMPaˑmol-1ˑK1）；T：热力学温度

例题：

1．一个细胞的Ψw为-0.8MPa，在初始质壁分离时的Ψs为－1.65MPa，设该细胞在发生初始质壁分离时比原来体积缩小4%，计算其原来的Ψπ和Ψp各为多少MPa？
答：根据溶液渗透压的稀释公式，溶质不变时，渗透压与溶液的体积成反比，有下列等式：
　　π₁V₁＝π₂V₂或 Ψπ₁V₁＝Ψπ₂V₂
　　 Ψπ_原来×100%＝Ψπ_质壁分离×96%

　　 Ψπ_原来＝(-1.65MPa×96)/100＝-1.536MPa
　　Ψp＝Ψw–Ψπ＝-0.8MPa–(-1.536MPa)＝0.736MPa
　　原来的Ψπ为-1.536 MPa，Ψp为 0.736MPa.
2．将Ψm为-100MPa的干种子，放置在温度为27℃、RH为60%的空气中，问干种子能否吸水?
答：气相的水势可按下式计算:
　　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
　　由于RH为60%的气相水势大于-100MPa干种子的水势，因此干种子能从RH为60%空气中吸水.
3．一组织细胞的Ψs为-0.8MPa，Ψp为0.1MPa，在27℃时，将该组织放入0.3mol·L^-1的蔗糖溶液中，问该组织的重量或体积是增加还是减小?
答：细胞的水势Ψw＝Ψs＋Ψp＝-0.8MPa＋0.1MPa＝-0.7MPa
　　蔗糖溶液的水势Ψw溶液＝-iCRT＝0.3 mol·L^-1×0.0083 L·MPa·mol^-1·k^-1×(273＋27)K
　　 ＝-0.747 MPa
　　由于细胞的水势＞蔗糖溶液的水势 ，因此细胞放入溶液后会失水，使组织的重量减少，体积缩小。
4．若室温为27℃，将洋葱鳞叶表皮放在0.45mol·L-1

的蔗糖溶液中，细胞发生细胞质壁分离；放在0.35mol·L^-1的蔗糖溶液中，细胞有胀大的趋势；放在0.4mol·L^-1的蔗糖溶液中，细胞基本上不发生变化，这表明细胞水势约为多少？
答：植物细胞放在已知水势的溶液中，只有和溶液间水分交换保持动态平衡时，溶液的水势等于细胞水势。本题中洋葱鳞叶表皮细胞水势相当于0.4mol·L^-1的蔗糖溶液的水势。
　　Ψw＝-RTC＝-0.0083 L·MPa·mol^-1·K^-1×0.4mol·L×(273＋27)K＝0.996 Mpa
　　洋葱鳞叶表皮细胞水势为0.996 Mpa。
5．有A、B两细胞，A细胞的Ψπ＝-10⁶Pa，Ψp＝4×10⁵Pa，B细胞的Ψπ＝-6×10⁵Pa，Ψp＝3×10⁵Pa。请问：(1) A、B两细胞接触时，水流方向如何？(2) 在28℃时，将A细胞放入0.12 mol·L -1蔗糖溶液中，B细胞放入0.2 mol·L-1蔗糖溶液中。假设平衡时两个细胞的体积没有发生变化，平衡后A、B两细胞的Ψw、Ψπ和Ψp各为多少？如果这时它们相互接触，其水流方向如何？
答：
　　(1) A细胞：Ψw＝-10⁶Pa＋4×10⁵Pa＝-6×10⁵Pa
　　B细胞：Ψw＝-6×10⁵Pa＋3×10⁵Pa＝-3×10⁵Pa
　　由于B细胞水势高于A细胞的，所以相互接触时从B细胞流入A细胞；
　　(2) A细胞：Ψw＝外液水势＝-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细胞的Ψw＝外液水势＝-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，
　　由于A细胞水势高于B细胞的，所以相互接触时水从A细胞流入B细胞。
6．三个相邻细胞A、B、C的Ψs、Ψp如下图，三细胞的水势各为多少？用箭头表示出三细胞之间的水分流动方向。

A
Ψs＝-1Mpa
Ψp＝0.4Mpa

B
Ψs＝－0.9Mpa
Ψp＝0.6Mpa

C
Ψs＝－0.8Mpa
Ψp＝0.4Mpa

答：细胞水势：A：Ψw＝－0.6Mpa，B：Ψw＝－0.3Mpa，C：Ψw＝－0.4Mpa
　　水流方向：
　　细胞C流向细胞A。
7．25℃时，纯水的饱和蒸汽压为3168 Pa·1mol·L–1蔗糖溶液中水的饱和蒸汽压为310⁵ Pa.。水的偏摩尔体积近似为18cm3·　　mol–1。请计算1mol·L–1蔗糖溶液的水势是多少？
答：气相的水势公式则按下式计算：

　　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．假设一个细胞的Ψπ＝-8×105Pa，将其放入Ψπ＝-3×10⁵Pa的溶液中，请计算细胞Ψp为何值时才能分别发生以下三种情况：(1)细胞失水；(2)细胞吸水；(3)细胞既不吸水又不失水。
答：(1) 细胞失水：8×10⁵ Pa≥Ψp＞5×10⁵Pa
　　(2) 细胞吸水：0Pa≤Ψp＜5×10⁵Pa
　　(3) 细胞既不吸水又不失水：Ψp＝5×10⁵Pa
9．假定土壤的渗透势和衬质势之和为–10⁵Pa，生长在这种土壤中的植物根的Ψπ为–10⁶Pa，Ψp为7×10⁵Pa。在根与土壤达到平衡时，其Ψw、Ψπ和Ψp各为多少？如果向土壤加入盐溶液，其水势变为-5×10 ⁵Pa ，植物可能会出现什么现象？
　　答：达到平衡时，根的Ψw＝-10⁵Pa，Ψπ＝-10⁶Pa，Ψp＝9×10⁵Pa，当土壤水势降为-5×10⁵Pa，因为根中的水分流向土壤，所以植物会发生萎蔫。
10．气温为15.5℃时，假定水分在植物体内的运输不受任何阻力，仅有1大气压(1.01325×10⁵Pa)的作用能使水在植物体内升高多少米？如果仅有根压在水分运输中起作用，根压为3×10⁵Pa时，植物的最大高度能为多少米？
　　答：1.01325×10⁵Pa＝1.01325×10⁵N·m^-2；3×10⁵Pa＝3×10⁵N·m^-2
　　根据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大气压(1.01325×10⁵Pa)能使水在植物体内升高10.3米。根压为3×10⁵Pa时，植物最大高度可为30.6米。