(3)与吸水力联系起来 水势概念与传统的吸水力（S）概念有联系，在数值上Ψw＝-S，使原先前人测定的吸水力数值在加上负号后就变成水势值。
4．土壤溶液和植物细胞在水势的组分上有何异同点？
答：(1)共同点：土壤溶液和植物细胞水势的组分均由溶质势、衬质势和压力势组成。
(2)不同点：①土壤中构成溶质势的成分主要是无机离子，而细胞中构成溶质势的成分除无机离子外，还有有机溶质；②土壤衬质势主要是由土壤胶体对水分的吸附所引起的，而细胞衬质势则主要是由细胞中蛋白质、淀粉、纤维素等亲水胶体物质对水分的吸附而所引起的；③土壤溶液是个开放体系，土壤的压力势易受外界压力的影响，而细胞是个封闭体系，细胞的压力势主要受细胞壁结构和松驰或紧张状态情况的影响。
5．植物吸水有哪几种方式？
答：通常认为细胞的水势主要由三部分组成：Ψ细胞＝Ψs＋Ψm＋Ψp，这三个组成中的任何一个发生变化，都会影响细胞水势的变化，从而影响细胞与外界水分的交换。所以引起植物吸水主要有三种方式：
(1)渗透吸水 指由于Ψs的下降而引起的细胞吸水。含有液泡的细胞吸水，如根系吸水、气孔开闭时保卫细胞的吸水主要为渗透吸水。 (2)吸胀吸水 依赖于低的Ψm而引起的吸水。无液泡的分生组织和干燥种子中含有较多衬质(亲水物体)，它们可以氢键与水分子结合，吸附水分。
(3)降压吸水 这里是指因Ψp的降低而引发的细胞吸水。如蒸腾旺盛时，木质部导管和叶肉细胞(特别是萎蔫组织)的细胞壁都因失水而收缩，使压力势下降，从而引起细胞水势下降而吸水。失水过多时，还会使细胞壁向内凹陷而产生负压，这时Ψp＜0，细胞水势更低，吸水力更强。
6．温度为什么会影响根系吸水？
答：温度尤其是土壤温度与根系吸水关系很大。过高过低对根系吸水均不利。
(1)低温使根系吸水下降的原因：①水分在低温下粘度增加，扩散速率降低，同时由于细胞原生质粘度增加，水分扩散阻力加大；②根呼吸速率下降，影响根压产生，主动吸水减弱；③根系生长缓慢，不发达，有碍吸水面积扩大。
(2)高温使根系吸水下降的原因：①土温过高会提高根的木质化程度，加速根的老化进程；②使根细胞中的各种酶蛋白变性失活。 土温对根系吸水的影响还与植物原产地和生长发育的状况有关。一般喜温植物和生长旺盛的植物的根系吸水易受低温影响，特别是骤然降温，例如在夏天烈日下用冷水浇灌，对根系吸水很不利。
7．试述将鲜嫩的蒜头浸入蔗糖与食醋配制的浓溶液中制成糖醋蒜的原理。
答：鲜嫩的蒜头浸入溶液中不能进行正常的有氧呼吸。另外，高浓度蔗糖溶液的渗透势很低，低于蒜头细胞的水势，使蒜头细胞失水发生质壁分离。同时，食醋的主要成分是醋酸，它是蛋白质的凝固剂，对细胞膜结构有破坏作用，因而当用蔗糖与食醋配制的浓溶液浸渍鲜嫩的新蒜不仅会对蒜细胞有杀伤作用，而且使大蒜细胞死亡，原生质层成为全透性，这样蔗糖和醋酸分子均可进入蒜细胞内，新蒜就被浸渍成糖醋蒜。
8．气孔开闭机理如何？植物气孔蒸腾是如何受光、温度、CO2浓度调节的？ 答：关于气孔开闭机理主要有两种学说:
(1)无机离子泵学说 又称K＋泵假说。光下K+由表皮细胞和副卫细胞进入保卫细胞，保卫细胞中K＋浓度显著增加，溶质势降低，引起水分进入保卫细胞，气孔就张开；暗中， K+由保卫细胞进入副卫细胞和表皮细胞，使保卫细胞水势升高而失水，造成气孔关闭。这是因为保卫细胞质膜上存在着H+_ATP酶，它被光激活后，能水解保卫细胞中由氧化磷酸化或光合磷酸化生成的ATP，产生的能量将H+从保卫细胞分泌到周围细胞中，使得保卫细胞的pH值升高，质膜内侧的电势变低，周围细胞的pH值降低，质膜外侧电势升高，膜内外的质子动力势驱动K+从周围细胞经过位于保卫细胞质膜上的内向K＋通道进入保卫细胞，引发开孔。
(2)苹果酸代谢学说 在光下， 保卫细胞内的部分CO2被利用时，pH值上升至8.0～8.5，从而活化了PEP羧化酶，PEP羧化酶可催化由淀粉降解产生的PEP与HCO3结合形成草酰乙酸，并进一步被NADPH还原为苹果酸。苹果酸解离为2H和苹果酸根，在H／K泵的驱使下，H促使保卫细胞吸水，气孔张开。当叶片由光下转入暗处时，该过程逆转。 气孔蒸腾显著受光、温度和CO2等因素的调节。
