Vesipotentiaalilaskuri - Ilmainen Liuos- & Painelaskentaväline

Mitä vesipotentiaali on?

Vesipotentiaalilaskuri laskee kasvisolun tai liuoksen kokonaisvesipotentiaalin (Ψw) laskemalla yhteen sen liuenneiden aineiden potentiaalin (Ψs) ja painepotentiaalin (Ψp). Vesipotentiaali kuvaa veden taipumusta siirtyä paikasta toiseen. Se ilmoitetaan megapascaleina (MPa), paineen yksikkönä.

Vesi siirtyy aina alueelta, jolla vesipotentiaali on suurempi, alueelle, jolla se on pienempi. Tämä yksinkertainen sääntö selittää, miten vesi päätyy kasvien juuriin, nousee varsien läpi ja poistuu lehtien kautta.

Vesipotentiaalin kaava

Laskurin käyttämä kaava on:

Ψw = Ψs + Ψp

• Ψw — vesipotentiaali, MPa
• Ψs — osmoottinen potentiaali, jota kutsutaan myös liuenneen aineen potentiaaliksi, MPa
• Ψp — painepotentiaali, MPa

Puhtaan veden vesipotentiaali ilmanpaineessa on 0 MPa. Tämä arvo on vertailukohta. Liuenneet aineet ja fyysinen paine suurentavat tai pienentävät arvoa tästä.

Vesipotentiaalin osatekijät

Osmoottinen potentiaali (Ψs)

Osmoottinen potentiaali kuvaa liuenneiden hiukkasten, kuten sokereiden tai suolojen, vaikutusta veden energiaan. Liuenneet hiukkaset vetävät vesimolekyylejä puoleensa ja sitovat niitä, mikä pienentää veden vapaata energiaa. Siksi osmoottinen potentiaali on aina nolla tai negatiivinen. Laimean liuoksen arvo on lähellä arvoa 0 MPa. Väkevä liuos, kuten merivesi, voi saavuttaa noin arvon -2,5 MPa.

Painepotentiaali (Ψp)

Painepotentiaali kuvaa veteen kohdistuvaa fyysistä painetta. Terveen ja hyvin nesteytyneen kasvisolun sisällä solun sisältö työntyy ulospäin soluseinää vasten. Tätä kutsutaan turgoripaineeksi, ja se tuottaa positiivisen painepotentiaalin, joka on tyypillisesti välillä +0,3–+0,8 MPa. Kasvin vettä johtavissa putkissa eli ksyleemissä vesi usein imeytyy eikä työnny eteenpäin, mikä tuottaa negatiivisen painepotentiaalin, joka voi joskus olla alle arvon -2,0 MPa.

Vesipotentiaalin laskeminen

1. Mittaa näytteen osmoottinen potentiaali MPa:ina tai hanki sen arvo. Arvo on yleensä negatiivinen tai nolla.
2. Mittaa näytteen painepotentiaali MPa:ina tai hanki sen arvo. Arvo voi olla positiivinen, negatiivinen tai nolla.
3. Laske luvut yhteen. Summa on vesipotentiaali Ψw.

Laskuri suorittaa tämän yhteenlaskun automaattisesti, kun molemmat arvot on syötetty.

Ratkaistu esimerkki

Lehtinäytteen osmoottinen potentiaali on -0,7 MPa ja painepotentiaali +0,4 MPa.

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

Lehden vesipotentiaali on -0,3 MPa. Jos lehti asetetaan puhtaaseen veteen (0 MPa), lehtisolut sitovat vettä, koska vesi siirtyy kohti suurempaa potentiaalia. Jos lehti asetetaan kosketuksiin veden kanssa, jonka vesipotentiaali on -0,5 MPa, lehtisolut menettävät sen sijaan vettä, koska -0,5 MPa on pienempi kuin -0,3 MPa.

Toisessa esimerkissä solun osmoottinen potentiaali on Ψs = -1,8 MPa ja painepotentiaali Ψp = +0,5 MPa.

Ψw = -1,8 + 0,5 = -1,3 MPa

Tuloksen tulkitseminen

Negatiivisempi vesipotentiaali tarkoittaa, että vesi on suuremman jännityksen alaisena ja vetää ympäröivää vettä voimakkaammin puoleensa. Vähemmän negatiivinen tai positiivinen arvo tarkoittaa, että vettä on vapaammin saatavilla. Kun Ψs ja Ψp ovat yhtä suuria mutta vastakkaismerkkisiä, kuten -0,5 MPa ja +0,5 MPa, kokonaisarvo on 0 MPa. Kasvisolussa tätä pistettä kutsutaan plasmolyysin alkamiseksi: solu on juuri menettänyt turgoripaineensa, mutta sen solukalvo ei ole vielä irronnut soluseinästä.

