水的理化特性及意義

1、1. 植物的水分代謝提要本章的學(xué)習(xí)要了解植物對水分吸收、運輸及蒸騰的方式、途徑和機(jī)制，認(rèn)識植物如何維持水分平衡及其重要性，為合理灌溉提供理論依據(jù)。Contents in brief: Absorption of water Transport of water Loss of water(transpiration) Irrigation 1 11 水分與植物的生命活動1.1.1 水的某些理化特性結(jié)構(gòu)：水是極性分子，能形成分子間氫鍵2圖1.1 水分子的結(jié)構(gòu)和氫鍵342. 水的特性1) 水的高汽化熱 汽化熱（Vaporization heat）指在一定溫度下，將單位質(zhì)量的物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)所需

2、的熱量。在25時水的汽化熱為2.45 kJg-1。在已知的所有液體物質(zhì)中水的汽化熱最大（表1.1）。 Compare: CH4 16 CH3CH3 30 CH3CH2CH3 44 CH3CH2CH2CH3 58 CH3(CH2)3CH3 72 boiling point 36 but : water 18 boiling point 100 reason: n H2O(H2O) n +heat gas52)Water has high specific heat(高比熱)The polarity of water and the resulting hydrogen bonding among

3、 water molecules means that it takes much heat (one calorie) to raise the temperature of 1 mL of water just 1C. 4.187 Jg-1/0C。(表1。1） The hydrogen bonding has to be given a lot of energy to get them to vibrate and generate the temperature change. This property of water is called specific heat. It mea

4、ns that this liquid can absorb much heat from the various chemical reactions occurring in cells without temperature change; it is a heat buffer. It helps maintain an even body temperature. 6表1.1 水與其它體積相似分子的一些物理特性比較73) Water demonstrates cohesion and adhesion(內(nèi)聚力和粘附力)內(nèi)聚力(Cohesion):液體狀況下同類分子間的吸引力叫內(nèi)聚力

5、，水的內(nèi)聚力可達(dá)30MPa.粘附力(adhesion):液相與固相間不同類分子間的吸引力叫粘附力或附著力原因：水是極性分子，與其它極性分子形成氫鍵。水的內(nèi)聚力和粘附力，十分有利于水分在植物體內(nèi)的長距離運輸83）表面張力和毛細(xì)作用 表面張力是指處于界面的水分子受著垂直向內(nèi)的拉力，這種作用于單位長度表面上的力，稱為表面張力（surface tension）。表面張力使某一體系趨于向穩(wěn)定狀態(tài)變化，即表面積縮小，減少界面高能分子的數(shù)量。毛細(xì)作用（capillarity）指在液體與固體相接觸的表面間的一種相互作用。木質(zhì)部中的導(dǎo)管就是一種管壁可濕的毛細(xì)管。植物細(xì)胞壁的纖維素微纖絲間有許多空隙，它們形成很多

6、小而彎曲的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)聚力、粘附力和表面張力的共同作用產(chǎn)生毛細(xì)作用。9cohesion, adhesion and surface tension leads to capillarity(內(nèi)聚力、粘附力和表面張力導(dǎo)致毛細(xì)現(xiàn)象)h=2Tcos/rg=14.910-6/r 10毛細(xì)作用對植物的重要性：土壤下層的水分可通過毛細(xì)作用上升，供植物利用。細(xì)胞壁的纖維素微纖絲間有空隙，形成很多小而彎曲的毛細(xì)管，這樣可使植物的細(xì)胞壁通過毛細(xì)作用保持濕潤。植物導(dǎo)管是一種水分可濕的毛細(xì)管，如把一根干樹桿插入水中，水可上升一段距離(導(dǎo)管r =2040um,水可上升0.37 0.74m，但不要希望導(dǎo)管的毛細(xì)作用給

7、植物供水，因毛細(xì)作用產(chǎn)生的前提是存在空氣水界面，而導(dǎo)管和上下都 是完整的細(xì)胞，無空氣水界面。)114） 水的電特性 水（極性分子）是許多電解質(zhì)與極性分子的良好溶劑。如植物體內(nèi)蛋白質(zhì)，氨基酸、糖類所含有的親水基團(tuán)（-COOH、-CO、-NH2）能與水分子形成氫鍵，即水可以在大分子物質(zhì)帶電基團(tuán)周圍定向排列，形成水合層（shell of hydration），減弱了大分子之間的相互作用，增加其溶解性，維持大分子在溶液中的穩(wěn)定性。121.1.2植物的含水量1、植物的含水量(water content)是指植物所含水分的量占鮮重的百分?jǐn)?shù)。不同植物：水生植物：90以上；中生植物：7090；旱生植物：低達(dá)6

8、。不同器官：根：8090%；莖：5080%；葉：8090%；果實：8595%；種子：515%；休眠芽：40%。植物體內(nèi)的含水量與植物生命活動有密切關(guān)系，生命活動旺盛的部位，含水量就高。2、相對含水量（relative water content RWC）為植物實際含水量占水分飽和時含水量的百分率，可用下式表示： RWC（%）= Wact/Wa (1.1)上式中Wact表示葉的實際含水量；Wa表示葉在水分飽和時的含水量。RWC可以表明植物水分虧缺程度，在生產(chǎn)實際中可以作為灌溉指標(biāo)131.1.3植物體內(nèi)水分的存在狀態(tài) 水分在植物細(xì)胞內(nèi)通常有兩種存在形式：束縛水和自由水。束縛水（bound water）是指被原生質(zhì)膠體顆粒緊密吸附的或存在于大分子結(jié)構(gòu)空間的水。自由水（free water）是指存在于原生質(zhì)膠粒之間、液泡內(nèi)、細(xì)胞間隙、導(dǎo)管和管胞內(nèi)以及植物體的其它組織間隙中的、不被吸附、能在體內(nèi)自由移動、起溶劑作用的水。自由水束縛水比值較高時，植物代謝活躍，生長較快，抗逆性差；反之，代謝活性低、生長緩慢，但抗逆性較強(qiáng)。141.1.4水分在植物生命活動中的作用1.1.4.1 水的生理作用1水是細(xì)胞的主