植物細(xì)胞吸收水分的三種形式:
1.吸脹吸水:親水物質(zhì)吸脹作用,沒(méi)有液泡細(xì)胞
2.滲透吸水:滲透作用吸水,有液泡細(xì)胞,主要方式
3 代謝吸水:需代謝提供能量
現(xiàn)用教材:植物細(xì)胞吸水的三種方式是擴(kuò)散、集流、滲透作用
一、 擴(kuò)散與集流
1、擴(kuò)散作用—由分子的熱運(yùn)動(dòng)所造成的物質(zhì)從濃度高處向濃度低處移動(dòng)的過(guò)程。
特點(diǎn):順濃度梯度進(jìn)行;適于短距離運(yùn)輸(胞內(nèi)跨膜或胞間)
2、集 流—-指液體中成群的原子或分子在壓力梯度下共同移動(dòng)的現(xiàn)象。
如:水在水管中的移動(dòng),水在木質(zhì)部導(dǎo)管中的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸,水從土壤溶液流入植物體
特點(diǎn):順壓力梯度進(jìn)行;通過(guò)膜上的水孔蛋白形成的水通道
二、 植物細(xì)胞的滲透性吸水
滲透作用定義:水分從水勢(shì)高的系統(tǒng)通過(guò)半透膜向水勢(shì)低的系統(tǒng)移動(dòng)的現(xiàn)象。
半透膜——只允許水等小分子通過(guò),其它溶質(zhì)分子或離子不易通過(guò)的膜。
(一) 相關(guān)概念
1.自由能—-對(duì)生物而言,能用于生物做功的能。
2.化學(xué)勢(shì)—-在恒溫、恒壓、其它組分不變的條件下,在無(wú)限大的體系中加入1mol該物質(zhì)引起體系自由能的改變量。 1mol該物質(zhì)所含的自由能。
3、水的偏摩爾體積-—在溫度、壓強(qiáng)及其它組分不變的條件下,在無(wú)限大的體系中加入1mol水時(shí),該1mol水所占的有效體積(Vw)
注:*1mol純物質(zhì)所占體積為摩爾體積V,水為18.0cm3
*1mol某物質(zhì)在一個(gè)混合體系中所占的體積為偏摩爾體積V
水勢(shì):水勢(shì)(ψW)—每偏摩爾體積水在一個(gè)系統(tǒng)中的化學(xué)勢(shì)與純水在
相同溫度、壓力下的化學(xué)勢(shì)之間的差。即每偏摩爾體積水的化學(xué)勢(shì)。
ψW=水的化學(xué)勢(shì)ՄW–純水的化學(xué)勢(shì)ՄW0/偏摩爾體積VW=ΔՄW / VW。ψW單位:1巴(bar)=0.987 大氣壓(atm) =105帕(Pa)=0.1兆帕(MPa)
說(shuō)明:水勢(shì)是自由能的量度,水的自由能越多水勢(shì)越大,純水水勢(shì)最大,為0
水總是從水勢(shì)高處向水勢(shì)低處流
*溫度越高,水勢(shì)越大
*壓力越大,水勢(shì)越大
*溶液越濃,水勢(shì)越小
(二) 植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)
細(xì)胞壁:透性膜
原生質(zhì)層:質(zhì)膜、細(xì)胞質(zhì)、液泡膜組成 ,半透膜
細(xì)胞滲透作用的三種情況:
(1)細(xì)胞ψW 》外界ψW,細(xì)胞失水,質(zhì)壁分離
(2)細(xì)胞ψW《 外界ψW,細(xì)胞吸水,質(zhì)壁分離復(fù)原
(3)細(xì)胞ψW = 外界ψW,細(xì)胞達(dá)滲透平衡
植物細(xì)胞與外部溶液之間構(gòu)成一個(gè)滲透系統(tǒng)
質(zhì)壁分離——植物細(xì)胞由于液泡失水而使原生質(zhì)體和細(xì)胞壁分離的現(xiàn)象。(觀看動(dòng)畫(huà))
質(zhì)壁分離復(fù)原——發(fā)生了質(zhì)壁分離的細(xì)胞吸水后使整個(gè)原生質(zhì)體恢復(fù)原狀的現(xiàn)象,或稱去質(zhì)壁分離。 (觀看動(dòng)畫(huà))
(三) 植物細(xì)胞水勢(shì)的組成:
Ψw = ψs + ψp + ψg + ψm
Ψs :滲透勢(shì)
Ψp :壓力勢(shì)
Ψm :襯質(zhì)勢(shì)
Ψg :重力勢(shì)
1、滲透勢(shì)—-在某系統(tǒng)中,由于溶質(zhì)顆粒的存在,而使水勢(shì)降低的值,又叫溶質(zhì)勢(shì)。
對(duì)一種溶液來(lái)說(shuō),ψw = ψs對(duì)植物細(xì)胞來(lái)說(shuō),ψs主指液泡中細(xì)胞液溶質(zhì)顆粒存在而降低的水勢(shì),ψs〈0,負(fù)值
ψs大小取決于溶質(zhì)顆�?倲�(shù)
