水勢(shì)
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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(shì)差。用符號(hào)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(wèn)題,長(zhǎng)期以來(lái)誤用力(如吸水力)的概念來(lái)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(wèn)題,普遍采用水勢(shì)的概念,水勢(shì)概念是從熱力學(xué)的基本規(guī)律中推導(dǎo)出來(lái)的,它由自由能、化學(xué)勢(shì)引伸而來(lái)。水勢(shì)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(shì)。水總是由高水勢(shì)處自發(fā)流向低水勢(shì)處,直到兩處水勢(shì)相等為止。任何含水體系的水勢(shì),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(shì)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(shì)降低。純水的水勢(shì)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(shuō)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(wú)牽無(wú)掛”所含自由能最高,所以純水的水勢(shì)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(shì)比純水低。溶液的溶質(zhì)越多,溶液的水勢(shì)越低。
如:
1mol 蔗糖液水勢(shì)為-2.69MPa
1mol KCl溶液水勢(shì)為-4.5MPa
海水的水勢(shì)約為-2.5MPa
水勢(shì)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(guò)的一些水勢(shì)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(shì)
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(shì)的溶液,所以滲透勢(shì)肯定是細(xì)胞水勢(shì)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(shì)的降低值。因此又稱為溶質(zhì)勢(shì),用ψs 表示。由于純水的滲透勢(shì)最大,并規(guī)定為0,所以任何溶液的滲透勢(shì)都比純水要小,全為負(fù)值。當(dāng)細(xì)胞處在高水勢(shì)溶液中時(shí),細(xì)胞吸水,體積擴(kuò)大,由于細(xì)胞原生質(zhì)體和細(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(duì)細(xì)胞壁產(chǎn)生一種向外的推力,即膨壓。反過(guò)來(lái)細(xì)胞壁也會(huì)對(duì)細(xì)胞原生質(zhì)體、對(duì)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(shì)。這個(gè)由于壓力的存在而使細(xì)胞水勢(shì)的增加值就稱為壓力勢(shì),用ψp表示。其方向與滲透勢(shì)相反,一般情況下為正值。此外,細(xì)胞質(zhì)為親水膠體,能束縛一定量的水分,這就等于降低了細(xì)胞的水勢(shì)。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(shì)降低值就稱為細(xì)胞的襯質(zhì)勢(shì),以ψm表示。所以說(shuō),植物細(xì)胞的吸水不僅決定于細(xì)胞的滲透勢(shì)ψs,壓力勢(shì)ψp,而且也決定于細(xì)胞的襯質(zhì)勢(shì)ψm。一個(gè)典型的植物細(xì)胞的水勢(shì)應(yīng)由三部分組成,即ψw=ψs+ψp+ψm。
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