水势

编辑:斑蝥网互动百科 时间:2019-11-18 07:20:26
编辑 锁定
水势,一般指水流的趋势,也可以 指水位或水的流量与冲力,在古代还指游水的技能。水势是指水的化学势。是推动水在生物体内移动的势能。水在土壤-植物-大气连续体中总是从水势较高处向水势较低处移动。
中文名
水势
外文名
water potential
含    义
水流的趋势
别    名
水埶
应用学科
物理学

水势词语概念

水势基本信息

【词目】水势
水势 水势
【拼音】shuǐ shì
【词义】1.亦作"水埶"。 2.水流的趋势。 3.指水位或水的流量与冲力。 4.指游水的技能。
【基本解释】[the flow of water;force of river current] 水的流势
水势不大[1] 

水势引证解释

1. 亦作“水埶”。水流的趋势。
《周礼·考工记·匠人》:“凡沟必因水埶,防必因地埶。”《宋史·河渠志一》:“一遇盛涨,水势西合入北流,则东流遂绝。”
2. 指水位或水的流量与冲力。
《魏书·李崇传》:“衍淮堰未破,水势日增。”《宋史·河渠志二》:“水势湍猛,发泄不及。” 《东周列国志》第一百七回:“及渠成,雨一连十日不止,水势浩大。”清 俞樾 《春在堂随笔》卷十:“﹝黄河﹞一千七百一川仍在,水势恐仍不小。”丁玲《袁广发》:“水势又急又险,眼看要把纱冲走,岸上的人全乱喊乱叫。”
3. 指游水的技能。
《水浒传》第一一三回:“近来一冬,都学得些水势,因此无人敢来侵傍。”[1] 

水势基本含义

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=10^6 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

水势详细介绍

水势基本信息

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
植物细胞中的水势 植物细胞中的水势
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。由于纯水的水势最大,并规定为0,所以任何溶液的水势都比纯水要小,而渗透势却高于纯水,全为负值。当细胞处在高渗透势溶液中时,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。重力势是水分因重力下移与相反力量相等时的力量,它是增加细胞水分自由能,提高水势的值,以正值表示。重力势依赖参比状态下水的高度(h)、水的密度(ρw)和重力加速度(g)而定,即用公式ψg=ρwgh计算。当水高1m时,重力势是0.01MPa。此外,细胞质为亲水胶体,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
水势差 水势差
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。

水势水势梯度

水总是从水势较高之处通向水势较低之处。白天土壤中的水被植物收,通过维管束中的导管到达叶片,并经过气孔散失到空气中去(即进行蒸腾),就是由于白天大气中水势为很低的负值,处于大气与土壤之间的植物体内形成水势梯度。达到恒态时,各阶段的梯度与那一阶段的输送阻力成正比。一般最大的阻力是气孔阻力,而木质部的输送阻力很小。因而最大的水势降发生在气孔内外。在土壤干旱时,水势下降,同时土壤中水的输送阻力升高,根中与土壤主体间的水势差加大,植株内水势下降加甚。至大约-1.5MPa时,发生萎蔫。

水势水势测定

植物体内水势的高低反映水分供求关系,即受水分胁迫的轻重。最常用的测定水势(ψW)的方法是:①压力室法,将待测的叶片或枝条倒置于压力室内,用橡皮或塑料塞夹紧叶柄或茎。当向压力室加压至与其水势相抵并略为超过时,水即自导管中流出,形成水珠;②细液流法(或称染料法);③热电偶干湿球湿度计法或露点湿度计法,测定与被测材料平衡的空气中的水蒸气分压,以水蒸气饱和时水势为0而计算水势。
在水势的各组分中,ψs常用测定其相反量渗透压的方法测定,有:①质壁分离法,求得恰好引起质壁分离时所需的渗透质溶液的浓度;②冰点降低法,测定细胞质中渗透质的浓度。ψp可以:①从ψp=ψW-ψs公式求得;②用压力探针技术测定;③用压力室制作压力-容积曲线p-V曲线)。此法可同时测得ψW,ψs,ψp等多种度量,但手续较繁。

