【正文】 的現(xiàn)象。當(dāng)外界溶液的濃度大干細(xì)胞內(nèi)部溶液濃度時(shí)，外界溶液中的溶質(zhì)便擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)外的濃度差大時(shí)，細(xì)胞大量吸收物質(zhì)，但隨著濃度差變小，吸收也隨之減少，直至細(xì)胞內(nèi)外濃度達(dá)到平衡為止。（1）被動(dòng)吸收被動(dòng)吸收：是指由于擴(kuò)散作用或其他物理過(guò)程而進(jìn)行的吸收，是不需要消耗代謝能量的，故又稱非代謝性吸收。（二）礦質(zhì)元素的吸收和運(yùn)輸1．植物細(xì)胞對(duì)礦質(zhì)元素的吸收植物細(xì)胞吸收礦質(zhì)元素的方式有三種：被動(dòng)吸收、主動(dòng)吸收和胞飲作用。所以導(dǎo)管或管胞中的水柱可以保持連續(xù)，保證在蒸騰作用進(jìn)行時(shí)木質(zhì)部中的水分能不斷向上運(yùn)輸。這里就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題，蒸騰拉力將導(dǎo)管中的水柱向上拉，同時(shí)水柱本身的重力又將水柱向下拖，水柱的兩端同時(shí)受到上拉下拖兩種力量的作用，使水柱處于緊張狀態(tài)，產(chǎn)生張力，水柱就有發(fā)生中斷的趨勢(shì)，而導(dǎo)管中水柱的連續(xù)性對(duì)根系的吸水和水分上升來(lái)講又是必要的。一般被動(dòng)吸水占有很大的比重，主動(dòng)吸水很少。這就猶如造成了一種將導(dǎo)管中的水向上拉的力量，這種由于蒸騰作用產(chǎn)生的一系列水勢(shì)梯度使導(dǎo)管中水分上升的力量就稱為蒸騰拉力。由于蒸騰，靠近氣孔下腔的葉肉細(xì)胞含水量減少。這樣內(nèi)外質(zhì)外體之間就形成了一個(gè)水勢(shì)梯度，于是水經(jīng)過(guò)內(nèi)皮層的滲透作用而進(jìn)入中往，進(jìn)入導(dǎo)管，使導(dǎo)管內(nèi)產(chǎn)生一種靜水壓力即根壓，水分即沿導(dǎo)管上升。之后細(xì)胞中的離子又被動(dòng)地?cái)U(kuò)散到導(dǎo)管中，即由共質(zhì)體進(jìn)入質(zhì)外體。滲透理論認(rèn)為：土壤中含有豐富的離子，在質(zhì)外體的外部（皮層），離子隨土壤溶液進(jìn)入質(zhì)外體直至內(nèi)皮層，溶液中的離子可被活細(xì)胞主動(dòng)吸收，即由質(zhì)外體進(jìn)入共質(zhì)體。內(nèi)外兩部分質(zhì)外體之間的水分和溶質(zhì)的交流，都只有通過(guò)內(nèi)皮層細(xì)胞原生質(zhì)體部分來(lái)進(jìn)行。和共質(zhì)體不同，質(zhì)外體是不連續(xù)的，由于內(nèi)皮層凱氏帶的存在，內(nèi)皮層就將質(zhì)外體分隔成為兩個(gè)區(qū)域，其一在內(nèi)皮層外，包括皮層部分的細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙，這部分可以和土壤溶液之間保持水分和溶質(zhì)的擴(kuò)散平衡。質(zhì)外體則是指細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙和木質(zhì)部導(dǎo)管等原生質(zhì)體以外的部分。共質(zhì)體是指植物體中所有細(xì)胞中活的部分，即是指整個(gè)植物體的原生質(zhì)總體。