Vesipotentiaalin yksiköt

Megapascalit (MPa) ovat nykyisen kasvifysiologian vakiintunut yksikkö. Vanhemmassa tai aiheeseen liittyvässä kirjallisuudessa esiintyy kaksi muutakin yksikköä:

• Baarit: 1 bar = 0,1 MPa
• Kilopascalit (kPa), joita käytetään yleisesti maaperätieteessä: 1 MPa = 1 000 kPa

Miksi vesipotentiaalilla on merkitystä

Vesipotentiaali selittää useita kasveissa tapahtuvia arkisia prosesseja. Juuret imevät vettä, kun juuren vesipotentiaali on pienempi kuin ympäröivän maaperän. Lehdet lakastuvat, kun ne eivät pysty ylläpitämään riittävän pientä vesipotentiaalia pitääkseen solunsa kimmoisina. Tutkijat käyttävät vesipotentiaalia vertaillessaan eri viljelykasvilajikkeiden kuivuudensietoa, ja kastelusta vastaavat henkilöt käyttävät sitä päättäessään, milloin pelto tarvitsee vettä. Aamunkoittoa edeltävä lehtien vesipotentiaali, joka on noin -0,2–-0,5 MPa, osoittaa yleensä kasvin saavan riittävästi vettä; keskipäivällä mitattu arvo -0,8–-1,5 MPa tai sitä pienempi arvo voi lajista riippuen viitata kuivuusstressiin.

Koska kaavassa yhdistetään vain osmoottinen potentiaali ja painepotentiaali, se kattaa kasvisolujen ja yksinkertaisten liuosten kannalta tärkeimmät osatekijät. Maaperän vesipotentiaaliin kuuluu myös matriisipotentiaali, joka kuvaa maahiukkasiin sitoutunutta vettä, mutta se jätetään pois tästä yksinkertaistetusta kaksitermisestä laskennasta.

Usein kysyttyä

Mitä vesipotentiaali tarkoittaa yksinkertaisesti? Se mittaa sitä, kuinka voimakkaasti järjestelmässä oleva vesi pyrkii siirtymään. Vesi virtaa suuremman vesipotentiaalin alueelta pienemmän vesipotentiaalin alueelle samalla tavoin kuin lämpö virtaa kuumasta kylmään.

Mikä on vesipotentiaalin kaava? Ψw = Ψs + Ψp, jossa Ψw on vesipotentiaali, Ψs on osmoottinen potentiaali ja Ψp on painepotentiaali. Kaikki kolme mitataan megapascaleina.

Miksi osmoottinen potentiaali on yleensä negatiivinen? Liuenneet hiukkaset sitovat vesimolekyylejä ja vähentävät siirtymiseen käytettävissä olevan vapaan veden määrää, mikä pienentää veden energiaa. Nolla tai negatiiviset arvot ovat tyypillisiä; osmoottinen potentiaali ei ole koskaan positiivinen.

Voiko vesipotentiaali olla positiivinen? Kyllä, kun painepotentiaali on positiivinen ja suurempi kuin negatiivinen osmoottinen potentiaali. Näin tapahtuu juuripaineen aikana, jolloin vesi työntyy yöllä ulos lehtien reunoista, sekä muutamissa erikoistuneissa kasvisoluissa.

Mitä eroa on vesipotentiaalilla ja vesipitoisuudella? Vesipitoisuus on läsnä olevan veden määrä. Vesipotentiaali kuvaa sitä, kuinka vapaasti vesi voi siirtyä. Kahdessa maaperässä voi olla sama määrä vettä mutta hyvin erilaiset vesipotentiaalit, koska maaperän rakenne vaikuttaa siihen, kuinka tiukasti vesi on sitoutunut.

Ottaako tämä laskuri huomioon maaperän matriisipotentiaalin? Ei. Se laskee yhteen vain osmoottisen potentiaalin ja painepotentiaalin, mikä on oikein kasvisoluille ja yksinkertaisille liuoksille. Tyydyttymättömän maaperän vesipotentiaali riippuu myös matriisipotentiaalista, joka on mitattava erikseen.