植物细胞溶质势对内外条件有差异，影响水分运输

水势(water potential,Ψw)是植物水分状况最基本、应用最广泛的度量指标,为某物系中的水与同温度下纯水每偏摩尔体积的化学势差。

在植物生理学中,水势的单位为:帕(Pa)、兆帕(MPa),它与过去常用的压力单位巴(bar)或大气压(atm)的换算关系是:

植物细胞水势至少要受到三个组分的影响,即溶质势 (Ψs)、压力势 (Ψp)、衬质势 (Ψm), 因而植物细胞水势的组分为:

1.溶质势 (solute potential，Ψs)

也称为渗透势 (osmotic potential,Ψπ), 是指由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值, 呈负值。植物细胞中含有大量的溶质, 其中主要是存在于液泡中的无机离子、糖类、有机酸、色素、酶类等。胞液所具有的溶质势是各种溶质势的总和。植物细胞的溶质势因内外条件不同而有差别。细胞液中的溶质颗粒总数愈多, 细胞液的溶质势就越低。一般陆生植物叶片的溶质势是-2~-1 MPa, 旱生植物叶片的溶质势可以低到-10 MPa。凡是影响细胞液浓度的内外条件, 都可引起溶质势的改变。

2.压力势 (pressure potential，Ψp)(www.xing528.com)

由于植物细胞吸水, 原生质体膨胀, 便会对细胞壁产生一种正向的压力, 称为膨压 (turgor pressure)。细胞壁在受到膨压的作用后, 便会产生一种与膨压大小相等,方向相反的力量,即壁压。这种由于壁压的产生,使细胞内水的自由能提高而增加的那部分水势,称为压力势。压力势一般为正值。草本植物叶片细胞的压力势, 在温暖天气的午后为0.30~0.5 MPa, 晚上则达1.5 MPa 。在特殊情况, 压力势也可为负值或等于零。例如初始质壁分离时, 压力势为零;剧烈蒸腾时, 细胞壁出现负压, 细胞的压力势呈负值。

3.衬质势 (matrix potential，Ψm)

指由于细胞中亲水胶体物质和毛细管对自由水的吸附和束缚而引起水势的降低值。因此, 衬质势呈负值,Ψm<0。未形成液泡的细胞, 具有一定的衬质势, 如干燥的种子的衬质势可达-100 MPa。对于液泡化的成熟细胞而言, 原生质仅一薄层, 其衬质为水所饱和, 衬质势趋向于零,即Ψm=0,可以忽略不计。

物质总是从高化学势部位向低化学势部位迁移,因此,只要知道了细胞内外水的化学势,就可判断水的移动方向了。当Δμ(Δμ=μ细胞-μ外)大于零时,细胞失水;Δμ小于零时,细胞吸水;Δμ 等于零时,细胞与外界的水分交换达动态平衡。

水势梯度决定了水分运输的方向和速度。充分紧张的细胞当含水量下降时水势变化相当敏感。但水势本身与组织生理功能之间不一定有明显的关系,而与生理功能直接相关的是细胞的膨压。例如,当组织水势下降时,有时并不是膨压相应下降,而是渗透势下降,膨压相对保持不变,因而组织的生理功能并不伴随水势的下降而发生明显的改变。