关于“渗透势”与“渗透压”、“压力势”与“压力”问题的一些看法

读了前几期有关“水势”的讨论文章之后,觉得在“渗透势”与“渗透压”、“压力势”与“压力”的关系问题上还有些可商讨之处。现仅就自己的一些不成熟的看法,提请诸位指教。我们知道,渗透势(ψx)就是体系中由溶质所决定的那部分水势(ψw),是体系中由于加入溶质后而引起水势降低的一种数量指标,其热力学含义为:     

岩溶干旱胁迫下青冈栎水分参数变化

根据岩溶生境特点设计表层岩溶水-岩石(灰岩)-土壤水分供应分层模拟柱,对青冈栎(Cyclobalanopsis glauca)进行水分控制试验;运用压力容积(P-V)技术,研究了在水分胁迫下青冈栎的日水势(P)、饱和含水量时的最大渗透势(ψsats)、初始质壁分离时的渗透势(ψtlps)、初始质壁分离时渗透水相对含量(ROWCtlp)、初始质壁分离时相对含水量(RWCtlp)、质外体水的相对含量(AWC),以及饱和含水量时最大渗透势与初始质壁分离时的渗透势之差(△P)的变化.结果表明,在无表层岩溶水-岩石-土壤处理中,随着土壤干旱胁迫程度的增加,ROWCtlp、RWCtlp、ψsats、ψtlp呈明显下降,而AWC值上升;在有表层岩溶水-岩石-土壤处理下,青冈栎受土壤水分胁迫不明显,水分参数变化不显著.表层岩溶缺水时,土壤水分含量是影响青冈栎水分参数变化的主要因素,在一定的干旱胁迫范围内,随着干旱程度的提高,青冈栎耐旱性不断增加.     

4种沙生灌木幼苗PV曲线水分参数对干旱胁迫的响应

以柠条、沙木蓼、杨柴和花棒4种沙生灌木幼苗为材料,采用盆栽法在适宜水分、中度干旱和重度干旱(田间持水量的75%、50%和35%)3种土壤水分条件下,应用PV技术测定了它们在膨压为0时的渗透势(ψstlp)、相对水含量(RWCtlp)和相对渗透水含量(ROWCtlp),以及饱和含水时的渗透势(ψssat)、束缚水含量(Va)、膨压随叶水势下降而降低的速率b值和组织细胞总体弹性模量(ε′)等水分参数,并用隶属函数值法对4种苗木在干旱下保持膨压的能力进行了综合评价.结果显示:与适宜水分条件下相比较,除花棒幼苗在中度及重度干旱下ψssat值、柠条苗在中度干旱下ψssat和ψstlp差值和在中度及重度干旱下Va值、沙木蓼苗在中度干旱下ε′和RWCtlp值均变化很小以外,4种苗木其它水分参数在不同程度干旱胁迫下均有较明显的变化,且其变化幅度随干旱胁迫的加剧而增加,从而使苗木保持膨压及吸水保水的能力较适宜水分下明显增强;苗木保持膨压能力的综合评价结果为:中度干旱下柠条>花棒>杨柴>沙木蓼,重度干旱下柠条>花棒>沙木蓼>杨柴.研究表明,柠条幼苗对干旱胁迫具有极强的渗透调节适应性.     

土壤干旱对元宝枫渗透调节能力的影响

采用盆栽控水法和P—V技术研究分析了不同土壤干旱(速度、程度)条件对元宝枫渗透调节能力的影响。结果表明,元宝枫具有很强的渗透调节能力．但该能力受土壤干旱的速度和程度影响,在缓慢干旱条件下,元宝枫叶片的ψw、ψ0、π100、RWC^0、ROWC^0均明显降低．其中与渗透调节能力直接相关的(π100可下调0．52MPa,ψ0下调1．51MPa。在快速干旱条件下π100和ψ0分别仅下凋0．20MPa和0．48MPa。△π100值也表明缓慢干旱条件下元宝枫渗透调节能力是快速干旱下的45倍。在缓慢干旱条件下．由轻度到中度干旱时其渗透调节能力显著增强(增加270％);由中度到严重干旱时．增加不明显(增加了24．5％)。从3种有机渗透调节物质含量与△π100值的动态变化可见,可溶性糖含量增加对渗透调节能力的贡献是第一位的．其次是Pro、游离氨基酸。     

