Термодинамични основи на обмена на вода в растенията
Термодинамични основи на обмена на вода в растенията - Лекция, Раздел Биология, Лекции по Физиология на растенията Въведение в Физиологията на растенията Концепциите на термодинамиката дават възможност за математика.
Въвеждането на концепциите за термодинамика във физиологията на растенията даде възможност математически да се опишат и обяснят причините, причиняващи както водния обмен на клетките, така и транспорта на вода в системата почва - растение - атмосфера. Критичен термодинсъстоянието на водата в системата е водатанов потенциал. Това е производното на другите две термодинамични показатели - активност и химичен потенциалвода ciala.
Водна активност (ав). Характеризира, че ефективно (реалноny) концентрация, според която водата участва в различни процеси. Всякакви междумолекулни и други взаимодействиядействия, които намаляват подвижността и разсейваемостта на молекулите (предимно хидратация), намаляват активността на водата. Активичистотата на водата е равна на единица. В разтвор и в клетката активътсъдържанието на вода винаги е по-малко от едно.
Химически потенциал на водата (μw). Количество, получено от дейност. Той изразява максималното количество вътрешна енергия на водните молекули, което може да се превърне в работаtu, има измерението J. mol -1 и се изчислява по уравнението
Където μw 0 - химичен потенциал на чистата вода (взета равна на нула); R - газова константа; т - абсолютна температура; ав - водна активност в системата.
Воден потенциал (ψ). Изразява способността на водата в дадена система да върши работа в сравнение с работата, която чистата вода би свършила при същите условия.
Водният потенциал, който всъщност е мярка за активността на водата, определя термодинамично възможната посока на нейния транспорт. Водните молекули винаги се движат от по-висококойто воден потенциал към по-нисък, точно както водата тече надолу, преминавайки към все по-ниско енергийно ниво. Когато системата е в равновесие с чиста вода, ψ = 0. В почвата, растенията, атмосферата, водната активност и способността давърши работа по-ниска от тази на чиста вода, следователно y обикновено е отрицателно. Водният потенциал има измерения размер на енергията, разделен на обем, което позволява той да бъде изразен в атмосфери, барове или паскали (1 атм = 1,013 бара = 105 Ра; 103 Ра = 1 кРа, 106 ра = 1 МРа).
Водният потенциал на растението е алгебричната сума на следните четири компонента:
Където ψπ - осмотичен, .м - матрица, ψстр - хидростатичен, ψg - гравитационни потенциали
Съотношението между тях и приноса към водния потенциал нано се различават в зависимост от обекта и околните условияviy.
Гравитационен потенциал (ψg). Отразява въздействието върху активагравитационна вода и осезаемо влияе само когато водата се издигне на относително висока височина. Той е приблизително 0,01 МРа. m -1, т.е. когато водата се движи, вертикалатано нагоре с 10 m, гравитационният принос към водния потенциал е 0,1 MPa. Следователно това е незначителна стойност за земеделските растения, включително овощните културиmu обикновено не се взема предвид.
Нека разгледаме по-подробно как се формират съотношенията на водния потенциал и основните му компоненти.
Осмотичен потенциал (ψπ). Воден потенциален компонентla, характеризиращо намаляване на активността на водата от частици расиразтопено вещество. Следователно осмотичният потенциал винаги е отрицателен:
Където R - газова константа; т- абсолютна температура; с - концентрация на расисъздание в молци; i - изотоничен коефициент, равен на 1+α (н - 1), където α - степента на електролитна дисоциация; н - броят на йони, за коитопадаща молекула на електролит.
За вещества, които не се дисоциират в йони, α = 0 и i= 1. Steпънът на електролитната дисоциация, както е известно, зависи от краяконцентрация на разтвора, 0,1-0,5 М солни разтвори имат физиологично значение, за което i е 0,7-0,8.
С увеличаване на броя на разтворените частици, както поради увеличаване на концентрацията на разтвора, така и поради дисоциацияциклизацията на вещества намалява активността на водата и намалявамотивен потенциал. При температура от 20 ° C стойността RT е равно на 2,44 МРа. За 1 M разтвор на всяко недисоцииращо вещество осмотичният потенциал е –2,44 MPa, за 0,5 и 2 M разтвори, съответно –1,22 и –4,88 MPa.
Когато разтворът е отделен от водата чрез полупропусклив мемbrane (фиг. 6), което позволява само решениятяло и непроницаем за расиразтопени вещества,е еднопосочен поток на водата по градиента на нейната активност по посока на разтвора. Този процес се нарича осмоза и допълнителното налягане, което трябва да се приложидобавен към разтвора къмобезсърчавайте едностранчивитеводен поток, - осмотиченким налягане (π).
Фигура: 6. Осмотична система:
две отделения, отделени полузъбиподвижна мембрана (/); 2 - разтворени частици, които не проникват през порите; 3 - проникващи частици разтворител (вода), стрелката показва посоката на движениежива вода