水势水势组成

水势可看作几个组分之和:ψ=ψs+ψm+ψp+ψg  (5)
式中ψ为总水势,ψs为溶质势或渗透势,ψm为衬质势,ψp为压力势ψg为重力势。
溶质势(═s) 因溶质的存在而使水势下降的数值,恒为负值。对于单一的非电解质溶液,ψs可以用公式(6)即范霍夫公式计算:
水势 水势
(6)
式中N为重量摩尔数,V为体积,N/V则重量摩尔浓度。但实测值与按 (6)计算得出的数值常有颇大的偏离。例如蔗糖,由于每分子束缚6个水分子,所以在0℃时1重量摩尔浓度的蔗糖溶液的ψs为-2.51kPa,而不是计算得到的-2.27kPa。如果溶质是电解质,则还要乘以等渗系数。细胞中多种溶质同时存在,其ψs是各种溶质的ψs的总和。因为ψs的绝对值与单位体积中的粒子数成正比,所以大分子(如淀粉)水解为小分子(如蔗糖)时,分子数增加,ψs下降。此机理在植物体渗透调节中常起作用。
衬质势(═m)细胞的衬质,即细胞质胶体与细胞壁对水分子的吸附力造成的水势下降的数值,其绝对值随衬质所吸附的水分子数目的增加而减少。在种子萌发过程中最为明显。干化的地衣、成熟干燥的种子,因和干空气接触而失水的细胞壁等的ψm都很低,可达-10~-10MPa。未形成中央液泡分生组织ψm也很低。已有中央液泡的细胞则ψm很高,约-0.01MPa,对总水势的影响可以忽略不计。
压力势(═p) 植物细胞具有坚韧的细胞壁。细胞吸水膨胀时,细胞壁会对细胞产生静水压力ψp,而使水势提高。ψp通常为正值。特殊情况下,例如细胞失水过多引起质壁分离时,ψp才等于零。导管中的水丝因剧烈蒸腾而处于张力下时,ψp可成为负值。
重力势(═g) 只在高大的树木中有意义。一年生植物的重力势只有几千帕,与水势的其他组分相比,可忽略不计。

水势测定方法

水势干湿球法

当水溶液的水势降低时水的蒸气压就会降低,这是稀溶液的依数性特性之一,而水从一个表面的蒸发会降低这个表面的温度。用干湿球温度·汁(psychrometer)测量溶液或植物组织水势就是基于这样的现象和原理。
如果将待测量的植物材料放置于一个密闭小容器中,在容器中装置一个温度传感器,井使该温度传感器与一小滴水接触。开始时水会同时从植物材料和水滴蒸发,并逐步使容器中的水蒸气饱和.这时,如果植物材料和水滴的温度与周边空气的温度相同而且植物组织具有较低的水势,那么水滴的水就会继续蒸发,扩散并被植物组织吸收,这个蒸发过程会降低水滴的温度,植物材料和水滴间水势差越大,水分的转移就越快,水滴的降温也就越大。如果不是将纯水水滴置于温度传感器,而是用已知溶质浓度的溶液滴与温度传感器接触,当该溶液的水势低于植物材料,水将从植物材料转移到溶液滴上来,因而使液滴的温度上升。如果植物材料与液滴水势完全相同,液滴的温度降则为零。这样,测量一系列已知溶质浓度的溶液,就可能找到与植物材料水势相同的溶液。
干湿温度计法可以用于对分离组织或整体植株水势的测量,也可以对溶液水势进行测量。对溶液来说,由于压力势ψp=0,因此ψw=ψs,即溶液的水势等于溶质势。如果首先用此方法测量出活组织的水势,然后破碎该组织取得细胞汁液,再用该方法测量细胞汁液的溶质势,就可以根据ψp=ψw-ψs进一步推算得到膨压值。
干湿温度汁法对温度的变动非常敏感,例如,0.01℃的温度差即相当于0.1MPa的水势变动,而一般测量需要分辨率达到0.01MPa。因此,测量装置必须放置在严格控制的恒温条件下。