M蔗糖ψs > 1M NaCl ψs (電解質(zhì))
測(cè)定方法:小液流法(用蔗糖液,它對(duì)細(xì)胞無(wú)毒,不易透過(guò)膜,粘度高,小液滴不易擴(kuò)散,便于觀察)
2、壓力勢(shì) -—由于細(xì)胞壁壓力的存在,而使水勢(shì)發(fā)生的變化。(壓力對(duì)水勢(shì)的影響)
(1) ψp 〉0,正常情況壓力正向作用細(xì)胞,增加 ψw
(2) ψp〈 0,劇烈蒸騰壓力負(fù)向作用細(xì)胞,降低ψw
(3)ψp = 0,質(zhì)壁分離時(shí),壁對(duì)質(zhì)無(wú)壓力
3、重力勢(shì)
重力勢(shì)Ψg ——指水分因重力存在而使體系水勢(shì)增加的值,考慮小范圍水分移動(dòng)時(shí)可忽略。依水的高度、水的密度、重力加速度而定。
當(dāng)水高1米時(shí),重力勢(shì)是0.01MP,考慮到水在細(xì)胞內(nèi)的水平移動(dòng),通常忽略不計(jì)。
4.襯質(zhì)勢(shì) ——由于親水性物質(zhì)和毛細(xì)管對(duì)自由水的束縛而引起的水勢(shì)降低值
ψm 〈 0,降低水勢(shì)。親水物質(zhì)吸水力:蛋白質(zhì)〉淀粉〉纖維素
記�。�
*有液泡細(xì)胞,原生質(zhì)幾乎已被水飽和
ψm = --0.01 MPa ,忽略不計(jì); Ψg也忽略
水勢(shì)公式簡(jiǎn)化為:ψw = ψs+ ψp
*沒(méi)有液泡的分生細(xì)胞、風(fēng)干種子胚細(xì)胞:ψw = ψm
*初始質(zhì)壁分離細(xì)胞:ψw = ψs
*水飽和細(xì)胞: ψw = 0
(四)細(xì)胞水勢(shì)與相對(duì)體積的關(guān)系
細(xì)胞吸水,體積增大、 ψs 、 ψp 、ψw 增大
細(xì)胞吸水飽和,體積、 ψs 、 ψp ,ψw = 0最大
細(xì)胞失水,體積減小, ψs 、 ψp 、 ψw 減小
細(xì)胞失水達(dá)初始質(zhì)壁分離 ψp = 0, ψw = ψs
細(xì)胞繼續(xù)失水, ψs 、 ψp 可能為負(fù) ψw《ψs
(五)細(xì)胞間的水分移動(dòng)
相鄰兩細(xì)胞間水分移動(dòng)方向取決于兩細(xì)胞間的水勢(shì)差,水總是從水勢(shì)高處流向水勢(shì)低處,勢(shì)差越大,流速越快 。
思考:以下論點(diǎn)是否正確,為什么?
1、一個(gè)細(xì)胞溶質(zhì)勢(shì)與所處外界溶液的溶質(zhì)勢(shì)相等,則細(xì)胞體積不變。
2、若細(xì)胞的ψp = - ψs,將其放入某一溶液中時(shí),則體積不變
3、將一充分飽和的細(xì)胞放于某一比細(xì)胞液濃度低50倍的溶液中,則體積變小。
三 、細(xì)胞的吸脹作用吸水
吸脹作用——親水膠體吸水膨脹的現(xiàn)象。
1.風(fēng)干種子的吸水(種子萌發(fā)時(shí)的吸水)
2.分生細(xì)胞(未形成液泡)的吸水過(guò)程
3果實(shí)種子形成過(guò)程的吸水
問(wèn)題: 為什么豆科植物種子易吸水脹破種皮而順利發(fā)芽?
四、細(xì)胞的代謝性吸水
v代謝性吸水—利用細(xì)胞呼吸作用釋放的能量,使水分經(jīng)過(guò)質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程。
五、水分進(jìn)入細(xì)胞的途徑
A單個(gè)水分子通過(guò)膜脂雙分子層的間隙進(jìn)入細(xì)胞
B水集流通過(guò)質(zhì)膜上水孔蛋白中的水通道進(jìn)入細(xì)胞
水孔蛋白:在植物細(xì)胞質(zhì)膜和液泡膜上的膜內(nèi)蛋白,分子量在
25~30KD,其多肽鏈穿越膜并形成孔道,特異的允許水分子通過(guò),具有高效轉(zhuǎn)運(yùn)水分子的功能。
(一)根系的吸水部位:根毛區(qū)
(二)根系的吸水途徑
相關(guān)概念
共質(zhì)體 —-活細(xì)胞內(nèi)的原生質(zhì)體以胞間連絲互相連續(xù)在一起的整體系統(tǒng)。
質(zhì)外體 —-包括細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙、導(dǎo)管、管胞等無(wú)生命部分組成的一個(gè)系統(tǒng),又稱自由空間,水分和溶質(zhì)可在其中自由擴(kuò)散。
自由空間兩個(gè)區(qū)域:凱氏帶內(nèi),凱氏帶外