2-水分代谢

BOXONE:plantcellreviewBOXTWOThestructureandcomponentsoftheplasmamembraneSTRUCTUREONEThefluid-mosaicmodel(流动镶嵌模型）ofmembranestructureasinitiallyproposedbySingerandNicolsonin1972(awardedNobelPrize).Unlikepreviousmodels,theproteinspenetrateintoandthroughthelipidbilayer.Theplasmamembraneislargelycomposedoflipidsandproteins.STRUCTURETWOAcurrentrepresentationoftheplasmamembraneshowingthesamebasicorganizationtheexternalsurfaceofmostmembraneproteins,aswellasasmallpercentageofthephospholipids（磷脂）,containsshortchainsofsugars(theyellowandgreenbeadedchains),makingthemglycoproteins(糖蛋白）andglycolipids（脂蛋白）.AffixⅠ:Theplasmamembraneofthehumanerythrocyte（红细胞）肌动蛋白原肌动蛋白血影蛋白,幽灵蛋白AffixⅡ:RestrictionsonthemovementofmembraneproteinsbyinnerperipheralproteinsAffixⅢ:TheComponentsofMembranesEverymembraneconsistslargelyofproteinsandlipids.Proteinsusuallyrepresentone-halftotwo-thirdsofthemembranedryweight.Theprincipallipidsofallplantmembranesarephospholipids,glycolipids(sugar-lipids),andsterols.第二章:水分代谢(watermetabolism)Thetopicsofplantphysiology▲Whatarethecomponentsofplantcellsandwhataretheirfunctions?▲Howdoionsandmolecules,especiallywater,getintoandoutofcellsandmovethroughouttheplant?▲Whathappenstotheionsandmoleculesinsidecells?▲Howdocellsreproduce,grow,andspecializetoformthetissuesofamulticellularorganism?▲Howdoplantcells-andplants-interactwiththeirenvironment?第一节水分与植物细胞水是生命起源的先决条件，没有水就没有生命。人们常说“有收无收在于水”“水利是农业的命脉”。植物一方面从周围环境中吸收水分，以保证生命活动的需要；另一方面又不断地向环境散失水分。植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程，被称为植物的水分代谢(watermetabolism)。研究植物水分代谢的规律，为作物提供良好的生态环境，这对农作物的高产、稳产、优质、高效有着重要意义。第一章:水分代谢(watermetabolism)2.1水分和植物细胞(WaterandPlantCell)2.1.1Physicalandchemicalpropertiesofwater2.1.1.1Compositionandstructure▲twohydrogenatomsandoneoxygenatom;▲anangleofabout105℃;▲covalentbondbetweenhydrogenandoxygenatom;▲polarmolecule.2.1.1.2Properties•Specialheat(比热容）:theamountofenergyrequiredtoraisethetemperatureofaunitmassofasubstance1℃iscalleditsspecialheat.water:4.184(4.187)joule/g/℃.Thehighspecialheatmadewaterabsorblargequantitiesofenergywithoutmuchtemperatureincrease.Plantsandanimalshaverelativelyhightemperaturestability,evenwhengainingorlosingheatenergy.•Adhesive,cohesiveforceandsurfacetension（粘附力、内聚力和表面张力）:theattractionoflikemoleculesforeachother(becauseofhydrogenbonding)iscalledcohesion;becauseofpolarnature,waterisattractedtomanyothersubstances,thatisitwetsthem.Thisattractionbetweenunlikemoleculesiscalledadhesion.