(1)光 光是气孔运动的主要调节因素。光促进气孔开启的效应有两种，一种是通过光合作用发生的间接效应；另一种是通过光受体感受光信号而发生的直接效应。光对蒸腾作用的影响首先是引起气孔的开放，减少内部阻力，从而增强蒸腾作用。其次，光可以提高大气与叶子温度，增加叶内外蒸气压差，加快蒸腾速率。
-+
+
+
+
与K+交换，保卫细胞内K+浓度增加，水势降低；苹果酸根进入液泡和Cl-共同与K+在电学上保持平衡。同时，苹果酸的存在还可降低水势，
(2)温度 气孔运动是与酶促反应有关的生理过程，因而温度对蒸腾速率影响很大。当大气温度升高时，叶温比气温高出2～10℃，因而，气孔下腔蒸气压的增加大于空气蒸气压的增加，这样叶内外蒸气压差加大，蒸腾加强。当气温过高时，叶片过度失水，气孔就会关闭，从而使蒸腾减弱。
3)CO2 低浓度CO2促进气孔张开，高浓度CO2能使气孔迅速关闭（无论光下或暗中都是如此）。在高浓度CO2下，气孔关闭可能的原因是：①高浓度CO2会使质膜透性增加，导致K+泄漏，消除质膜内外的溶质势梯度，②CO2使细胞内酸化，影响跨膜质子浓度差的建立。因此CO2浓度高时，会抑制气孔蒸腾。
9．简述水分在植物体内的运输途径和运输速率 。
答：水分在植物体内的运输的途径是：土壤水分→根毛→根皮层→根内皮层→根中柱鞘→根中柱薄壁细胞→根的导管或管胞→茎的导管→叶柄导管→叶脉导管→叶肉细胞→叶细胞间隙→气孔下腔→气孔→大气。水分运输途径中有经质外体的，有经共质体的，如从皮层→根中柱，叶脉→叶肉细胞，是通过共质体活细胞进行的。共质体运输虽只有几毫米，但阻力大，速度一般只有10-3cm·h-1。从土壤中吸收的水分进入根中柱之后，以集流的方式沿着导管和管胞向地上部运输。它们占水分运输全部途径（从根表皮到叶表皮）的99.5%以上。导管是中空而无原生质体的长形死细胞，阻力小，运输速度较快，一般3～45m·h-1；而管胞中由于相连的细胞壁未打通，水分须经壁中纹孔移动，阻力较大，运输速度不到0.6m·h。通常蒸腾作用旺盛，叶片失水多，根冠水势梯度大，植物体水分运输的速率也就较大。 10．高大树木导管中的水柱为何可以连续不中断？假如某部分导管中水柱中断了，树木顶部叶片还能不能得到水分？为什么？
答：蒸腾作用产生的强大拉力把导管中的水往上拉，而导管中的水柱可以克服重力的影响而不中断，这通常可用蒸腾流－内聚力－张力学说，也称“内聚力学说”来解释，即水分子的内聚力大于张力，从而能保证水分在植物体内的向上运输。水分子的内聚力很大，可达几十MPa。植物叶片蒸腾失水后，便向导管吸水，而水本身有重量，受到向下的重力影响，这样，一个上拉的力量和一个下拖的力量共同作用于导管水柱上就会产生张力，其张力可达-3.0MPa，但由于水分子内聚力远大于水柱张力，同时，水分子与导管或管胞壁的纤维素分子间还有附着力，因而维持了输导组织中水柱的连续性，使得水分不断上升。
导管水溶液中有溶解的气体，当水柱张力增大时，溶解的气体会从水中逸出形成气泡。在张力的作用下，气泡还会不断扩大，产生气穴现象。然而，植物可通过某些方式消除气穴造成的影响。例如气泡在某一些导管中形成后会被导管分子相连处的纹孔阻挡，而被局限在一条管道中。当水分移动遇到了气泡的阻隔时，可以横向进入相邻的导管分子而绕过气泡，形成一条旁路，从而保持水柱的连续性。另外，在导管内大水柱中断的情况下，水流仍可通过微孔以小水柱的形式上升。同时，水分上升也不需要全部木质部参与作用，只需部分木质部的输导组织畅通即可。
11．适当降低蒸腾的途径有哪些? 答：
(1)减少蒸腾面积 如移栽植物时，可去掉一些枝叶，减少蒸腾失水。
(2)降低蒸腾速率 如在移栽植物时避开促进蒸腾的高温、强光、低湿、大风等外界条件，增加植株周围的湿度，或复盖塑料薄膜等都能降低蒸腾速率。
(3)使用抗蒸腾剂，降低蒸腾失水量。
12．合理灌溉在节水农业中的意义如何？如何才能做到合理灌溉？
