Skip to main content
Global

30.13: הובלת מים ומומסים בצמחים - פוטנציאל מים ומומסים

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    209925

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מטרות למידה
    • תאר את פוטנציאל המים והמומסים בצמחים

    פוטנציאל מים

    צמחים הם מהנדסים הידראוליים פנומנליים. באמצעות חוקי הפיזיקה הבסיסיים בלבד ומניפולציה פשוטה של אנרגיה פוטנציאלית, צמחים יכולים להעביר מים לראש עץ בגובה 116 מטר. צמחים יכולים גם להשתמש בהידראוליקה כדי לייצר מספיק כוח לפיצול סלעים ואבזם מדרכות. פוטנציאל המים הוא קריטי להעברת מים לעלים כדי שתוכל להתרחש פוטוסינתזה.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): פוטנציאל מים בצמחים: עם גבהים המתקרבים ל -116 מטר, (א) עצי סקויה בחוף (Sequoia sempervirens) הם העצים הגבוהים בעולם. שורשי צמחים יכולים בקלות לייצר מספיק כוח כדי (ב) לאבזם ולשבור מדרכות בטון.

    פוטנציאל המים הוא מדד לאנרגיה הפוטנציאלית במים, או להבדל באנרגיה הפוטנציאלית בין דגימת מים נתונה למים טהורים (בלחץ אטמוספרי וטמפרטורת הסביבה). פוטנציאל המים מסומן באות היוונית ψ (psi) ומתבטא ביחידות לחץ (לחץ הוא סוג של אנרגיה) הנקרא megapascals (MPa). הפוטנציאל של מים טהורים (Ψ w pure H2O) מוגדר כערך של אפס (למרות שמים טהורים מכילים הרבה אנרגיה פוטנציאלית, מתעלמים מאנרגיה זו). ערכי פוטנציאל המים עבור המים בשורש צמח, גזע או עלה מתבטאים, אם כן, ביחס ל- Ψ w טהור H2O.

    פוטנציאל המים בתמיסות צמחיות מושפע מריכוז מומסים, לחץ, כוח משיכה וגורמים הנקראים השפעות מטריקס. ניתן לפרק את פוטנציאל המים למרכיביו האישיים באמצעות המשוואה הבאה:

    Ψ מערכת = Ψ סה"כ = Ψ s + Ψ עמ + Ψ ז + Ψ מ

    היכן

    • Ψ s = פוטנציאל מומס
    • Ψ p, = פוטנציאל לחץ
    • Ψ g, = פוטנציאל הכבידה
    • Ψ m = פוטנציאל מטרי

    "מערכת" יכולה להתייחס לפוטנציאל המים של מי הקרקע (אדמת Ψ), מי שורש (Ψ שורש), מי גזע (Ψ גזע), מי העלים (עלה Ψ), או המים באטמוספירה (Ψ אטמוספירה), איזו מערכת מימית נמצאת בבחינה. כאשר הרכיבים הבודדים משתנים, הם מעלים או מורידים את פוטנציאל המים הכולל של מערכת. כאשר זה קורה, מים עוברים לאיזון, עוברים מהמערכת או מהתא עם פוטנציאל מים גבוה יותר למערכת או לתא עם פוטנציאל מים נמוך יותר. זה מחזיר את ההבדל בפוטנציאל המים בין שתי המערכות (Δ) לאפס (Δ = 0). לכן, כדי שהמים יעברו דרך הצמח מהאדמה לאוויר (תהליך הנקרא טרנספירציה), התנאים חייבים להתקיים ככאלה:

    Ψ אדמה > Ψ שורש > Ψ גזע > עלה Ψ > אווירת Ψ.

    מים נעים רק בתגובה ל-Δ, לא בתגובה לרכיבים הבודדים. עם זאת, מכיוון שהרכיבים הבודדים משפיעים על מערכת Ψ הכוללת, מפעל יכול לשלוט בתנועת המים על ידי מניפולציה של הרכיבים הבודדים (במיוחד Ψ s).

