Чтобы понять, как осуществляется поддержание водного режима растений, необходимо разобраться в таких процессах, как осмос и диффузия, которые рассмотрены в нашей статье. Там подчеркнуто, что осмос можно считать типом диффузии, при которой диффундируют только молекулы воды, а молекулы всех остальных веществ не проходят через полупроницаемую мембрану. Молекулы воды перемещаются через полупроницаемую мембрану из области с высокой их концентрацией (т. е. из относительно разбавленного раствора) туда, где она ниже (т. е. в более концентрированный раствор).
В 1988 г. Институт биологии рекомендовал пользоваться термином водный потенциал при описании движения воды через мембраны. Водный потенциал растительных клеток определяется двумя главными факторами — концентрацией растворенных веществ и давлением, возникающим при набухании клетки в результате поступления в нее воды. Соответственно говорят о концентрационном, или осмотическом, и гидростатическом потенциалах. Эти термины объясняются ниже.
Водный потенциал
Водный потенциал — один из фундаментальных показателей термодинамического состояния воды. Ее молекулы обладают кинетической энергией, поскольку и в жидкости, и в газе (водяном паре) быстро и беспорядочно движутся. Чем выше концентрация этих молекул в системе, тем больше их общая кинетическая энергия и выше водный потенциал. Таким образом, у чистой воды он максимален. Если две системы, содержащие воду (например, почва и атмосфера или клетка и окружающий ее раствор), вступают в контакт, то беспорядочное движение ее молекул приведет к их результирующему движению туда, где их меньше, — из области с более высоким водным потенциалом (с более высокой энергией) туда, где он ниже (ниже энергия), пока их концентрации в обеих системах не уравновесятся.
В биологии водный потенциал обычно измеряют единицами давления (например, Паскалями)1. У чистой воды он максимален, но условно принят за нулевой.
Запомните следующие главные моменты:
1) водный потенциал чистой воды максимален и, по определению, равен нулю (в «стандартных» условиях, т. е. при нормальном атмосферном давлении и 25 °С);
2) вода всегда движется по градиенту у: оттуда, где он выше, туда, где он ниже;
3) у всех растворов водный потенциал ниже, чем у чистой воды, т. е. в стандартных условиях выражается отрицательной величиной;
4) осмос можно определить как движение молекул воды через полупроницаемую мембрану по градиенту водного потенциала.
Преимущество использования понятия «водный потенциал»
Водный потенциал отражает тенденцию молекул воды двигаться в определенном направлении. Чем он выше (чем менее отрицателен), тем больше у молекул шансов покинуть данную систему. Если две системы (не обязательно разделенные мембраной) контактируют друг с другом, то вода будет переходить из системы с более высоким водным потенциалом в систему с более низким водным потенциалом.
Таким образом, понятие «водный потенциал» позволяет определить направление движения воды между любыми двумя системами — не только из одной клетки растения в другую, но, например, из почвы в корень, из листа в атмосферу и т. п. Можно сказать, что вода движется через растение по градиенту водного потенциала из почвы в воздух. Чем круче этот градиент, тем быстрее поток воды.
