30.14: הובלת מים ומומסים בצמחים - לחץ, כוח משיכה ופוטנציאל מטרי

מטרות למידה

• הבדיל בין לחץ, כוח משיכה ופוטנציאל מטרי בצמחים

פוטנציאל לחץ

_{פוטנציאל לחץ נקרא גם פוטנציאל טורגור או לחץ טורגור ומיוצג על ידי Ψ p.} פוטנציאל הלחץ עשוי להיות חיובי או שלילי; ככל שהלחץ גבוה יותר, האנרגיה הפוטנציאלית גדולה יותר במערכת, ולהיפך. לכן, חיובי Ψ _p (דחיסה) מגדיל Ψ _סה"כ, בעוד ש _{- Ψ p} שלילי (מתח) יורד _{בסך הכל} Ψ. לחץ חיובי בתוך התאים כלול על ידי דופן התא, ומייצר לחץ טורגור בצמח. לחץ טורגור מבטיח כי צמח יכול לשמור על צורתו. עלי הצמח נובלים כאשר לחץ הטורגור יורד ומתחדשים כאשר הצמח הושקה. פוטנציאל הלחץ הוא בדרך כלל סביב 0.6-0.8 MPa, אבל יכול להגיע עד 1.5 MPa במפעל מושקה היטב. לשם השוואה, מרבית צמיגי הרכב נשמרים בלחץ של 30-34 psi או בערך 0.207-0.234 מגפ"ס. מים הולכים לאיבוד מהעלים באמצעות טרנספירציה (מתקרבים Ψ _p = 0 MPa בנקודת הנבילה) ומשוחזרים על ידי ספיגה דרך השורשים.

איור\(\PageIndex{1}\): לחץ טורגור: כאשר (א) פוטנציאל המים הכולל (סה"כ) נמוך יותר מחוץ לתאים מאשר בפנים, מים זזים החוצה מהתאים והצמח נבול. כאשר (ב) פוטנציאל המים הכולל גבוה יותר מחוץ לתאי הצמח מאשר בפנים, מים נעים לתוך התאים, וכתוצאה מכך לחץ טורגור (p), שמירה על הצמח זקוף.

צמח יכול לתפעל Ψ _p באמצעות יכולתו לתפעל Ψ _s (פוטנציאל מומס) ועל ידי תהליך האוסמוזה. צמחים חייבים להתגבר על הכוחות השליליים של פוטנציאל הכבידה (ז) והפוטנציאל המטרי (M) כדי לשמור על פוטנציאל לחץ חיובי. אם תא צמחי מגביר את ריכוז המומסים הציטופלזמיים:

1. Ψ _s יירד
2. Ψ _{סך הכל} יירד
3. Δ בין התא לרקמה שמסביב יירד
4. מים יעברו לתא על ידי אוסמוזה
5. Ψ _p יגדל.

צמחים יכולים גם לווסת Ψ _p על ידי פתיחה וסגירה של הסטומטה. פתחי סטומטליים מאפשרים למים להתאדות מהעלה, ומפחיתים את _סך Ψ _p ו-Ψ. זה מגדיל את פוטנציאל המים בין המים בפטוטרת (בסיס העלה) ובעלה, ובכך מעודד מים לזרום מהפטוטרת אל העלה.

פוטנציאל הכבידה

פוטנציאל הכבידה (Ψ _g) הוא תמיד שלילי או אפס בצמח ללא גובה. ללא גובה, אין אנרגיה פוטנציאלית במערכת. כוח הכובד מושך מים כלפי מטה אל האדמה, מה שמפחית את כמות האנרגיה הפוטנציאלית הכוללת במים בצמח (Ψ _סה"כ). ככל שהצמח גבוה יותר, כך עמוד המים גבוה יותר, ו-Ψ _g משפיע יותר. בקנה מידה סלולרי ובצמחים קצרים, השפעה זו זניחה ומתעלמת בקלות. ^{עם זאת, מעל גובהו של עץ גבוה כמו עץ סקויה ענקי, על הצמח להתגבר על התנגדות נוספת של 1MPa בגלל משיכת הכבידה של -0.1 MPa m -1.}

פוטנציאל מטרי

פוטנציאל מטרי (Ψ _m) הוא כמות המים הקשורה למטריצה של צמח באמצעות קשרי מימן והיא תמיד שלילית לאפס. במערכת יבשה, זה יכול להיות נמוך כמו -2 MPa בזרע יבש או גבוה כמו אפס במערכת רוויה במים. לכל תא צמחי יש דופן תא תאית, שהיא הידרופילית ומספקת מטריצה להידבקות מים, ומכאן השם פוטנציאל מטרי. קשירת מים למטריצה תמיד מסירה או צורכת אנרגיה פוטנציאלית מהמערכת. Ψ _m דומה לפוטנציאל המומס מכיוון שקשרי המימן מסירים אנרגיה מהמערכת הכוללת. עם זאת, בפוטנציאל המומס, שאר המרכיבים הם מולקולות מומסות מסיסות, הידרופיליות, ואילו ב- Ψ _m, שאר המרכיבים הם מולקולות הידרופיליות בלתי מסיסות של דופן התא הצמחי. _הצמח אינו יכול לתפעל אותו ובדרך כלל מתעלמים ממנו בשורשים, גבעולים ועלים מושקים היטב.

נקודות מפתח

• ככל שפוטנציאל הלחץ גבוה יותר (Ψ _p), כך יותר אנרגיה פוטנציאלית במערכת: A חיובי Ψ _p מגדיל Ψ _{בסך הכל}, בעוד ש _{- Ψ p} שלילי יורד _{בסך הכל} Ψ.
• לחץ חיובי בתוך התאים מכיל את דופן התא, ומייצר לחץ טורגור, האחראי לשמירה על מבנה העלים; היעדר לחץ טורגור גורם לנבילה.
• צמחים מאבדים מים (ולחץ טורגור) באמצעות טרנספירציה דרך הסטומטה בעלים וממלאים אותם באמצעות לחץ חיובי בשורשים.
• פוטנציאל הלחץ נשלט על ידי פוטנציאל המומס (כאשר פוטנציאל המומס יורד, פוטנציאל הלחץ עולה) ופתיחה וסגירה של סטומטה.
• פוטנציאל הכבידה (Ψ _g) מסיר אנרגיה פוטנציאלית מהמערכת מכיוון שכוח המשיכה מושך מים כלפי מטה לאדמה, ומפחית את _סך Ψ.
• פוטנציאל מטרי (Ψ _m) מסיר אנרגיה מהמערכת מכיוון שמולקולות מים נקשרות למטריצת התאית של דפנות התא של הצמח.

מונחי מפתח

• לחץ טורגור: דוחף את קרום הפלזמה אל דופן התא של הצמח; נגרמת על ידי זרימה אוסמוטית של מים מחוץ לתא אל הוואקום של התא