溶液渗透压计算公式P=RTiC中的C应该是物质B的浓度CB

稀溶液渗透压(或渗透势)的计算公式是：P=RTiC(或ψw=-RTiC)。 (1)从它诞生至今已有100多年了,但其中的C究竟是物质B的浓度cB,还是溶质B的质量摩尔浓度bB,在植物生理学界观点尚不一致。文献1、2都认为C为溶液的摩尔(克分子)浓度M;文献3则认为C为溶液的重量克分子浓度m,并直接以m作为一个物理量表达于公式中,即：但在实际运算时,文献3又不是用重量克分子浓度m的单位,而是用克分子浓度的单位;文献4认为"C为溶液的重量克分子浓度",但在配制蔗糖溶液时,又用M作为蔗糖溶液的量度单位;文献5认为C为浓度(应以重量克分子浓度为单位,但实际上当溶液较稀时,可认为克分子浓度与重量克分子浓度相等),所以在实际运算时,他们以克分子浓度作为C12H22O11的组成量度;文献6认为渗透压公式"式中V是指溶剂即水分子的体积(而不是溶液的体积!)",公式"式中n2／V(相当于C)是指单位体积(因水的比重是1,亦即单位重量)溶剂分子中所含溶质分子的摩尔数,所以C应为质量摩尔浓度(molality,m)";文献7对C的含义的观点与文献6的观点一致,并提出了在测定植物组织渗透势时,将体积摩尔浓度换算成质量摩尔浓度,再代入公式P=-RTiC中的四步     

对《植物生理学实验》中质壁分离法测定植物细胞水势命题的看法

我们今年选用薛应龙先生主编的《植物生理学实验》作为我们植物生理学实验的教材。此教材各方面兼顾,有些实验方法较新,概念、操作过程清楚,与我们以往所用的教材相比,实为一本难得的植物生理学实验好教材。但第二章水分生理实验中“质壁分离法测定植物细胞水势”这一命题,我们认为还有可商榷之处。我们都知道,一个成熟的具有液泡的植物细胞的水势由渗透势(ψ_s),压力势(ψ_p)和衬质势(ψ_m)三种组分组成:ψ_w=ψ_s+ψ_p+ψ_m     

几本植物生理学教科书及实验教材评析二题

用质壁分离法测定植物细胞渗透压(或渗透势)的基本公式P=RTiC (或ψπ=-RTiC) (1)以及用小液流法测定植物组织水势的基本公式(由上式演变而来)ψω=-RTiC (2)虽然堪称众所周知,但对公式中C的理解却常出现一些不应有的紊乱。例如华东师范大学生物系植物生理教研组主编的《植物生理学实验指导》以及某些高校自编的同类指导书中,都认为C是“溶液的克分子(摩尔)浓度”,因而在指导配制蔗糖(或甘露醇)溶液时误以为是配制多少M,即体积摩尔浓度。不久     

立地条件和树龄对刺槐和小叶杨叶水力性状及抗旱性的影响

以形成黄土高原“小老树”的2种典型树种刺槐和小叶杨为对象,研究了立地条件(沟谷台地和沟间坡地)和树龄对两种树木叶水力学性质和抗旱性的影响,探讨“小老树”形成的水力生理机制.结果表明:水分较好的沟谷台地上生长的两种树木的叶最大水力导度(Kmax)明显大于水分较差的沟间坡地,叶水力脆弱性(P50)也较高;随树龄增加,两种树木的Kmax明显下降,但P50差异不大.台地上生长的两种树木的叶表皮导度和PV曲线参数(膨压损失点时的相对含水量RWCtlp、膨压损失点时的水势ψtlp饱和含水量时的渗透势ψsat)均大于 坡地;随树龄增加,两种树木的叶表皮导度显著下降,PV曲线参数出现不同程度的下降.两种树木Kmax与ψtlp呈显著正相关,P50与PV曲线参数之间存在一定的相关性,表明Kmax与抗旱性之间存在一种权衡关系,P50是反映两种树木的抗旱性特征之一.     

