АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Термодинамические основы водообмена растений

Важным термодинамическим показателем состояния воды в системе является водный потенциал. Это производная величина от двух других термодинамических показателей – активности и химического потенциала воды.

Активность воды (а_w) характеризует ту эффективную (реальную) концентрацию, соответственно которой вода участвует в различных процессах. Всякие межмолекулярные и иные взаимодействия, уменьшающие подвижность и рассеиваемость молекул, снижают активность воды. Активность чистой воды равна единице. В растворе и в клетке активность воды всегда меньше единицы.

Химический потенциал воды (µ_w) – величина, производная от активности. Она выражает максимальное количество внутренней энергии молекул воды, которое может быть превращено в работу, имеет размерность Дж/моль и рассчитывается по формуле

Водный потенциал выражает способность воды в данной системе совершить работу по сравнению с той работой, которую при тех же условиях совершила бы чистая вода.

Водный потенциал, являясь фактически мерой активности воды, определяет термодинамически возможное направление ее транспорта. Молекулы воды всегда перемещаются от более высокого водного потенциала к более низкому. Когда система находится в равновесии с чистой водой, водный потенциал равен 0. Водный потенциал имеет размерность энергии, деленной на объем, что позволяет выражать его в атмосферах, барах или паскалях (1 атм=1,013 бар=10⁵ Па).

Водный потенциал растения является алгебраической суммой следующих составляющих:

Гравитационный потенциал отражает влияние на активность воды силы тяжести и заметно сказывается только при поднятии воды на относительно большую высоту. Он составляет примерно 0,01 Мпа*м^-1, т.е. при перемещении воды вертикально вверх на 10 м гравитационный вклад в водный потенциал составляет 0,1 Мпа. Это незначительная величина, поэтому обычно она не учитывается.

Осмотический потенциал характеризует снижение активности воды частицами растворенного вещества. Поэтому осмотический потенциал всегда является величиной отрицательной:

Для веществ, не диссоциирующих на ионы, α = 0 и i=1.

Когда раствор отделен от воды полупроницаемой мембраной, которая пропускает только растворитель и непроницаема для растворенных веществ, возникает односторонний ток воды по градиенту ее активности в направлении раствора. Этот процесс называется осмосом, а дополнительное давление, которое должно быть приложено к раствору, чтобы воспрепятствовать одностороннему току воды, - осмотическим давлением.

Осмотический потенциал раствора, отделенного полупроницаемой мембраной от чистого растворителя, реализуется в равном по величине и обратном по знаку осмотическом давлении. Растворы с одинаковым давлением называют изотоническими, между ними нет направленного водообмена. Раствор, имеющий большее осмотическое давление, называют гипертоническим, меньшее – гипотоническим. При разделении полупроницаемой мембраной транспорт воды идет по направлению к гипертоническому раствору. Клетка, а также все органеллы, окруженные мембранами, представляют собой осмотические системы. Поскольку мембраны обладают избирательной проницаемостью, допускают, что мембраны полупроницаемы, т.е. проницаемы только для воды. Растительные клетки отличаются от идеальных осмотических систем тем, что мембраны, в некоторой степени, проницаемы для растворенных веществ. Это снижает осмотический градиент и возможность поступления воды.

Гидростатический потенциал, или потенциал давления, - это компонент водного обмена, обусловленный внутриклеточным давлением. Осмотическое поглощение воды ведет к созданию гидростатического давления. Под давлением активность воды возрастает, поэтому гидростатический потенциал имеет положительное значение. При полном насыщении клетки водой (достижении максимального тургора) положительный потенциал давления полностью уравновешивает отрицательный осмотический потенциал, и клетка перестает поглощать воду. В таком состоянии ее водный потенциал равен нулю.

Таким образом, осмотический потенциал определяет максимальную поглотительную способность, реальная же возможность поглощать воду в данный момент характеризуется водным потенциалом, составляющим которого является гидростатический потенциал, зависящий от степени насыщенности клеток водой.

ВОПРОС 31

Дата добавления: 2015-12-15 | Просмотры: 2643 | Нарушение авторских прав