•Latentheatsofvaporizationandfusion(蒸发和熔解的潜热，或汽化热）:some2452joulesarerequiredtoconvert1gofwaterat20℃to1gwatervaporat20℃,oneconsequenceofhighlatentheatsofvaporizationthatleavesarecooledtheylosewaterbytranspiration.Tomelt1goficeat0℃,335Jmustbesupplied,thisisalsoahighlatentheatsoffusion,causedagainbythehydrogenbonds,althoughicehasfewerpermoleculethanwater.•Anincompressiblefluid(不可压缩性）:forallpracticalpurposes,liquidsareincompressible.Thenormalformofaplantismaintainedbythepressureofwaterinitsprotoplastspressingagainstitscellwalls.2.1.2水分在植物生命活动中的作用TheFunctionsofWaterinPlantLifeActivities•2.1.2.1植物细胞水分的组成（Thecomponentofplantcellwater）:•束缚水(boundwater）：靠近胶体颗粒而被吸附束缚不易自由流动的水分；•自由水(freewater)：距离胶体颗粒较远而可以自由流动的水分。•自由水/束缚水是衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一。自由水/束缚水比值高时，代谢旺盛；自由水/束缚水比值低时,代谢缓慢。亲水物质被吸附的水分子没有水就没有生命“有收无收在于水”2.1.2.2水分在植物生命活动中的作用TheFunctionsofWaterinPlantLifeActivities•Thephysiology:thereactionmaterialofmetabolicprocesses;Themediumofphysiological-biologicalreactionsandsubstancetransport;maintainingcellturgidityastoplantstance;celldivisionandgrowth.•Ecologicalsignificances:tocontrolplanttemperature(高比热：稳定植物体温;高汽化热：降低体温，避免高温危害;介电常数高：有利于离子的溶解)；水对可见光有良好的通透性；水可调节对植物的生存环境。1.水是细胞的重要组成成分：一般植物组织含水量占鲜重的75％～90％，水生植物含水量可达95%，番茄、黄瓜、西瓜约90%，树干、休眠芽约40%，风干种子约10%，藓类、地衣仅5%～7%。2.水是代谢过程的反应物质：水是光合作用的原料。在呼吸作用以及许多有机物质的合成和分解过程中都有水分子参与。3.水是各种生理生化反应和运输物质的介质：水分子具有极性，是自然界中能溶解物质最多的良好溶剂。4.水能使植物保持固有的姿态：植物细胞含有大量水分，可产生静水压，以维持细胞的紧张度，使枝叶挺立，花朵开放，根系得以伸展，从而有利于植物捕获光能、交换气体、传粉受精以及对水肥的吸收。由于水所具有的特殊的理化性质，所以水在植物的生态环境中起着特别重要的作用。例如：植物通过蒸腾散热，调节体温，以减轻烈日的伤害；水温的变化幅度小，在水稻育秧遇到寒潮时，可以灌水护秧；高温干旱时，也可通过灌水来调节植物周围的温度和湿度，改善田间小气候；此外可以水调肥，用灌水来促进肥料的释放和利用。由上可见，植物生命活动中对水的需要，包括了生理需水与生态需水两个方面。2.1.3衡量水分的指标：化学势和水势Chemicalandwaterpotential▲Chemicalpotential(μi):thefreeenergychangeuponadditionofaunitquantity,speciallyagrammoleculeweight,ofsubstance.Chemicalpotential,likesoluteconcentrationandtemperature,isindependentofthequantityofsubstancebeingconsidered,canbecalculatedwiththefollowingrelationship:μi=RTLnaiμi-chemicalpotentialofsubstancei;ai-activityofsubstancei;R-gasconstant,8.314Jmol-1K-1;T-temperatureinkelvins.μiDefinition:freeenergypermolesubstance.▲Directionofsoluteflow:adiffusingsolutetendstomovefromregionsofhighchemicalpotential(freeenergypermole)toregionsoflowchemicalpotential.根据热力学第一定律和热力学第二定律，含有一定组份物质的体系，总是与环境发生物质和能量的交换。能量交换只有两种方式：传递热量或作功。自由能(freeenergy）就是在温度恒定的条件下用于做功的能量，它指示出体系发生变化的方向和变化的程度，一个体系的总自由能等于体系内各种物质组份的自由能总和。为了描述体系中某一组份发生化学反应的本领，或某一组份由一地点移动到另一地点的本领，就引进了化学势(chemicalpotential，用字母μ表示)的概念。化学势的定义是某一物质组份的偏摩尔自由能，它表示在非常大量的体系中加入1mol该物质所引起的自由能变化，说明了该物质发生变化的方向和限度。化学势的热力学含义•化学势(μi):：在庞大的体系中，在等温等压保持其它组分浓度不变时，加入1mole物质所引起体系自由能的增量。•水的化学势（μw）：当温度、压力和物