三角叶滨藜根吸水特点与其抗盐性的关系

采用压力室和冰点渗透压计测定了三角叶滨藜在不同浓度NaCl的根系环境溶液中根木质部的压力势和伤流液的渗透势,并利用原子吸收分光光度计测定了植株和伤流液以及环境溶液中Na 含量。结果表明:随着根环境溶液NaCl浓度的增加,三角叶滨藜植株和木质部伤流液中Na 含量虽呈上升趋势,但根系的过滤系数和体内Na 相对累积量逐渐降低,说明三角叶滨藜根细胞对盐分有很强的过滤作用;木质部伤流液的渗透势随着环境溶液渗透势的降低而降低,但根木质部溶液的水势则逐渐高出根外环境溶液的渗透势;表明三角叶滨藜能够利用较低的木质部负压来抵抗根外溶液的低渗透势而反渗透吸水,并利用根细胞对盐分的过滤作用来避免从环境摄取过量的盐分。     

关于恢复教科书中有关渗透压内容的建议

渗透势和渗透压是水势教学中的两个重要概念。一些学者主张甩渗透势代替渗透压。目前我国的一些植物生理学教科书已完全采纳了渗透势这个概念,在书中不再介绍渗透压。这样做有利于学生理解溶质在水势中的作用,避免把渗透势与渗透压混淆起来。但也带来了新的问题,主要表现在以下两个方面。     

2.细胞水分关系热力学术语学的早期讨论

二十世纪初,植物生理学家开始认识到,水分运进和运出植物细胞不是受“渗透压”之差所控制,而是被当时不同称谓的“吸水力”(stiction force)、“吸水张力”(suction tension)、“净渗透压”(netosmotic pressure)、“水度”(hydrature)之差或者最后所谓的“扩散压亏缺”(diffusion pressuredeficit)之差控制的。这些术语中的任何一个在物理化学上或热力学上都不具有令人满意的科学依据。有几位植物科学家认识到需要有一种更合平科     

以x(m/n)为功能性反应函数的食饵-捕食系统的定性分析

研究了功能性反应函数ψ(x)为x(m/n)(0＜m/n＜1)的食饵-捕食系统dx/dt=ax-bψ(x)y-cx2,dy/dt=-dy+eψ(x)y-fy2.证明了此系统当1/2≤m/n＜1时至多存在唯一正平衡点;当0＜m/n＜1/2时必有出现三个正平衡点的可能.并讨论了此系统的拓扑结构,给出了数值例子.     

美国海滨桤木和薄叶桤木水分生理特性的比较

采取盆栽、人工控水的方式, 研究并比较了美国本土海滨桤木(Alnus maritima)和薄叶桤木(A. incana)的气孔导度(G_s)、叶片水势(ψ_leaf)以及渗透调节能力对土壤水分条件的响应, 以探讨引起两种桤木生态分布差异巨大的生理生态原因。结果表明: 1)正常水分条件下, 海滨桤木的G_s低于薄叶桤木, 其与大气温度、相对湿度和水蒸气亏缺等气象因子的相关性低于薄叶桤木; 干旱胁迫下, 海滨桤木的G_s对其自身ψ_leaf下降信号的敏感度低于薄叶桤木; 复水后, 其G_s恢复更为缓慢。2)正常水分条件下, 海滨桤木的ψ_leaf高于薄叶桤木, 且引起气孔关闭的ψ_leaf临界值较高; 干旱胁迫下, 海滨桤木的ψ_leaf下降幅度高于薄叶桤木。3)正常水分条件下, 海滨桤木和薄叶桤木的渗透调节能力无显著差异; 干旱胁迫下, 尽管两种桤木均表现出饱和状态渗透势(ψ_s^sat)下降、膨压与水势关系的最大变化率降低、初始失膨点渗透势(ψ_s^tlp)增加、细胞渗透调节能力范围(ψ_s^sat-ψ_s^tlp, Dψ_s)减小的趋势, 但与薄叶桤木相比, 海滨桤木的ψ_s^tlp较高, Dψ_s较小。从以上生理生态指标可以看出, 较高的叶片水势、较低的气孔调节能力、干旱下较低的渗透调节能力是造成海滨桤木分布范围狭小的重要原因。     