答：我国水资源总量并不算少，但人均水资源量仅是世界平均数的26%，而灌溉用水量偏多又是存在多年的一个突出问题。节约用水，发展节水农业，是一个带有战略性的问题。合理灌溉是依据作物需水规律和水源情况进行灌溉，调节植物体内的水分状况，满足作物生长发育的需要，用适量的水取得最大的效果。因此合理灌溉在节水农业中具有重要的意义。
要做到合理灌溉，就需要掌握作物的需水规律。反映作物需水规律的参数有需水量和水分临界期。作物需水量（蒸腾系数）和水分临界期又因作物种类、生长发育时期不同而有差异。合理灌溉则要以作物需水量和水分临界期为依据，参照生理和形态等指标制定灌溉方案，采用先进的灌溉方法及时地进行灌溉。
13．合理灌溉为何可以增产和改善农产品品质？
答：作物要获得高产优质，就必须生长发育良好，而合理灌溉能在水分供应上满足作物的生理需水和生态需水，促使植物生长发育良好，使光合面积增大，叶片寿命延长，光合效率提高，根系活力增强，促进肥料的吸收和运转，并能促进光合产物向经济器官运送与转化，使产量和品质都得以提高。
14．测定植物组织水势的方法主要有哪些？各方法的基本原理是什么？ 答：测定植物组织水势的方法有多种，较常用的以下几种：
(一)液体交换法 植物组织放在已知水势的一系列溶液中，如果组织的水势(Ψ细)小于某一溶液的水势(Ψ外)，则组织吸水，反之组
-1
织失水。若两者相等，水分交换保持动态平衡。组织的吸水或失水会使溶液的浓度、比重、电导以及组织本身的体积与重量发生变化。根据这些参数的变化情况可确定与植物组织等水势的溶液。 下表是液体交换法测定水势的种类和原理：
判据 Ψ＝Ψ外-Ψ细 组织的水分得失 吸水 失水 平衡 组织的体积 长度或重量变化 增加 降低 不变 组织体积(重量)法 外液的比重变化 升高 降低 不变 小液流法 外液的浓度变化 增加 降低 不变 折射仪法 外液的电导变化 增高 降低 不变 电导仪法 △Ψ＞0 △Ψ＜0 △Ψ＝0 测定方法 使用器材 适用的材料 直尺(天平) 测量组用毛细移液管测定外用折射仪测定外液的用电导仪测定外液的织的体积(重量)变化 块茎、块根和果实 液的比重变化 叶片或碎的组织 浓度变化 叶片或碎的组织 电导变化 叶片或碎的组织 (二)蒸气压法 用于测定含有样品的密闭容器中的水蒸气压。把植物组织样品封入小室中，小室内装有作为温度传感器的热电偶，热电偶上带一滴溶液。开始时，水分同时从组织和液滴蒸发，使小室内的湿度升高，直至小室中的空气被水蒸气饱和或接近饱和。此时，如果植物组织与液滴的水势不同，则会发生水分的迁移，液滴温度也会发生变化。要是组织的水势低于液滴的水势，那么，水分将从液滴蒸发，通过空气扩散，最后被组织吸收。液滴水分蒸发的结果是使其温度降低，且蒸发得越迅速（即组织与液滴间水势差越大），温度降得越低。反之，要是液滴的水势低于组织的水势，水分将从组织蒸发，在液滴上凝结，使液滴的温度升高。如果植物组织与液滴的水势相同，则在组织与液滴间就没有水分的净迁移，液滴的温度将与环境温度相同。因而，通过改变液滴溶液浓度，可找到一个温度不变的液滴，即一个与组织水势相同的溶液。
如果把植物组织事先冷冻，破坏细胞膜的结构，然后按上法测定，所得结果为植物组织的渗透势。而压力势为Ψp＝Ψw-Ψπ。用此法也能测定纯胶体溶液的衬质势。
(三)压力室法 快速测定枝条、完整叶片水势的方法。可将植物枝条或叶片切下，导管中原为连续的水柱断裂，水柱会从切口向内部收缩。将切下的材料密封于钢制压力室中；使枝条的切割端或叶柄伸出压力室。测定时向压力室通压缩空气（或氮气），直至小水柱恰好重新回到切面上为止，所加的压力，称为平衡压力，可以从仪器的压力表上读出，加上负号即为该水柱的压力势，又由于木质部的溶质势绝对值很小，因此可用测得的压力势来近似地代表该器官的水势。该法简单迅速，被广泛应用。 (四)计算题
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 Ψπ
原来
×100%＝Ψπ
质壁分离
×96%
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＝-10Pa＋4×10Pa＝-6×10Pa 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 ＝-3×10Pa
