Химический потенциал воды. Водный потенциал как показатель водного режима растений

Член PВ уравнении (5.1) отражает влияние давления на химический потенциал. Развивающееся в биологических системах давление по своей при­роде гидростатическое, по величине оно может быть как больше, так и мень­ше атмосферного. Примером гидростатического давления, больше атмосфер­ного, является давление протопласта на клеточную стенку, называемое Тургорным давлением. Пример гидростатического давления, меньше атмосферно­го — давление в сосудах ксилемы при транспирации. Следует обратить внима­ние на то, что в физиологии растений при исследовании влияния давления на транспорт воды за нулевую точку отсчета принимается давление, равное ат­мосферному. В соответствии с этой шкалой гидростатическое давление прото­пласта на КС является величиной положительной, а гидростатическое давле­ние в сосудах ксилемы при транспирации — отрицательной. Величина — парциальный молярный объем Воды — является частной производной объема системы по числу молей воды при постоянных значениях температуры, давле­ния и постоянном содержании других компонентов в системе. Показывает, насколько увеличивается объем системы с увеличением в ней количества воды на 1 моль. Данное определение можно записать уравнением

=

Где V — объем системы; Nw — Число молей воды; Ni — число молей всех других веществ, присутствующих в системе. Поскольку объем жидкости слабо изменя­ется с давлением, можно принять для воды ≈ 18 см3/моль. Таким образом, величина химического потенциала воды зависит от ее активности (концентра­ции) и давления в системе.

Величина — химический потенциал воды в стандартном состоянии. За стандартное состояние принимают состояние чистой воды при атмосферном давлении и фиксированной температуре. Если концентрацию и активность воды выражают в мольных долях, то в стандартном состоянии

Xw = 1; γW = 1; Aw = 1; RTlnaw = 0 и, согласно выбранной нами нулевой точке отсчета давления,

Р = 0 и P = 0. Отсюда следует, что в стандартном состоянии = (уравне­ние 5.1).

Как отмечалось в начале этого раздела, вода движется по градиенту своего химического потенциала, т. е. из области более высокого в область менее высо­кого потенциала. Зная разность химических потенциалов воды в двух точках, например в двух компартментах клетки, разделенных мембраной, можно пред­сказать направление самопроизвольного движения воды через мембрану.

3.Растительная клетка как осмотическая система, показатели осмотических процессов процессов: сосущая сила, осмотическое давление, тургорное давление, их взаимосвязь.
Растительная клетка представляет собой осмотическую систему. Клеточный сок вакуоли является высококонцентрированным раствором. Осмотическое давление клеточного сока обозначается -.

Чтобы попасть в вакуоль, вода должна пройти через клеточную стенку, плазмалемму, цитоплазму и тонопласт. Клеточная стенка хорошо проницаема для воды. Плазмалемма и тонопласт обладают избирательной проницаемостью. Поэтому растительную клетку можно рассматривать как осмотическую систему, в которой плазмалемма и тонопласт являются полупроницаемой мембраной, а вакуоль с клеточным соком – концентрированным раствором. Поэтому, если клетку поместить в воду, то вода по законам осмоса начнет поступать внутрь клетки.

Сила, с которой вода поступает внутрь клетки, называется сосущей силой – S.

Она тождественна водному потенциалу.

По мере поступления воды в вакуоль, ее объем увеличивается, вода разбавляет клеточный сок, и клеточные стенки начинают испытывать давление. Клеточная стенка обладает определенной эластичностью и может растягиваться.

С увеличением объема вакуоли цитоплазма прижимается к клеточной стенке и возникает тургорное давление на клеточную стенку (Р). Одновременно со стороны клеточной стенки возникает равное по величине противодавление клеточной стенки на протопласт. Противодавление клеточной стенки называется потенциалом давления (-Р).

Таким образом, величина сосущей силы S определяется осмотическим давлением клеточного сока и тургорнымгидростатическим давлением клетки Р, которое равно противодавлению клеточной стенки, возникающей при ее растяжении –Р.

S = - Р или - -.

Если растение находится в условиях достаточной увлажненности почвы и воздуха, то клетки находятся в состоянии полного тургора. Когда клетка полностью насыщена водой (тургесцентна), то ее сосущая сила равна нулю S = 0, атургорное давление равно потенциальному осмотическому давлению Р =.

При недостатке влаги в почве вначале возникает водный дефицит в клеточной стенке. Водный потенциал клеточной стенки становится ниже, чем в вакуолях, и вода начинает перемещаться из вакуоли в клеточную стенку. Отток воды из вакуоли снижает тургорное давление в клетках и увеличивает их сосущую силу. При длительном недостатке влаги большинство клеток теряет тургор, и растение начинает завядать, теряя эластичность и упругость. При этом тургорноедавление Р = 0, а сосущая сила S =

Если из-за очень большой потери воды тургорное давление упадет до нуля, то лист завянет совсем. Дальнейшая потеря воды приведет к гибели протопласта клеток. Приспособительным признаком к резкой потере воды является быстрое закрытие устьиц при недостатке влаги.

Клетки могут быстро восстановить тургор, если растение получит достаточное количество воды или в ночное время, когда растение получает достаточное количество воды из почвы. А также при поливе.

- - водный потенциал; равен 0 для чистой воды; равен 0 или отрицателен для клеток.

- осмотический потенциал, всегда отрицателен

- потенциал давления; обычно положителен для в живых клетках(в клетках, содержимое которых находится под давлением, но отрицателен в клетках ксилемы(в которых создается натяжение воды).

- суммарный результат действия

При полном тургоре

При начальном плазмолизе

Если поместить клетку в гипертонический раствор с более низким водным потенциалом, то вода начинает выходить из клетки путем осмоса через плазматическую мембрану. Сначала вода будет выходить из цитоплазмы, затем через тонопластиз вакуоли. Живое содержимое клетки – протопласт при этом сморщивается и отстает от клеточной стенки. Происходит процесс плазмолиза. Пространство между клеточной стенкой и протопластом заполняет наружный раствор. Такая клетка называется плазмолизированной. Вода будет выходить из клетки до тех пор, пока водный потенциал протопласта не станетравен водному потенциалу окружающего раствора, после чего клетка перестает сморщиваться. Этот процесс обратим и клетка не получает повреждений.

Если клетку поместить в чистую воду или гипотонический раствор, то тургорное состояние клетки восстановится и происходит процесс деплазмолиза.

В условиях водного дефицита в молодых тканях резкое усиление потери воды приводит к тому, что тургорное давление клетки становится отрицательным и протопласт, сокращаясь в объеме, не отделяется от клеточной стенки, а тянет ее за собой. Клетки и ткани сжимаются. Это явление называется циторриз.

Поиск по сайту: