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水在地球上普遍存在。它不仅是生命进化的摇篮，还是地球环境的匠心独运的设计师。水以各种结构形态参与到环境塑造以及生命活动当中。水圈是地球三个外部圈层之一，它与其他两个外部圈层——生物圈和大气圈——以及地球内部圈层之间都存在着复杂而重要的相互作用。 任何热力学体系，都可以构建以温度、压强、组分等为变量的参数空间。水在接近常温常压的热力学参数窗口中确实能够利及万物。但是当其偏离这些条件时则可能对环境乃至生命造成不可逆的损害。不适宜生物存活的环境条件通常被称为逆境条件，我们可以将其推广指代上述不可逆损害的发生条件。这些不可逆损害的发生往往伴随着水参与的结构转变。本文即旨在考察逆境条件下水参与的结构转变行为。 盐风化是在地貌学上较为普遍的一种现象，它是干旱环境下水圈与岩石圈交互作用的一个显例。盐风化主要涉及限制在多孔材料孔隙中的盐溶液当经历外部温度、湿度等条件变化时发生饱和析出的结晶行为。根据盐风化中结晶位置的不同，可以将结晶行为分为孔内结晶和孔外结晶。本文第一部分的工作研究在控制湿度条件下，限制于多孔硅胶颗粒孔隙中的NaCl、NaNO3、Na2SO4三种盐溶液的蒸发结晶行为，使用扫描电子显微镜(SEM)对其在硅胶颗粒表面的孔外结晶形貌进行表征。我们发现，孔隙直径和溶液浓度决定着孔外结晶形态的演化;不同盐的结晶形态差异与其对多孔结构的破坏作用可相对应。 而细胞脱水则是生物对于干旱或低温条件的一种被动响应。热力学稳定的油包水型微乳液与细胞的结构类似，本文的第二部分工作即利用油包水（溶液）型微乳液这一完美的细胞模拟器来研究软约束条件下水的过冷行为，并考察特异离子效应在影响微乳液体系相行为方面的表现。实验结果表明，纳米液滴中的水确实会发生渗漏现象;液滴凝结率先在表面活性剂/水界面发生，因而离子在界面的分布差异决定了其对凝结行为的不同影响。 在干旱、低温条件下，细胞除了脱水的被动响应之外，还会采取一些主动的抗逆性策略，其中之一便是在细胞内合成一些物质（二糖分子、甘油等），与水结合发生玻璃化转变。这些低温保护剂也被低温生物学家用来实施对高等生物生殖细胞以及器官的低温保护。根据其能否通过渗透作用进出细胞一般将这些低温保护剂分为两类:渗透型和非渗透型低温保护剂。本文第三部分工作主要研究这些低温保护剂与水结合的玻璃化转变行为，藉此了解不同分子氢键网络的特征，以及不同类型的低温保护剂是否能发挥协同作用。结果显示，水的四面体网络的刚性较强;而二甲基亚砜可以作为氢键“探针”，考察二糖等柔性分子的分子内氢键特征，以此反映海藻糖的特异性;渗透型和非渗透型低温保护剂可以发挥协同的低温保护作用。 综上所述，本文主要开展了以下三方面的研究工作:1.受限钠盐水溶液在多孔材料外表面的孔外结晶形貌特征;2.油包水（溶液）型微乳液的低温凝结行为;3.低温保护剂混合溶液的玻璃化转变行为。这些工作对于我们认识水在逆境条件下的环境响应（盐风化）和生命活动（抗逆性）中扮演的角色具有一定的启发意义。