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 ＝-5×10Pa，
Ψπ＝-6×105Pa，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 55
6
5
5
-1
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·1 mol·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1 mol·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/Vw，m×ln（P ww/P0w）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：8×10 Pa≥Ψp＞5×10Pa (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-5×105Pa ，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？
5
5
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-39.8N·Kg-1)＝10.3m h＝Ψg÷ρWg＝3×10 N·m÷(1000Kg·m×9.8N·Kg)＝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。 11．实验测得表中数据，请计算这些植物的蒸腾系数和蒸腾效率（1mg干物质＝1.5mgCO2）
4种植物的光合速率及蒸腾速率 植物 杉树 油茶 樟树 马尾松 光合速率 mgCO2·m·s 0.196 0.154 0.132 0.083 -2-15
-2
-3
-1
蒸腾速率 mgH2O·m·s 32.24 30.51 21.55 27.57 -2-1蒸腾系数 gH2O·g干物 246 296 245 501 -1蒸腾效率 g·KgH2O 4.07 3.37 4.08 2.00 -1 答：蒸腾系数是指植物每制造1g干物质所消耗水分的g数。蒸腾效率是指植物每蒸腾1kg水时所形成的干物质的g数。在忽略呼吸消耗的情况下，二者可以通过植物的光合速率和蒸腾速率来计算。 蒸腾系数:
32.24÷(0.196÷1.5)＝32.24÷0.131＝246 30.51÷(0.154÷1.5)＝30.51÷0.103＝296 21.55÷(0.132÷1.5)＝21.55÷0.088＝245 27.57÷(0.083÷1.5)＝27.57÷0.055＝501 蒸腾效率: 1000÷246＝4.07 1000÷296＝3.37 1000÷245＝4.08 1000÷501＝2.00
12．请根据下表数据计算蒸腾效率：
植物 蒸腾系数 为g·kg-1H2O。那么：
蒸腾效率＝1000/蒸腾系数
植物 蒸腾系数 蒸腾效率 g·Kg-1H2O 高粱 272 3.68 玉米 346 2.89 小麦 471 2.12 燕麦 636 1.57 紫苜蓿 831 1.20 高粱 272 玉米 346 小麦 471 燕麦 636 紫苜蓿 831 答：蒸腾系数是指植物每制造1g干物质所消耗水分的g数，它的倒数为蒸腾效率，指植物每蒸腾1kg水时所形成的干物质的g数，单位
13．A，B，C三种土壤的田间持水量分别为38%，22%，9%，其永久萎蔫系数分别为18%，11%，3%，用这三种土分别盆栽大小相同的同一种植物，浇水到盆底刚流出水为止，此后不再浇水，请问哪种土壤中的植物将首先萎蔫？
答：可利用水量为田间持水量与永久萎蔫系数的差值。因此，A，B，C三种土壤的中的可利用水分别为20%，11%和6%，三种土壤中如种的是大小相同的同一种植物，其消耗水的速度应该是基本相同的，所以C土壤中的可利用水会首先消耗完而植物发生萎蔫，其次是B，最后是A。
