植物如何维持水分平衡

水分运动需要能量做功。热力学中把物质所含能量中可在恒温、恒压下做功的部分叫作自由能。每1mol物质的自由能称为化学势。18g水中的自由能，成为水势。纯水的水势最高，将其定其为0。溶质使水溶液中的水自由能降低，所以，水溶液的水势为负值。人们用Ψ来表示水势，单位是MPa（兆帕），1MPa＝9.87大气压。海水的水势大约是－0.25MPa，1mol氯化钾溶液的水势是－0.46。在一个系统中，水总是从水势高的地方向水势低的地方运动。

植物细胞是一个渗透系统，其水势的组成主要包括3个部分。①溶质势：由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值，又称渗透势，用Ψs表示；②压力势：由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的数值，用Ψp表示；③衬质势：细胞内的亲水胶体具有吸附水分子的力量，能使水势降低，用Ψm表示。所以，一个细胞的水势Ψw＝Ψs＋Ψp＋Ψm。水分在植物体内细胞之间的移动，就是水分自水势高的细胞向水势低的细胞移动。

我们知道，植物具有蒸腾作用，即水分从植物地上部分（主要是叶片）以水蒸气状态向外散失。这种蒸腾作用，与气孔的开闭有关。淀粉-糖转化学说认为，在光照下，光合作用消耗了CO2，于是保卫细胞细胞质pH值会增高到7。在这样的条件下，淀粉磷酸化酶催化正向反应，使淀粉水解为葡萄糖-1-磷酸。由于溶质的增加而引起保卫细胞渗透势下降，水势降低，从周围细胞吸取水分，保卫细胞膨大，气孔张开。反之，在黑暗中CO2积累，保卫细胞细胞质pH值会下降。这样的条件下，淀粉磷酸化酶催化逆向反应，使葡萄糖-1-磷酸合成为淀粉。由于溶质的减少而引起保卫细胞渗透势提高，水势升高，水分散失，保卫细胞缩小，气孔关闭。离子泵学说则认为，气孔的开闭与保卫细胞中的K＋浓度有关，即在光下K＋浓度高，在黑暗中K＋浓度低。

蒸腾作用形成的这种“拉力”，使植物细胞可以依次向周边的细胞吸取水分，直至根部。根部的根毛细胞，也是按照水势高低的原理从外界吸水。如果在某种非正常情况下，如给作物施肥量过大，会导致根系环境中的水势低于根毛细胞的水势，这样，植物非但从环境中吸收不了水分，还会引起失水。

植物根系的吸水，除了蒸腾拉力的作用之外，还存在着本身生理活动的作用。人们发现，将一个植株根上部分切除，虽然没有了蒸腾拉力，但伤口处也会有“伤流”出现。人们还发现，在大气水分饱和的情况下，也就是缺乏蒸腾作用的情况下，植物的地上部分尤其是叶缘，会有“吐水”的现象出现。这也说明，根系自身的生理活动，能够导致水分自下而上进行运输。

所以，从整体上看，植物具有维持体内水分相对稳定状态的能力。在自然界，干旱、水涝等，对植物体是一种逆境，会导致这种稳态的破坏。