[생명과학] 수분포텐셜 (water potential)

목차

1.수분포텐셜의 개념.

2.수분 포텐셜의 방정식.

3.수분포텐셜의 측정방법.

4.수분 포텐셜의 구성.

5.수분포텐셜의 예.

본문내용

면에 나타납니다.
3) 이때 가한 압력에 -부호를 붙인 것이 절단직전의 도관의 부압이 되며, 도관의 삼투포텐셜은 무시할 수 있기 때문에 이 값이 바로 식물의 수분포텐셜이 됩니다.
② Constant Volume 방법
1) 만니톨 용액을 농도를 달리하여 준비하고 일정한 부피와 무게의 감자조직을 넣은 뒤 충분한 시간이 경과한 다음 무게의 변화를 측정합니다.
2) 무게변화가 없는 용액의 농도를 찾아 그 용액의 삼투포텐셜 을 계산하며 그것이 바로 조직의 수분포텐셜이 됩니다.
③ Chardakov 방법
1) 농도별 설탕용액에 식물의 조직을 잠기게 하면 조직과 용액 사이에 수분포텐셜의 차이에 의해 물이 침투되어 용액의 농도가 증가되거나 감소합니다.
2) 메틸렌블루의 이동속도나 확산정도를 관찰하여 미세한 농도변화를 확인할 수 있습니다. 결과적으로 조직을 첨가해도 농도의 변화를 보이지 않는 용액의 삼투포텐셜을 계산하여 그 조직의 수분포텐셜을 알 수 있습니다.
3) constant volume 방법과 같지만 측정방법이 조직의 부피 대신에 용액의 농도를 측정하는 것입니다.
4) 러시아의 Chardakov가 개발한 방법으로 특수한 기기나 장치가 없어도 쉽게 수분포텐셜을 측정할 수 있습니다.
④ 기타 - 증기압법, 빙점강하법, 노점식방법
1) 증기압법
- 조직을 폐쇄된 용기의 공기와 평형을 이루게 한 다음 상대 습도와 온도를 측정하여 수분포텐셜을 구하는 방법입니다.
2) 빙점강하법
- 빙점을 측정하여 삼투포텐셜을 계산하는 방법 입니다.
3) 노점식방법
-이 방법은 열전기쌍이 장착된 상자 안에 시료를 넣으면 접점에 물방울이 맺히는데 이때 점온도와 주변온도의 차이로부터 수분포텐셜을 측정할 수 있습니다.
4.수분포텐셜의 구성
수분포텐셜은
* 세포의 조직 내에서 생기는 막압, 벽압등과 같은 압력에 의한 압력포텐셜
* 토양입자나 고형물의 흡착력에 의한 매트릭포텐셜
* 용해된 용질분자에 의한 삼투포텐셜
* 중력에 의한 중력포텐셜로 구성됩니다.
1. 압력포텐셜
1) 압력포텐셜은 압력의 가감에 의하여 생기는 실제 압력이므로 단순히 압력(P)으로 불리기도합니다.
2) 일반적으로 압력이 주어지면 압력포텐셜이 증가하고 아울러 수분포텐셜이 높아지기 때문에 압력을 받은 쪽에서 반대방향으로 수분이 이동합니다.
3) 삼투포텐셜과 매트릭포텐셜이 음(-)의 값을 갖는 데 비하여 식물세포에서 압력포텐셜은 양(+)의 값을 갖습니다.
4) 압력포텐셜의 값은 전체 수분포텐셜에서 삼투포텐셜을 빼서 얻습니다.
ψ p = ψ w ψ s
2. 매트릭포텐셜
1) 매트릭포텐셜은 대기압하에서 물분자를 흡착하는 성향에 대한 척도로서 물분자와 이와 접촉되는 매트릭스(토양입자, 고형물질, 세포벽)간의 장력을 의미합니다.
2) 매트릭포텐셜은 항상 음(-)의 값을 가지며, 이에 따라 매트릭포텐셜은 음의 압력포텐셜이라고 볼 수 있습니다.
3) 매트릭포텐셜은 건조한 종자나 토양에서는 수분포텐셜을 결정하는데 매우 중요한 역할을 담당합니다.
3. 삼투포텐셜
