【教材疑点通】自由水含量一定大于结合水含量吗？

花果山大王

    近几日有几位老师在在QQ群、微信群讨论自由水、结合水含量的问题，讨论的原因源于教材两个地方产生的争议：

    教材第一处：必修一课本21页

    细胞中自由水和结合水所起的作用是有差异的:自由水是细胞内良好的溶剂;结合水是细胞结构的重要组成部分，大约占细胞内全部水分的4.5%。依据此处描述，自由水应该大约占细胞内全部水分的95.5%，因此部分老师总结出无论何时都是自由水含量大于结合水含量。

     教材第二处：必修一课本38页

    据此图可以看出，大约9月中旬时，冬小麦体内的自由水含量等于结合水含量，之后至11月底都是自由水含量小于结合水含量。也就是说在这副图中出现了自由水含量小于结合水含量的时间段。于是部分老师在这个地方就很纠结，因为这题中的图示信息似乎不符合教材正文内容。

    还有一部分老师认为，上图中的自由水含量和结合水含量指的是植物体内的含量，并非植物细胞中的含量，所以在植物细胞内依然是自由水含量大于结合水含量。

   那么植物细胞中的自由水含量一定大于结合水含量吗？我们来看下大学教材《植物生理学》。

水分在植物体内的作用，不但与其含量多少有关，也与它的存在状态有关。水分在植物细胞内通常呈束缚水（即结合水）和自由水两种状态，它们与细胞质状态有密切联系。

    细胞质主要是由蛋白质组成的，占总干重60%以上。蛋白质分子很大，其水溶液具有胶体的性质，因此，细胞质是一个胶体系统( colloidal system)。蛋白质分子的疏水基(如烷烃基、苯基等）在分子内部，而亲水基（如一NH、一COOH、—OH等）则在分子的表面。这些亲水基对水有很强的亲和力，容易发生水合作用( hydration )。所以细胞质胶体微粒具有显著的亲水性(hydrophilicity )，其表面吸附着很多水分子，形成一层很厚的水层。水分子距离胶粒越近，吸附力越强;相反，则吸附力越弱。靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分，称为束缚水 ( bound water );距离胶粒较远而可以自由流动的水分，称为自由水( free water )。事实上，这两种状态水分的划分是相对的，它们之间并没有明显的界限。

    随着温度下降，植株吸水较少，含水量逐渐下降。随着抗寒锻炼过程的推进，细胞内亲水性胶体加强，使束缚水含量相对提高，而自由水含量则相对减少(图12-2)。由于束缚水不易结冰和蒸腾，所以，总含水量减少和束缚水量相对增多，有利于植物抗寒性的加强。

   

    不难看出，教材上的图就是来源于上图。

    由上图及教材图可知：9月中旬至11月底植物体内自由水含量小于结合水含量。

    还有部分老师的观点是：“上图中的自由水含量和结合水含量指的是植物体内的含量，并非植物细胞中的含量，所以在植物细胞内依然是自由水含量大于结合水含量。”那么这个观点是否正确，我们需要知道自由水转变为结合水这个过程是发生在细胞内还是细胞外。（微信公众号：生物侯老师）

    我们来看下上文中引自《植物生理学》的一句话：随着抗寒锻炼过程的推进，细胞内亲水性胶体加强，使束缚水含量相对提高，而自由水含量则相对减少。由这句话可以看出，自由水转变为结合水这个过程发生在细胞内，至少主要发生在细胞内。所以上图曲线在很大程度上是可以代表细胞内的自由水和结合水含量变化的，也就是说在某些植物的细胞内可以出现自由水含量小于结合水含量的时间段。（文章出处：微信公众号“生物侯老师”，欢迎关注）