為更好地理解這個(gè)理論，必須首先了解植物體的結(jié)構(gòu)。被動(dòng)吸水由蒸騰作用而引起，而與根系的活動(dòng)無(wú)關(guān)，吸水的動(dòng)力是蒸騰拉力。根系的吸水方式有兩種，即主動(dòng)吸水和被動(dòng)吸水。因此，在產(chǎn)生張力時(shí)，細(xì)胞的水勢(shì)將變得比ψs更負(fù)。同時(shí)，細(xì)胞壁產(chǎn)生的反作用力使原生質(zhì)體和細(xì)胞液處于張力的狀態(tài)。在一般情況下，細(xì)胞的ψp為正值，但處于強(qiáng)烈蒸騰環(huán)境中的細(xì)胞的ψp為負(fù)值，而不為正值。即有液泡細(xì)胞的水勢(shì)可以用公式ψw＝ψs＋ψp進(jìn)行表示和計(jì)算。就ψm來(lái)講，干燥種子和未形成液泡的細(xì)胞中，ψm是一個(gè)很大的負(fù)值；而在有液泡的細(xì)胞中，由于細(xì)胞的襯質(zhì)部分已被水飽和，ψm等于零或接近于零，其絕對(duì)值很?。ǎ迹鄬?duì)于絕對(duì)值很大的水勢(shì)來(lái)講，就十分的微不足道了。從作用效果看，ψs和ψm是使水分由細(xì)胞外向細(xì)胞內(nèi)流的力量；ψp則是使水分由胞內(nèi)向外滲的力量；就是說(shuō)ψs和ψm的符號(hào)與ψp的符號(hào)相反，ψs和ψm為負(fù)，而ψp為正。所以說(shuō)，植物細(xì)胞的吸水不僅決定于細(xì)胞的滲透勢(shì)ψs，壓力勢(shì)ψp，而且也決定于細(xì)胞的襯質(zhì)勢(shì)ψm。此外，細(xì)胞質(zhì)為親水膠體，能束縛一定量的水分，這就等于降低了細(xì)胞的水勢(shì)。這個(gè)由于壓力的存在而使細(xì)胞水勢(shì)的增加值就稱為壓力勢(shì)，用ψp表示。當(dāng)細(xì)胞處在高水勢(shì)溶液中時(shí)，細(xì)胞吸水，體積擴(kuò)大，由于細(xì)胞原生質(zhì)體和細(xì)胞壁的伸縮性不同，前者大于后者，所以細(xì)胞的吸水肯定會(huì)使細(xì)胞的原生質(zhì)體對(duì)細(xì)胞壁產(chǎn)生一種向外的推力，即膨壓。因此又稱為溶質(zhì)勢(shì)，用ψs 表示。所以說(shuō)一個(gè)成熟的植物細(xì)胞與外界環(huán)境溶液共同構(gòu)成了一個(gè)滲透系統(tǒng)，能夠發(fā)生滲透作用。即環(huán)境溶液的水勢(shì)高于細(xì)胞的水勢(shì)（高水勢(shì)液），環(huán)境溶液的水勢(shì)低于細(xì)胞的水勢(shì)（低水勢(shì)液），環(huán)境溶液的水勢(shì)與細(xì)胞的水勢(shì)相等（等水勢(shì)液）。這樣我們就有充分的理由將細(xì)胞的整個(gè)原生質(zhì)體（原生質(zhì)膜、液泡膜和中質(zhì)）看做是一個(gè)分別透性膜。而原生質(zhì)膜和液泡膜則是分別透性膜。2．植物細(xì)胞的水勢(shì)與滲透吸水成熟的植物細(xì)胞外為纖維素和果膠質(zhì)組成的細(xì)胞壁，中央有一個(gè)大的液泡，細(xì)胞壁和液泡之間則是細(xì)胞的原生質(zhì)體。水勢(shì)的大小能夠指示水分發(fā)生反應(yīng)或產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的方向和限度，并且與化學(xué)勢(shì)所指示的完全相同，無(wú)論在植物體外還是在植物體內(nèi)，水分總是順著水勢(shì)梯度由高水勢(shì)流向低水勢(shì)區(qū)。