荒漠植物蒙古扁桃水分生理特征

蒙古扁桃(Prunus mongolica)是荒漠区和荒漠草原的水土保持植物和景观植物,是蒙古高原古老残遗植物,对其深入研究对于了解蒙古高原植被演替以及对当地生态环境的稳定和恢复有着重要意义。该实验采用PV技术和自然脱水法探讨了蒙古扁桃的水分生理特性。结果表明:在自然状态下,蒙古扁桃幼苗叶片的相对含水量为69%,饱和含水量为117%,临界饱和亏为48%,水势为-0.85 MPa。经 5% PEG-Hoagland (-0.46 MPa)干旱胁迫处理3 d后,其相对含水量、临界含水量和水势分别下降到48%、39%和 -1.97 MPa,而饱和含水量和束缚水与自由水比值分别增加到187%和11.94。对失水率分析的结果表明:在正常水分状态下,蒙古扁桃幼苗经102 h自然脱水后失水达到平衡,而经过干旱胁迫处理3 d后,其失水率曲线斜率变小,失水过程明显减缓,失水最终达到平衡的时间延长到152 h,其保水能力显著提高。将旱生植物蒙古扁桃的失水率曲线与中旱生植物长柄扁桃(P. pedunculata)的失水率曲线相比较发现,蒙古扁桃的耐脱水能力明显强于中旱生植物长柄扁桃。PV曲线(Pressure-volume curve)分析结果表明: 蒙古扁桃饱和含水量渗透势(Ψπ¹⁰⁰)和零膨压渗透势 (Ψπ⁰)很低,分别为-2.49 MPa和-3.11 MPa,而Ψπ¹⁰⁰和Ψπ⁰差值较大(0.62 MPa),表明其维持膨压的能力很强。其细胞壁弹性模量值低(4.18 MPa)进一步表明,蒙古扁桃具有很强的膨压调节能力。蒙古扁桃幼苗失去膨压时的渗透含水量(ROWC^tlp)为80%,这是其细胞壁特性所决定的渗透调节能力的基础。蒙古扁桃质外体含水量(AWC, %)较高(79%),因而具有较高的束缚水与自由水比值(7.76),这是其耐脱水性的生理基础。总之,蒙古扁桃叶水势、渗透势低有利于其根部对深层土壤水分的吸收,而较高的束缚水与自由水比值及较低的细胞壁弹性模量是其耐脱水的生理基础。     

西鄂尔多斯地区强旱生小灌木的水分参数

应用PV技术研究了西鄂尔多斯地区绵刺、红沙、四合木和霸王柴4种超旱生灌木的水分关系参数膨压(ψ_P)、细胞弹性模量(ε)、细胞体积比(RCV)及其相互关系.结果表明：在4种荒漠旱生灌木中,红沙保持最大膨压的能力最强(a=2.4593).不同荒漠旱生灌木保持膨压的方式不同：绵刺通过弹性调节保持膨压(ε_max=8.4005 MPa);红沙通过渗透调节来保持膨压(ψ_π100=-3.1302 MPa;ψ₀=-3.5074 MPa);四合木通过渗透调节和弹性调节的协同作用来维持膨压;霸王柴通过渗透调节来保持膨压,而弹性调节能力较弱.绵刺具有柔软而高弹性的细胞壁,是构成其根茎系统快速吸收和传导水分能力的因素之一.四合木具有较柔软而高弹性的细胞壁且ψ_P的变化随RCV减小而趋于缓慢,说明四合木具有较强的持水能力和抗脱水能力.     