    פוטנציאל מומס

    פוטנציאל מומס (Ψ s), הנקרא גם פוטנציאל אוסמוטי, הוא שלילי בתא צמחי ואפס במים מזוקקים. ערכים אופייניים לציטופלזמה של התא הם -0.5 עד -1.0 MPa. מומסים מפחיתים את פוטנציאל המים (וכתוצאה מכך שלילי Ψ w) על ידי צריכת חלק מהאנרגיה הפוטנציאלית הזמינה במים. מולקולות מומסות יכולות להתמוסס במים מכיוון שמולקולות מים יכולות להיקשר אליהן באמצעות קשרי מימן; מולקולה הידרופובית כמו שמן, שאינה יכולה להיקשר למים, אינה יכולה להיכנס לתמיסה. האנרגיה בקשרי המימן בין מולקולות מומסות למים אינה זמינה עוד לביצוע עבודה במערכת מכיוון שהיא קשורה בקשר. במילים אחרות, כמות האנרגיה הפוטנציאלית הזמינה מופחתת כאשר מוסיפים מומסים למערכת מימית. לפיכך, Ψ s יורד עם הגדלת ריכוז המומסים. מכיוון ש Ψ s הוא אחד מארבעת המרכיבים של מערכת Ψ או Ψ סה"כ, ירידה ב-Ψ s תגרום לירידה בסך Ψ. פוטנציאל המים הפנימי של תא צמחי שלילי יותר ממים טהורים בגלל תכולת המומסים הגבוהה של הציטופלזמה. בגלל הבדל זה בפוטנציאל המים, מים יעברו מהאדמה לתאי השורש של הצמח בתהליך האוסמוזה. זו הסיבה שפוטנציאל מומס נקרא לפעמים פוטנציאל אוסמוטי.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): פוטנציאל מומס: בדוגמה זו עם קרום חדיר למחצה בין שתי מערכות מימיות, מים יעברו מאזור בעל פוטנציאל מים גבוה לנמוך יותר עד שיושג שיווי משקל. מומסים (Ψ s), לחץ (Ψ p) וכוח המשיכה (Ψ g) משפיעים על פוטנציאל המים הכולל לכל צד של הצינור (Ψ סה"כ ימין או שמאל), ולכן, ההבדל בין Ψ סה"כ בכל צד (Δ). (Ψ m, הפוטנציאל הנובע מאינטראקציה של מים עם מצעים מוצקים, מתעלמים בדוגמה זו מכיוון שזכוכית אינה הידרופילית במיוחד). מים נעים בתגובה להבדל בפוטנציאל המים בין שתי מערכות (הצד השמאלי והימני של הצינור).

    תאי צמחים יכולים לתפעל מטבולית Ψ s (ובהרחבה, Ψ סה"כ) על ידי הוספה או הסרה של מולקולות מומסות. לכן, לצמחים יש שליטה על Ψ הכולל באמצעות יכולתם להפעיל שליטה מטבולית על Ψ s.

    נקודות מפתח

    • צמחים משתמשים בפוטנציאל מים כדי להעביר מים לעלים כך שתוכל להתרחש פוטוסינתזה.
    • פוטנציאל המים הוא מדד לאנרגיה הפוטנציאלית במים, כמו גם להבדל בין הפוטנציאל בדגימת מים נתונה למים טהורים.
    • פוטנציאל המים מיוצג על ידי המשוואה Ψ מערכת = Ψ סה"כ = Ψ s + Ψ p + Ψ g + Ψ M.
    • מים עוברים תמיד מהמערכת עם פוטנציאל מים גבוה יותר למערכת עם פוטנציאל מים נמוך יותר.
    • פוטנציאל המומס (Ψ s) יורד עם הגדלת ריכוז המומסים; ירידה ב- ש גורמת לירידה בפוטנציאל המים הכולל.
    • פוטנציאל המים הפנימי של תא צמחי שלילי יותר ממים טהורים; זה גורם למים לעבור מהאדמה לשורשי הצמח באמצעות אוסמוזה..

    מונחי מפתח

    • פוטנציאל מומס: לחץ (פוטנציאל אוסמוטי) שיש להפעיל על תמיסה כדי למנוע זרימת מים פנימה על פני קרום חדיר למחצה
    • טרנספירציה: אובדן מים על ידי אידוי בצמחים יבשתיים, בעיקר דרך הסטומטה; מלווה בספיגה מקבילה מהשורשים
    • פוטנציאל מים: האנרגיה הפוטנציאלית של מים ליחידת נפח; מיועד על ידי ψ