其他的任何溶液（在開(kāi)放系統(tǒng)中）都由于溶質(zhì)的存在，降低了水的自由能而使水的化學(xué)勢(shì)都小于純水，全為負(fù)值。就是說(shuō)在這個(gè)系統(tǒng)中，（），（）?，F(xiàn)舉一例來(lái)說(shuō)明。水勢(shì)就是每偏摩爾體積水的化學(xué)勢(shì)差，就是水的化學(xué)勢(shì)差被水的偏摩爾體積來(lái)除所得的商。盡管純水的化學(xué)勢(shì)的絕對(duì)值也不易測(cè)定，但人們可以規(guī)定一個(gè)值來(lái)作為純水的化學(xué)勢(shì)，其他溶液的水的化學(xué)勢(shì)就通過(guò)與純水的化學(xué)勢(shì)的值進(jìn)行比較而得到。但是，任何物質(zhì)分子的化學(xué)勢(shì)的絕對(duì)值并不容易測(cè)定，水的化學(xué)勢(shì)亦如此。在上述系統(tǒng)中高錳酸鉀分子擴(kuò)散的同時(shí)，水分子也在擴(kuò)散，消耗的是水的化學(xué)勢(shì)，是水中能夠用于做功的能量度量?；瘜W(xué)勢(shì)用μ來(lái)表示，單位是耳格／摩爾或達(dá)因正因?yàn)槿绱?，高錳酸鉀分子也只能由化學(xué)勢(shì)較高的結(jié)晶向化學(xué)勢(shì)較低的其他地方遷移，直到燒杯各處高錳酸鉀的化學(xué)勢(shì)都相等為止。其大小與物質(zhì)的濃度或純度呈正相關(guān)關(guān)系，并且能夠指示物質(zhì)分子發(fā)生反應(yīng)或產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的方向和限度?；瘜W(xué)勢(shì)就是在恒溫恒壓條件下，一摩爾的物質(zhì)分子所具有的自由能，自由能則是在恒溫恒壓條件下能夠用于做功的能量。（一）水分的吸收、運(yùn)輸1．自由能和水勢(shì)當(dāng)把一小塊高錳酸鉀結(jié)晶投入到一盛有純水的燒杯中時(shí)，高錳酸鉀分子會(huì)迅速地由結(jié)晶處向燒杯中的其他地方遷移。植物生理教案( 高中生物奧賽輔導(dǎo)站) 第三章 植物生理 一、競(jìng)賽中涉及的問(wèn)題 根據(jù)最新國(guó)際生物學(xué)奧林匹克競(jìng)賽（IBO）綱要和全國(guó)中學(xué)生生物學(xué)競(jìng)賽大綱（試行）要求，有關(guān)植物生理學(xué)的內(nèi)容主要包括：水分、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收和運(yùn)輸；光合作用；呼吸作用；蒸騰作用；生長(zhǎng)和發(fā)育，激素；生殖。上述內(nèi)容中，原中學(xué)生物教學(xué)大綱中已有的不再重復(fù)，只對(duì)其他一些在競(jìng)賽中經(jīng)常遇到但又難于理解的內(nèi)容作些簡(jiǎn)要的分析或說(shuō)明。這種遷移之所以能夠發(fā)生，完全是由于結(jié)晶與燒杯中的其他地方存在著化學(xué)勢(shì)差的結(jié)果。所以化學(xué)勢(shì)就是指物質(zhì)分子能夠用于做功的能量的度量。在上述系統(tǒng)中，高錳酸鉀分子遷移消耗的就是高錳酸鉀分子的化學(xué)勢(shì)或者說(shuō)就是高錳酸鉀分子的自由能。