水勢

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在等溫等壓下,體系(如細(xì)胞)中的水與純水之間每偏摩爾體積的水的化學(xué)勢差。用符號ψ(音PSi)或Ψw表示。水分的運(yùn)動(dòng)需要能量作功,所以水分的移動(dòng)和平衡是一個(gè)屬于“能學(xué)”的問題,長期以來誤用力(如吸水力)的概念來描述。60年代以后,植物生理學(xué)中,關(guān)于水分進(jìn)出細(xì)胞的問題,普遍采用水勢的概念,水勢概念是從熱力學(xué)的基本規(guī)律中推導(dǎo)出來的,它由自由能、化學(xué)勢引伸而來。水勢是推動(dòng)水分移動(dòng)的強(qiáng)度因素??赏ㄋ椎乩斫鉃樗苿?dòng)的趨勢。水總是由高水勢處自發(fā)流向低水勢處,直到兩處水勢相等為止。任何含水體系的水勢,要受到能改變水自由能的諸因素(如溶質(zhì)、壓力等)的影響,使體系的水勢有所增減。例如溶于水的溶質(zhì)能降低體系的自由能,使水勢降低。純水的水勢被規(guī)定:在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(在一個(gè)大氣壓下,與體系同溫度時(shí))為零。這里說的純水是指不以任何方式(物理或化學(xué))與其他物質(zhì)結(jié)合的純的自由水。它“無牽無掛”所含自由能最高,所以純水的水勢最高。當(dāng)純水中溶有任何物質(zhì)時(shí),由于溶質(zhì)(分子或離子)與水分子相互作用,消耗了部分自由能,所以任何溶液的水勢比純水低。溶液的溶質(zhì)越多,溶液的水勢越低。

如:

1mol 蔗糖液水勢為-2.69MPa

1mol KCl溶液水勢為-4.5MPa

海水的水勢約為-2.5MPa

水勢的單位

(1) 帕(pascle),常用MPa 表示。

1 Mpa=106 Pa, Pa=N.m-2

(2) 曾經(jīng)使用過的一些水勢單位:

巴(bar)、大氣壓(atm)等;

以上3種單位的換算關(guān)系如下:

1 Mpa = 10 bar = 9.87 atm

植物細(xì)胞中的水勢

成熟的植物細(xì)胞中央有大的液泡,其內(nèi)充滿著具有一定滲透勢的溶液,所以滲透勢肯定是細(xì)胞水勢的組成之一,它是由于液泡中溶質(zhì)的存在而使細(xì)胞水勢的降低值。因此又稱為溶質(zhì)勢,用ψs 表示。由于純水的滲透勢最大,并規(guī)定為0,所以任何溶液的滲透勢都比純水要小,全為負(fù)值。當(dāng)細(xì)胞處在高水勢溶液中時(shí),細(xì)胞吸水,體積擴(kuò)大,由于細(xì)胞原生質(zhì)體細(xì)胞壁的伸縮性不同,前者大于后者,所以細(xì)胞的吸水肯定會(huì)使細(xì)胞的原生質(zhì)體對細(xì)胞壁產(chǎn)生一種向外的推力,即膨壓。反過來細(xì)胞壁也會(huì)對細(xì)胞原生質(zhì)體、對細(xì)胞液產(chǎn)生一種壓力,這種壓力是促使細(xì)胞內(nèi)的水分向外流的力量,這就等于增加了細(xì)胞的水勢。這個(gè)由于壓力的存在而使細(xì)胞水勢的增加值就稱為壓力勢,用ψp表示。其方向與滲透勢相反,一般情況下為正值。此外,細(xì)胞質(zhì)親水膠體,能束縛一定量的水分,這就等于降低了細(xì)胞的水勢。這種由于細(xì)胞的膠體物質(zhì)(襯質(zhì))的親水性而引起的水勢降低值就稱為細(xì)胞的襯質(zhì)勢,以ψm表示。所以說,植物細(xì)胞的吸水不僅決定于細(xì)胞的滲透勢ψs,壓力勢ψp,而且也決定于細(xì)胞的襯質(zhì)勢ψm。一個(gè)典型的植物細(xì)胞的水勢應(yīng)由三部分組成,即ψw=ψs+ψp+ψm。

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