水势

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在等温等压下,体系(如细胞)中的水与纯水之间每偏摩尔体积的水的化学势差。用符号ψ(音PSi)或Ψw表示。水分的运动需要能量作功,所以水分的移动和平衡是一个属于“能学”的问题,长期以来误用力(如吸水力)的概念来描述。60年代以后,植物生理学中,关于水分进出细胞的问题,普遍采用水势的概念,水势概念是从热力学的基本规律中推导出来的,它由自由能、化学势引伸而来。水势是推动水分移动的强度因素。可通俗地理解为水移动的趋势。水总是由高水势处自发流向低水势处,直到两处水势相等为止。任何含水体系的水势,要受到能改变水自由能的诸因素(如溶质、压力等)的影响,使体系的水势有所增减。例如溶于水的溶质能降低体系的自由能,使水势降低。纯水的水势被规定:在标准状况下(在一个大气压下,与体系同温度时)为零。这里说的纯水是指不以任何方式(物理或化学)与其他物质结合的纯的自由水。它“无牵无挂”所含自由能最高,所以纯水的水势最高。当纯水中溶有任何物质时,由于溶质(分子或离子)与水分子相互作用,消耗了部分自由能,所以任何溶液的水势比纯水低。溶液的溶质越多,溶液的水势越低。

如:

1mol 蔗糖液水势为-2.69MPa

1mol KCl溶液水势为-4.5MPa

海水的水势约为-2.5MPa

水势的单位

(1) 帕(pascle),常用MPa 表示。

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

(2) 曾经使用过的一些水势单位:

巴(bar)、大气压(atm)等;

以上3种单位的换算关系如下:

1 Mpa = 10 bar = 9.87 atm

植物细胞中的水势

成熟的植物细胞中央有大的液泡,其内充满着具有一定渗透势的溶液,所以渗透势肯定是细胞水势的组成之一,它是由于液泡中溶质的存在而使细胞水势的降低值。因此又称为溶质势,用ψs 表示。由于纯水的渗透势最大,并规定为0,所以任何溶液的渗透势都比纯水要小,全为负值。当细胞处在高水势溶液中时,细胞吸水,体积扩大,由于细胞原生质体细胞壁的伸缩性不同,前者大于后者,所以细胞的吸水肯定会使细胞的原生质体对细胞壁产生一种向外的推力,即膨压。反过来细胞壁也会对细胞原生质体、对细胞液产生一种压力,这种压力是促使细胞内的水分向外流的力量,这就等于增加了细胞的水势。这个由于压力的存在而使细胞水势的增加值就称为压力势,用ψp表示。其方向与渗透势相反,一般情况下为正值。此外,细胞质亲水胶体,能束缚一定量的水分,这就等于降低了细胞的水势。这种由于细胞的胶体物质(衬质)的亲水性而引起的水势降低值就称为细胞的衬质势,以ψm表示。所以说,植物细胞的吸水不仅决定于细胞的渗透势ψs,压力势ψp,而且也决定于细胞的衬质势ψm。一个典型的植物细胞的水势应由三部分组成,即ψw=ψs+ψp+ψm。

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