Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

30.13: Транспортування води та розчинених речовин у рослині - потенціал води та розчинених речовин

  • Page ID
    5257
    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Опишіть потенціал води та розчинених речовин у рослин

    Потенціал води

    Заводи - феноменальні інженери гідротехніки. Використовуючи тільки основні закони фізики і прості маніпуляції потенційною енергією, рослини можуть переміщати воду на вершину 116-метрового дерева. Рослини також можуть використовувати гідравліку, щоб генерувати достатню силу для розщеплення порід та пряжки тротуарів. Потенціал води має вирішальне значення для переміщення води до листя, щоб відбутися фотосинтез.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Потенціал води у рослин: З висотою, що наближається до 116 метрів, (а) прибережні секліси (Sequoia sempervirens) є найвищими деревами у світі. Коріння рослин можуть легко генерувати достатню силу, щоб (б) застебнути та зламати бетонні тротуари.

    Потенціал води - це міра потенційної енергії у воді, або різниця потенційної енергії між заданою пробою води та чистою водою (при атмосферному тиску та температурі навколишнього середовища). Потенціал води позначається грецькою буквою ψ (psi) і виражається в одиницях тиску (тиск - це форма енергії), званих мегапаскалями (МПа). Потенціал чистої води (ψ w pure H2O) позначається нульовим значенням (хоча чиста вода містить багато потенційної енергії, ця енергія ігнорується). Значення водного потенціалу для води в корені, стеблі або листі рослини, таким чином, виражаються відносно ψ w чистого H2O.

    На потенціал води в рослинних розчині впливають концентрація розчинених речовин, тиск, гравітація та фактори, які називаються ефектами матриці. Потенціал води можна розбити на окремі його складові за допомогою наступного рівняння:

    ψ система = ψ сумарно = ψ с + ψ р + ψ г + ψ м

    де

    • ψ s = потенціал розчиненої речовини
    • ψ p, = потенціал тиску
    • ψ g, = гравітаційний потенціал
    • ψ m = матричний потенціал

    «Система» може стосуватися водного потенціалу ґрунтової води (ψ ґрунту), кореневої води (ψ корінь), стовбурової води (ψ стебло), листової води (ψ лист) або води в атмосфері (ψ атмосфера), залежно від того, яка водна система розглядається. У міру зміни окремих компонентів вони підвищують або знижують загальний водний потенціал системи. Коли це відбувається, вода рухається для врівноваженості, переміщаючись з системи або відсіку з більш високим потенціалом води в систему або відсік з більш низьким потенціалом води. Це повертає різницю в потенціалі води між двома системами (Δ) назад до нуля (Δ = 0). Тому, щоб вода рухалася по рослині з грунту в повітря (процес, званий транспірацією), умови повинні існувати як такі:

    ψ грунт> ψ корінь > ψ стебло > ψ лист> ψ атмосфера.

    Вода рухається лише у відповідь на Δ, а не у відповідь на окремі компоненти. Однак, оскільки окремі компоненти впливають на загальну систему ψ, установка може контролювати рух води, маніпулюючи окремими компонентами (особливо ψ s).

    Потенціал розчинених речовин

    Потенціал розчиненої речовини (ψ s), який також називають осмотичним потенціалом, є негативним у рослинній клітині і нульовим у дистильованій воді. Типові значення цитоплазми клітин - від —0,5 до —1,0 МПа. Розчинені речовини зменшують потенціал води (в результаті чого негативний ψ w), споживаючи частину потенційної енергії, наявної у воді. Розчинені молекули можуть розчинятися у воді, оскільки молекули води можуть зв'язуватися з ними через водневі зв'язки; гідрофобна молекула, подібна до нафти, яка не може зв'язуватися з водою, не може перейти в розчин. Енергія у водневих зв'язках між розчиненими молекулами та водою більше не доступна для роботи в системі, оскільки вона пов'язана у зв'язку. Іншими словами, кількість наявної потенційної енергії зменшується при додаванні розчинених речовин у водну систему. Таким чином, ψ s зменшується зі збільшенням концентрації розчинених речовин. Оскільки ψ s є однією з чотирьох складових ψ системи або ψ загальної, зменшення ψ s призведе до зменшення загальної суми ψ. Внутрішній водний потенціал рослинної клітини є більш негативним, ніж чиста вода через високий вміст розчинених речовин в цитоплазмі. Через цю різницю у водному потенціалі вода буде переміщатися з ґрунту в кореневі клітини рослини за допомогою процесу осмосу. Ось чому потенціал розчинених речовин іноді називають осмотичним потенціалом.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Потенціал розчиненої речовини: У цьому прикладі з напівпроникною мембраною між двома водними системами вода буде рухатися від області вищого до нижчого потенціалу води, поки не буде досягнута рівновага. Розчинені речовини (ψ s), тиск (ψ p) та гравітація (ψ g) впливають на загальний потенціал води для кожної сторони трубки (ψ загальний правий або лівий) і, отже, різниця між ψ сумарною з кожного боку (Δ). (ψ m, потенціал, обумовлений взаємодією води з твердими підкладками, ігнорується в цьому прикладі, оскільки скло не особливо гідрофільне). Вода рухається у відповідь на різницю потенціалу води між двома системами (ліва і права сторони труби).

    Рослинні клітини можуть метаболічно маніпулювати ψ s (і, надалі, ψ всього), додаючи або видаляючи розчинені молекули. Таким чином, рослини мають контроль над total через їх здатність здійснювати метаболічний контроль над s.

    Ключові моменти

    • Рослини використовують водний потенціал для транспортування води до листя, щоб відбувся фотосинтез.
    • Потенціал води - це міра потенційної енергії у воді, а також різниця між потенціалом у заданому зразку води та чистою водою.
    • Потенціал води представлений рівнянням ψ системи = ψ сумарно = ψ s + ψ p + ψ g + ψ m.
    • Вода завжди рухається з системи з більш високим потенціалом води в систему з меншим потенціалом води.
    • Потенціал розчиненої речовини (ψ s) зменшується зі збільшенням концентрації розчинених речовин; зменшення S викликає зниження загального потенціалу води.
    • Внутрішній водний потенціал рослинної клітини є більш негативним, ніж чиста вода; це змушує воду переміщатися з ґрунту в коріння рослин через осмос..

    Ключові умови

    • потенціал розчиненої речовини: (осмотичний потенціал) тиск, який потрібно застосувати до розчину, щоб запобігти внутрішньому потоку води через напівпроникну мембрану
    • транспірація: втрата води випаровуванням у наземних рослин, особливо через продихи; супроводжується відповідним поглинанням від коренів
    • потенціал води: потенційна енергія води на одиницю об'єму; позначається ψ