植物水分关系与运输

植物利用水势和压力的梯度，而非跳动泵，将大量水分从土壤输送到大气，并将糖类从叶片输送到生长组织。

Definition

植物水分关系描述了水如何沿着水势梯度进入、穿过和离开植物，而运输则涵盖了木质部中水分和韧皮部中糖类的长距离运动。

Scope

本主题涵盖水势及其组成部分、渗透和膨压、根系对水分的吸收、木质部运输的内聚力-张力机制、气孔对蒸腾作用的调节，以及韧皮部中糖类的压力流转运。

Core questions

• 水势如何控制水在土壤、植物和空气之间的运动？
• 什么机制能使水被拉到高大树木的顶部？
• 气孔如何平衡碳获取与水分流失，以及糖类如何在韧皮部中转运？

Key theories

内聚力-张力理论

叶片的蒸腾作用使木质部汁液处于张力之下；水分子强大的内聚力及其对导管壁的附着力将这种张力向下传递到根部，从而将水向上吸取。

韧皮部运输的压力流模型

在源端将糖类装载到韧皮部会降低水势并吸入水分，从而提高压力，驱动整体流向库端，在那里糖类被卸载，压力随之下降。

Mechanisms

水被动地向较低水势区域移动，水势是溶质（渗透）势和压力（膨压）势的总和。在根部，水通过由凯氏带调节的质外体途径和共质体途径进入木质部。叶肉细胞的蒸腾作用产生负压，内聚的水柱通过木质部将此负压传递至土壤。气孔由保卫细胞膨压打开，调节二氧化碳吸收和水分流失之间的权衡。在韧皮部中，源端主动装载糖类会提高膨压，并驱动压力驱动的整体流向库端。

Clinical relevance

水分关系决定了作物的抗旱性和灌溉需求：管理蒸腾作用、气孔行为和水分利用效率对于在有限水资源下生产食物以及预测植物对干燥气候的响应至关重要。

History

迪克森（Dixon）和乔利（Joly）于1894年左右提出了树液上升的内聚力-张力理论，而蒙奇（Münch）在20世纪20年代的压力流假说解释了韧皮部运输；两者至今仍是公认的框架。

Key figures

• Stephen Hales
• Henry Dixon
• Ernst Münch

Seminal works

• taiz2015
• raven2013

Frequently asked questions

什么是水势？

水势是单位体积水中自由能的量度；水自发地从水势较高的区域流向水势较低的区域，在植物中，它结合了溶质浓度和物理压力。

为什么干旱时气孔会关闭？

在水分胁迫下，脱落酸激素会触发保卫细胞膨压的丧失，从而关闭气孔以节约水分，但代价是二氧化碳吸收和光合作用减少。