1) 삼투포텐셜은 용액의 용질분자에 의해 생기며 용질의 농도가 높아짐에 따라 물의 농도가 감소하게 되어 그 값은 낮아집니다.
2) 삼투포텐셜은 용액 내에 존재하는 용질에 의하여 형성되므로 용질포텐셜이라고도 하며, ψs, π(파이)로 표시되고 순수한 물의 수분포텐셜이 0이기 때문에 항상 음(-)의 값을 갖습니다.
3) 삼투포텐셜은 대기압하에서 한 용액의 수분포텐셜과 같으며 물은 삼투포텐셜이 높은 용액으로부터 낮은 용액으로 확산됩니다.
4) 일반토양에서는 삼투포텐셜이 무시될 수 있지만 염류농도가 높은 토양에서는 이 삼투포텐셜이 식물체의 수분흡수에 영향을 미칩니다.
5) 체내에서는 함수량과 가용성 물질이 삼투포텐셜을 좌우하며 체내에서의 수분이동에 관여합니다.
4. 중력포텐셜
1) 수분의 경우 중력 상호작용의 결과로 주어진 위치에서 해당하는 만큼의 에너지를 갖는데, 수분이 갖는 이 위치에너지(포텐셜에너지)를 중력포텐셜이라고 합니다.
2) 기준점을 중심으로 위의 물은 양의 중력포텐셜을 지닌 반면, 기준점 밑의 물은 음의 값을 갖습니다.
*수분포텐셜의 상호관계
(1) 토양수분포텐셜
1) 토양의 수분포텐셜은 삼투포텐셜, 매트릭포텐셜, 압력포텐셜, 그리고 중력포텐셜로 구성됩니다.
2) 이 가운데 중력과 삼투포텐셜은 값이 작아 무시할 수 있으며 압력포텐셜과 매트릭포텐셜이 중요한 요소가 됩니다.
3) 토양공극의 포화도에 따라 포화토양의 경우는 압력포텐셜이,불포화토양에서는 매트릭포텐셜이 각각 토양의 수분포텐셜을 결정짓는 가장 중요한 요소가 됩니다.
(2) 식물체의 수분포텐셜
1) 식물체에서의 수분포텐셜은 주로 압력포텐셜과 삼투포텐셜에 의해 좌우되고 매트릭포텐셜과 중력포텐셜은 거의 영향을미치지 않는다고 봅니다. 따라서 수분포텐셜은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
ψw = ψs + ψp
2) 수분상수와 매트릭포텐셜 - 토양수분에서는 매트릭포텐셜(ψm)이 토양수분포텐셜을 결정짓는 중요한 성분포텐셜이 됩니다. 토양수분이 충분하면 이 매트릭포텐셜이 높고 건조
하면 낮아집니다.
3) 세포의 부피와 압력포텐셜이 변화함에따라 삼투포텐셜과 수분포텐셜은 변화합니다.
4) 압력포텐셜과 삼투포텐셜이 같을 때(ψp = ψs) 세포의 수분포텐셜은 0이 되며, 반대로 초기 원형질 분리상태에서 압력포텐셜이 0이 되면 수분포텐셜과 삼투포텐셜은 같아집니다.(ψw = ψs )
5) 수분포텐셜은 토양에서 가장 높고 대기에서 가장 낮으며,식물체에서는 중간값을 나타냅니다.
이에 따라 수분은 토양에서 식물체를 거쳐 대기중으로 수분포텐셜의 구배에 따라 이동합니다.
6) 식물체 내의 조직에서 수분포텐셜이 낮아지면 그만큼 물을 흡수할 수 있는 능력이 커지고 반대로 수분포텐셜이 높아지면 다른 조직에 물을 공급할 수 있는 능력이 커집니다.
5.수분포텐셜의 예
식물의 물관액을통한 수분운반에 수분포텐셜이 작용한다.
수분포텐셜이 높은곳에서 낮은곳으로 물이 이동하므로 토양에서 나무를 거쳐 대기로 이동한다.
대기층 -100MPa <----
잎 -7MPa <----
나무몸통 물관 -0.8MPa <----
뿌리 물관 -0.6MPa <----
토양 -0.3MPa <----

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