水势压力室法

压力室法(pressure bomb)可以较快速地对植物组织,如叶片、茎的水势进行测量。压力室法的测量是基于这样的考虑,即认为在测量条件下木质部溶液的水势是和植物组织的水势相近的,因此只要测量出木质部溶液的压力势和溶质势,并根据计算得到木质部溶液的水势即可得到植物组织的水势。
测量时,把待测量的植物器官从植物体上分离下来,部分密封在一个压力室内。在器官被切下来之前,木质部中的水柱是处于负张力状态,当切下器官后,由于木质部中断,张力被破坏,木质部水柱会缩进组织内。这时叶柄端或茎端的表而会变得干燥暗涩,在压力室中逐渐增加空气压力,可以使植物器官内木质部水柱重新返回叶柄或茎的端部,因而端口细胞重新变得湿润发亮。刚好使木质部水柱返回端口的压力称为平衡压力balance pressure,这个压力的值可以很方便地从压力室的压力表上读取。平衡压力与植物器官在切割分离之前木质部中的压力在数值上是相等的(但符号相反)。再进一步测定木质部溶液的溶质势,即可计算得到木质部的水势,而这个水势与植物组织的水势是相近的。
在许多室外的植物中,木质部的压力势在-1~-2MPa之间,而溶质势仅在-0.05~-2Pa之间,因此,在许多情况下可以大略将压力室所测定的值作为所测材料的水势值。由于压力室法可以快速地对水势进行测量,并不需要严格控制测量条件,因此,在田间测量中得到广泛应用。

水势冰点法

当溶液中溶质浓度上升时,溶液的冰点会下降,这也是溶液的依数性质之一,例如纯水的冰点是0℃,在1kg纯水中加入1mol溶质时,溶液冰点下降到-1.86.因此,可以通过测量溶液的冰点来测量溶液的渗透势。
冰点下降法测定的装置有许多,冰点渗透计是较常用的一种。冰点渗透计有一个控温的平台,平台上有一些装着油的小池,平台为银制,使其具有较高的导热性。测量时,将样品液滴悬浮置于油中,以避免蒸发。然后将平台的温度迅速降低到约一30℃使液滴冻结,然后再使平台温度缓慢一上升,液滴的融化过程通过显微镜进行观察。当液滴中水刚刚完全融化时的温度被记录下来,这个融解的温度即冰点温度。由冰点温度可以计算得到溶质浓度,再由范德霍方程式计算得到渗透势。用冰点渗透压计可以测量小至1nL(10L)体积的溶液的冰点。这样小的测量体积使我们有可能对一单个细胞液进行测量,同时也使液滴与控温平台的温度能够迅速地达到平衡。

水势细胞探针

由于植物细胞的体积很小,直接对其膨压(turgor pressure )进行测量是相当困难的工作,用于高等植物细胞的压力探针法(cell pressure probe)是迄今为止对植物细胞膨压(turgor pressure )进行原位测量的唯一方法。
细胞压力探针法是将一个尖端非常尖细(尖端内径5~10μm)的玻璃毛细管刺人细胞,细胞液会由于膨压(turgor pressure )而进人玻璃毛细管,在玻璃毛细管中充满着硅油,细胞液和硅油的界面,称为弯月面
细胞压力探针 细胞压力探针
(meniscus)在显微镜下很容易看清楚,推动活塞,当弯月面接近细胞膜表面时的压力即为该细胞的细胞膨压(turgor pressure ),可以由装置中安置的压力传感器来测定移动时所产生的压力信号,并将该压力信号转换为电压信号,将测定并输出电压的电压计连接到计算机,在计算机上运行pflock 软件可自动记录压力随时间变化的P- t 曲线。利用这样就完成了对单细胞膨压(turgor pressure )的测量。
压力探针的方法虽然已经用于对许多类型高等植物细胞的膨压(turgor pressure )进行测量,但是对于许多体积较小的植物细胞的膨压仍然难以进行测量。
词条图册 更多图册
参考资料
词条标签:
水利部发展研究中心 词语 理学 字词