Kalkulátor vodního potenciálu - Volný nástroj pro roztoky a tlak

Co je vodní potenciál?

Kalkulačka vodního potenciálu zjišťuje celkový vodní potenciál (Ψw) rostlinné buňky nebo roztoku sečtením jeho osmotického potenciálu (Ψs) a tlakového potenciálu (Ψp). Vodní potenciál měří tendenci vody pohybovat se z jednoho místa na jiné. Udává se v megapascalech (MPa), jednotce tlaku.

Voda se vždy pohybuje z oblasti s vyšším vodním potenciálem do oblasti s nižším vodním potenciálem. Toto jediné pravidlo vysvětluje, jak voda vstupuje do kořenů rostlin, stoupá stonky a opouští rostlinu prostřednictvím listů.

Vzorec vodního potenciálu

Kalkulačka používá tento vzorec:

Ψw = Ψs + Ψp

• Ψw — vodní potenciál v MPa
• Ψs — osmotický potenciál (nazývaný také solutový potenciál) v MPa
• Ψp — tlakový potenciál v MPa

Čistá voda při atmosférickém tlaku má vodní potenciál 0 MPa. Tato hodnota je referenčním bodem. Rozpuštěné látky a fyzikální tlak tuto hodnotu zvyšují nebo snižují.

Složky vodního potenciálu

Osmotický potenciál (Ψs)

Osmotický potenciál měří vliv rozpuštěných částic, například cukrů nebo solí, na energii vody. Rozpuštěné částice přitahují a zadržují molekuly vody, čímž snižují volnou energii vody. Z tohoto důvodu je osmotický potenciál vždy nulový nebo záporný. Zředěný roztok má hodnotu blízkou 0 MPa. Koncentrovaný roztok, například mořská voda, může dosahovat přibližně -2,5 MPa.

Tlakový potenciál (Ψp)

Tlakový potenciál měří fyzikální tlak působící na vodu. Uvnitř zdravé, hydratované rostlinné buňky tlačí buněčný obsah směrem ven proti buněčné stěně. Tento jev se nazývá turgorový tlak a vytváří kladný tlakový potenciál, obvykle mezi +0,3 a +0,8 MPa. Ve vodivých pletivech rostliny (xylému) je voda často tažena, nikoli tlačena, což vytváří záporný tlakový potenciál, někdy nižší než -2,0 MPa.

Jak vypočítat vodní potenciál

1. Změřte nebo zjistěte osmotický potenciál vzorku v MPa. Tato hodnota je obvykle záporná nebo nulová.
2. Změřte nebo zjistěte tlakový potenciál vzorku v MPa. Tato hodnota může být kladná, záporná nebo nulová.
3. Sečtěte obě hodnoty. Součet je vodní potenciál Ψw.

Po zadání obou hodnot provede kalkulačka tento součet automaticky.

Příklad výpočtu

Vzorek listu má osmotický potenciál -0,7 MPa a tlakový potenciál +0,4 MPa.

Ψw = Ψs + Ψp Ψw = -0,7 + 0,4 Ψw = -0,3 MPa

Vodní potenciál listu je -0,3 MPa. Pokud by byl list vložen do čisté vody (0 MPa), jeho buňky by přijímaly vodu, protože voda se pohybuje směrem k vyššímu potenciálu. Pokud by byl umístěn do kontaktu s půdní vodou o potenciálu -0,5 MPa, jeho buňky by naopak vodu ztrácely, protože -0,5 MPa je nižší než -0,3 MPa.

Druhý příklad: buňka má Ψs = -1,8 MPa a Ψp = +0,5 MPa.

Ψw = -1,8 + 0,5 = -1,3 MPa

Jak výsledek číst

Zápornější vodní potenciál znamená, že voda je více namáhána a silněji přitahuje okolní vodu. Méně záporná nebo kladná hodnota znamená, že voda je volněji dostupná. Pokud jsou Ψs a Ψp stejně velké a opačného znaménka, například -0,5 MPa a +0,5 MPa, je jejich součet 0 MPa. V rostlinné buňce se tento stav nazývá počínající plazmolýza: buňka právě ztratila turgorový tlak, ale ještě se neodtáhla od buněčné stěny.

Jednotky vodního potenciálu

Megapascaly (MPa) jsou standardní jednotkou v moderní fyziologii rostlin. Ve starší nebo související literatuře se objevují také dvě další jednotky:

• bary: 1 bar = 0,1 MPa
• kilopascally (kPa), běžné v pedologii: 1 MPa = 1 000 kPa

Proč je vodní potenciál důležitý

Vodní potenciál vysvětluje několik běžných procesů u rostlin. Kořeny absorbují vodu, když je vodní potenciál kořene nižší než vodní potenciál okolní půdy. Listy vadnou, když nedokážou udržet dostatečně nízký vodní potenciál, aby jejich buňky zůstaly pevné. Výzkumníci používají vodní potenciál k porovnávání odolnosti různých odrůd plodin vůči suchu a pracovníci zajišťující zavlažování podle něj rozhodují, kdy pole potřebuje vodu. Vodní potenciál listu před úsvitem přibližně od -0,2 do -0,5 MPa obvykle ukazuje na dobře zavlaženou rostlinu; hodnota naměřená v poledne od -0,8 do -1,5 MPa nebo nižší může v závislosti na druhu signalizovat stres ze sucha.

Protože vzorec kombinuje pouze osmotický a tlakový potenciál, zahrnuje složky nejvýznamnější pro rostlinné buňky a jednoduché roztoky. Vodní potenciál půdy zahrnuje také matricový potenciál, který popisuje vodu vázanou na půdní částice; ten je v tomto zjednodušeném výpočtu se dvěma členy vynechán.

Často kladené otázky

Co je vodní potenciál jednoduše řečeno? Je to míra toho, jak silně má voda v systému tendenci se pohybovat. Voda proudí od vysokého vodního potenciálu k nízkému, podobně jako teplo proudí z teplého místa do chladného.

Jaký je vzorec vodního potenciálu? Ψw = Ψs + Ψp, kde Ψw je vodní potenciál, Ψs je osmotický potenciál a Ψp je tlakový potenciál. Všechny tři se měří v megapascalech.

Proč je osmotický potenciál obvykle záporný? Rozpuštěné částice na sebe vážou molekuly vody a snižují množství volné vody dostupné k pohybu, čímž snižují energii vody. Typické jsou nulové nebo záporné hodnoty; osmotický potenciál nikdy není kladný.

Může být vodní potenciál kladný? Ano, pokud je tlakový potenciál kladný a větší než záporný osmotický potenciál. K tomu dochází při kořenovém tlaku, který v noci vytlačuje vodu z okrajů listů, a u několika specializovaných rostlinných buněk.

Jaký je rozdíl mezi vodním potenciálem a obsahem vody? Obsah vody je množství přítomné vody. Vodní potenciál vyjadřuje, jak snadno je tato voda dostupná k pohybu. Dvě půdy mohou obsahovat stejné množství vody, a přesto mít velmi odlišné vodní potenciály, protože textura půdy ovlivňuje, jak pevně je voda zadržována.

Zohledňuje tato kalkulačka matricový potenciál půdy? Ne. Sčítá pouze osmotický a tlakový potenciál, což je přesné pro rostlinné buňky a jednoduché roztoky. Vodní potenciál půdy v nenasycené půdě závisí také na matricovém potenciálu, který vyžaduje samostatné měření.