這種物質(zhì)分子順著化學(xué)勢(shì)梯度或濃度遷移的現(xiàn)象就叫擴(kuò)散。厘米 / 摩爾。其大小當(dāng)然能夠指示水分子發(fā)生反應(yīng)或產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的方向和限度，包括植物體內(nèi)的水分運(yùn)動(dòng)。我們通常所說(shuō)的水的化學(xué)勢(shì)實(shí)際上是一個(gè)差值，是系統(tǒng)中水的化學(xué)勢(shì)與0℃、105 Pa下純水的化學(xué)勢(shì)之差。但是，在植物生理學(xué)上，一般并不以水的化學(xué)勢(shì)差的大小來(lái)指示水分運(yùn)動(dòng)的方向和限度，而是以水勢(shì)的大小來(lái)指示的。即：式中Ψ表示的是水勢(shì)；μw表示的是系統(tǒng)中水的化學(xué)勢(shì)；μw0表示的是純水的化學(xué)勢(shì)；Δμ表示的是化學(xué)勢(shì)差； 表示的是系統(tǒng)中水的偏摩爾體積。在20℃、105Pa下，＋＝。水勢(shì)的大小決定于化學(xué)勢(shì)差的大小，純水的化學(xué)勢(shì)最大，并規(guī)定在0℃、105Pa下為0，所以純水的水勢(shì)也最大，在0℃、105Pa下也為0。水勢(shì)當(dāng)然也比純水小，也全為負(fù)值。水勢(shì)的單位是壓力單位，達(dá)因 / 厘米2，這可由ψ＝Δμ/ 推出，通常以帕斯卡（pa）來(lái)表示。從物質(zhì)透過(guò)角度講，細(xì)胞壁是一個(gè)完全的透性膜，水分和溶質(zhì)都可以自由地透過(guò)。而且原生質(zhì)膜和液泡膜之間的中質(zhì)也并非是任何物質(zhì)都容易透過(guò)的結(jié)構(gòu)。液泡中是具有一定滲透勢(shì)的溶液，那么植物細(xì)胞所處的環(huán)境溶液的情況就不外乎三種。但不論處在何種情況下，植物細(xì)胞與外界溶液之間都能夠發(fā)生滲透作用，只不過(guò)在第三種情況下，由于細(xì)胞內(nèi)外無(wú)水勢(shì)差的存在，外觀上沒(méi)有水分進(jìn)出細(xì)胞的現(xiàn)象發(fā)生。植物細(xì)胞以滲透吸水為主，吸水的動(dòng)力來(lái)自細(xì)胞內(nèi)外的水勢(shì)之差，那么，植物細(xì)胞的水勢(shì)又該如何計(jì)算呢？成熟的植物細(xì)胞中央有大的液泡，其內(nèi)充滿著具有一定滲透勢(shì)的溶液，所以滲透勢(shì)肯定是細(xì)胞水勢(shì)的組成之一，它是由于液泡中溶質(zhì)的存在而使細(xì)胞水勢(shì)的降低值。由于純水的滲透勢(shì)最大，并規(guī)定為0，所以任何溶液的滲透勢(shì)都比純水要小，全為負(fù)值。反過(guò)來(lái)細(xì)胞壁也會(huì)對(duì)細(xì)胞原生質(zhì)體、對(duì)細(xì)胞液產(chǎn)生一種壓力，這種壓力是促使細(xì)胞內(nèi)的水分向外流的力量，這就等于增加了細(xì)胞的水勢(shì)。其方向與滲透勢(shì)相反，一般情況下為正值。這種由于細(xì)胞的膠體物質(zhì)（襯質(zhì)）的親水性而引起的水勢(shì)降低值就稱為細(xì)胞的襯質(zhì)勢(shì)，以ψm表示。一個(gè)典型的植物細(xì)胞的水勢(shì)應(yīng)由三部分組成，即ψw＝ψs＋ψp＋ψm。理論上細(xì)胞的水勢(shì)ψw應(yīng)由ψs、ψp和ψm三部分組成，但ψs