组织工程用真皮成纤维细胞渗透特性的初步研究

在优化组织工程化真皮低温保存程序时,需要了解体外培养的真皮成纤维细胞的渗透特性。利用细胞计数与尺寸分析仪初步研究了组织工程用真皮成纤维细胞对水的渗透特性,其中包括细胞的等渗体积、细胞在低渗或高渗溶液(渗透压范围：130～1250mOsm)中细胞的平衡体积及细胞的不可渗体积。结果表明,在等渗条件下(280．67mOsm),真皮成纤维细胞的平均体积为5105．51μm^3(直径d=21．40μm);细胞体积随溶液渗透压的变化规律符合Boyle van't Hoff关系式,据此得到真皮成纤维细胞的不可渗体积Vb=0．3631Vi,为1853．81μm^3。     

用露点法和湿度法测定叶片水势及其组分

本文讨论了样品水势差异对叶室平衡时间和热电偶冷却时间的影响;比较了湿度法和露点法的测定结果,活体测定与离体测定的结果以及两种渗透势测定方法的结果;并用离体法测定了大麦在NaCl胁迫下叶片ψw,ψs和ψp的动态变化;用活体法测定了小麦和蚕豆在大田条件下叶片ψw、ψs和ψp的昼夜变化。     

盐胁迫对大豆根系木质部压力和Na+吸收的影响

取栽培大豆的水培幼苗为材料,用木质部压力探针和原子吸收分光光度计测定了盐胁迫条件下其根木质部压力和伤流液中Na~+含量的变化,以分析大豆抗盐吸水的机制.结果表明:在25～150 mmol/L NaCl的浓度范围内,随着盐胁迫强度的增加,大豆根木质部负压力的绝对值逐渐增大,但相对负压力和根的径向反射系数则逐渐减小;木质部伤流液中Na~+含量逐渐增加,但Na~+的相对含量则逐渐降低.同时,虽然根系吸水所需的木质部负压力(压力势)及根木质部伤流液的渗透势随着盐胁迫强度的增加都有所下降,但两者共同作用使木质部水势下降的幅度远远小于根外溶液水势(渗透势)下降的幅度,即随着根外溶液盐浓度的升高,根木质部溶液的总水势逐渐高出根外溶液的水势.上述结果说明,在盐胁迫下大豆可以利用相对小的木质部负压力逆水势梯度吸水,且通过避免对Na~+的过量吸收来适应盐胁迫环境.     

小麦条锈病罹病植株对水分胁迫的响应

水分胁迫时,小麦条锈病病叶的叶片扩散阻力(LDR)明显增大,蒸腾速率(Tp)、相对含水量(RWC)、水势(ψw)、渗透势(ψπ)和压力势(ψp)明显降低。亲和与不亲和性反应寄主病叶对水分胁迫的反应明显不同。亲和性反应寄主叶片在水分胁迫时表现出较低的反应型,产孢期推迟;Tp、LDR、RWC、ψw、ψp和ψπ在产孢前轻微下降或升高;在开始产孢后病叶Tp急剧升高,LDR、Tp、RWC、ψw、ψπ和ψp大幅降低,在健叶尚可有效控制水分蒸腾散失时病叶已丧失了这种能力。不亲和性反应寄主病叶的蒸腾作用在显症期亦有轻微变化,但之后病叶Tp、LDR、RWC和ψw渐趋健叶水平,并保持了较健叶更低的ψπ和更高的ψw,具备了更强的水分调控能力。病株健叶与病叶具有相似的气孔行为。     

渗透胁迫对化感作用生物测定的影响

以加拿大蓬水提液为供体,白菜种子为受体,设计了梯度渗透、等渗溶液以及高渗透压、低化感物质浓度3组实验;通过梯度渗透试验确定受体植物可耐受的渗透势阈值,用等渗溶液排除渗透势的干扰确定植物浸提液的化感作用及其作用强度,以高渗透压、低化感物质浓度试验初步模拟自然条件下渗透势与化感物质之间的主次关系,探讨化感作用研究中培养液渗透势对试验结果的影响。结果显示,处理液渗透势在≥-0.25 MPa范围内对白菜种子萌发和幼苗生长没有显著影响;加拿大蓬水溶性物质具有化感作用,且其化感作用主要影响小白菜幼苗的生长,而对其种子萌发影响相对较小;在渗透势相同的溶液中,只要溶质中含有部分加拿大蓬水溶性物质即可对受体植物产生化感作用。研究发现,与渗透胁迫相比,化感物质是加拿大蓬水提液中影响受体植物生长发育的主要因素。