1.水分在植物生命活動中的作用:
①水是細胞質的主要成分;
②維持細胞體積、植物的正常形態和生長發育中的細胞膨大;
③水是光合作用、呼吸作用、有機物質合成和分解的生物化學過程中的反應物質;
④水是植物中的物質吸收、運輸和化學反應的溶劑和介質;
⑤水為水生植物和海洋植物提供了必需的生存環境;
⑥水分經過植物體表的蒸發是植物散熱降溫的重要手段;
⑦水是蒸騰拉力的壓力傳遞介質;
⑧水是穩定細胞的脂雙層膜結構所必需的物質;
⑨水對於植物的生長發育、代謝途徑和次生代謝物質的積累、對於農產品的產量和質量、各地區的植被類型等都有決定性的影響。
2.水勢與植物細胞對水分的吸收:
水勢的概念:一個體係中水的水勢是體係中水的偏摩爾體積化學勢與一標準態的水的偏摩爾體積化學勢之差。
植物細胞水勢由滲透勢、重力勢、襯質勢和壓力勢組成。壓力勢是體係內的水與標準態水的壓力差導致的水勢改變量。滲透勢是由於體係內水溶液中溶質顆粒的存在導致的水勢改變量,土壤學中常稱為溶質勢。溶質顆粒的存在導致水的化學勢降低,因而滲透勢總是負值。襯質勢是因襯質表麵吸附力而產生的水勢。
植物細胞對水分的吸收:植物細胞吸收水分的方式有三種。
①滲透性吸水(具液泡細胞):水分由水勢高的係統,通過半透膜向水勢低的係統轉移的現象。活細胞的原生質層是半透膜,構成了一個滲透係統;
②吸脹性吸水(未形成液泡的細胞):幹燥種子根尖,莖尖分生細胞、果實和種子形成過程中靠吸脹吸水,由於吸脹過程與細胞的代謝活動沒有直接關係,所以又把吸脹吸水稱為非代謝性吸水;
③代謝性吸水(直接耗能):水分的跨膜運輸包括擴散、集流、擴散是指分子從較高化學勢區域到較低化學勢區域的運動。在有壓力差的情況下,液體中大量分子成群的集體運動稱為集流。
3.根係對水分的吸收:
土壤中的水有三種形式,一是重力水,即土壤大孔徑中保存的水,二是毛管水,即土壤小孔徑保存的水,三是束縛水。
根係吸水的方式:
①主動吸水,以根壓為動力的根係吸水過程;
②被動吸水:大氣←葉孔和細胞表麵蒸騰←葉肉細胞←葉脈導管←莖導管←根導管←根部。
根部水分的運輸:分為沿根橫截麵半徑方向的徑向運輸和沿根長度方向的軸向運輸或縱向運輸。徑向運輸的途徑有三條,包括質外體途徑、跨膜途徑和共質體途徑。跨膜途徑是指水分從一個細胞遷移到另一個細胞,兩次通過質膜,這是植物根吸收水分最主要的運輸途徑。植物根係由於凱氏帶結構的阻隔,根係的內皮層就形成了事實上的半透膜,因此根係對溶液的吸收具有選擇性。
植物根部水分吸收主要在根尖部分進行。根毛區有大量根毛形成非常大的吸收麵積,再加上根毛區的疏導組織基本成熟,輸水阻力較小,使根毛區具有最大的水分吸收能力。
植物根係從土壤中吸收水分的動力是根木質部導管中的溶液和根外土壤溶液的水勢差,主要包括壓力勢差和滲透勢差。其中壓力勢差是由蒸騰拉力在植物的木質部導管產生負壓力所導致的,滲透勢差為木質部導管溶液與土壤溶液溶質的濃度差所導致的。在白天的蒸騰過程中,蒸騰拉力是根係水分吸收的主要動力,滲透勢差的作用相對較小,但植物的吐水、傷流和根壓與滲透勢直接相關。