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:     

水势与热力学

水势ψ是热力学处理生物圈水分关系的基本概念,有利于阐明植物生长中水分的有效性、有效量和补给率问题,便于水分生理的系统分析。水势概念在1941年由汤佩松和王竹溪两先生共同提出。50年代开始,在国外广泛使用。国内约在70年代,在植物生理、土壤及气象等学科中开始使用。但由于是不同学科和作者引用的,多未从热力学基本概     

植物细胞水势的组成及其加合

1984年第3期《植物生理学通讯》“有液泡细胞的水势究竟等于什么?”一文提出了: ?_w=?_m ?_s ?_p这个公式是否正确,即?_m(衬质势)能否和?_s(渗透势)、?_p(压力势)加合?解决这个问题的关键是正确分析细胞水势组成部分之间的关系。一、物物细胞水势的组成上式如果是用来表达细胞水势包括那些组分,而不作为计算水势的公式,是可以成立的。但这一表达还不完全,应该加上细胞的重力势。因为在讨论细胞的水势时,一般都涉及到细胞之间的水分移     

黄土区4个树种水势特征的研究

采用压力室法对晋西北黄土区柠条(Caragana korshinskii)、河北杨(Populus hopeiensis)、北京杨(Populus beijingensis)和小叶杨(Populus simonii)4 个树种的小枝水势、叶含水率及其环境因子的日变化进行了定期测定。分析了4 个树种水势日变化与光照(L)、气温(T)、相对湿度(RH)日变化及叶含水率(LWC)日变化的关系以及其水势的季节变化与土壤水分季节变化的关系。主要结果如下:整个生长期所测4 个树种小枝水势的日变化为呈抛物线型。生长期小枝水势的平均值分别为柠条(-1.569 MPa)、河北杨(-1.030 MPa)、北京杨(-0.993 MPa)和小叶杨(-0.971MPa)。小枝水势与环境单因子的相关性大小依次为:光照、气温、相对湿度。水势与光温复合因子(L*T)、光湿复合因子(L/RH)的相关性大于它与单因子的相关性。小枝水势与叶含水率的相关性较差。生长期清晨水势(Wp)季变化与土壤水分(X)季节变化的最佳关系模型为Wp=Ae^-BX型。但生长期午间水势的季节变化与土壤水分季节变化的关系均不显著。土壤水分含量对水势有较大影响。     

平潭岛典型海岸草丛沙堆植物群落水势日变化特征及其影响因素

水势是反映植物受到环境胁迫的重要指标之一,可用来确定其受胁迫的程度和适应能力大小。以福建省平潭岛海岸典型沙生植物老鼠艻(Spinifex littoreus)形成的草丛沙堆为研究对象,选取晴朗无云的天气,采用PSYPRO水势测量系统对其植物叶、茎水势及其所形成的沙堆土壤水势进行测定,同时采用HUMIPORT10手持式温湿度计对当日的气象要素进行同步观测。结果表明:(1)老鼠艻的叶水势呈现出与早晚高午间低相反的反梯度现象,叶、茎水势的日变化均表现为"M"型变化趋势,除18:00后,其它时间均表现为叶片水势下降、茎干水势上升,并且发现叶、茎水势的变化趋势存在位相后移现象;(2)老鼠艻的叶、茎水势在10:00时差异达到最大的0.65MPa,且茎水势高于叶水势,在14:00左右,植物茎水势出现低于叶水势的反常现象,在18:00时叶、茎水势趋于相同;(3)除表层30cm外,其它层土壤水势日变化特征总体表现为从早晨开始下降,14:00达到最低,但总体变化不明显;(4)随着深度增加,草丛沙堆土壤水势呈现为依次增加的趋势,但80cm以下土壤水势变化不显著(P0.1);(5)叶水势与大气水势具有较好的相关性,且变化显著(P0.1),与茎水势及浅层土壤水势有一定相关性,但变化不显著(P0.1),与50cm以下土壤水势均无相关性。     

海岸沙生植物老鼠艻(Spinifex littoreus)叶水势对风蚀、沙埋和风沙流磨蚀的响应

台风是海岸地区常见的自然灾害之一,其通过风蚀、沙埋和风沙流磨蚀,严重威胁到该地区的沙生植物生长。本文以福建省平潭岛海岸典型沙生植物老鼠艻(Spinifex littoreus)为研究对象,对台风后受到风蚀、沙埋和风沙流磨蚀危害的植株叶片水势及其土壤水势和气象要素进行同步观测。结果表明:(1)老鼠艻在遭受风蚀后其受到的水分胁迫较未风蚀植株提前且强度更大,叶水势较未风蚀植株显著降低(P0.05),且与大气水势无显著相关性(P0.05)。而未风蚀时其与大气水势和相对湿度呈极显著正相关(P0.01),与气温则呈极显著负相关(P0.01);(2)沙埋后老鼠艻叶水势在10:00—16:00均高于未沙埋植株,变化幅度较小,且对气象因子响应存在滞后现象。土壤水分不足时,老鼠艻叶水势主要受土壤水势的影响,土壤水分充足时,则主要受气象因子的影响。未沙埋的老鼠艻叶水势与大气水势、相对湿度呈显著正相关(P0.05),与气温呈显著负相关(P0.05)。随着沙埋深度的增加,老鼠艻叶水势先升高后降低,适度沙埋有利于其保持较高水势以适应胁迫环境;(3)老鼠艻叶片被擦伤后,其叶水势大部分时间均低于未擦伤处理,与大气水势有一定相关性,但不显著(P0.05),而未擦伤植株叶水势则与大气水势和相对湿度呈显著正相关(P0.05),与气温呈显著负相关(P0.05)。     

不同肥力水平农田生态系统SPAC水分状态及能量特征

通过对农田生态系统土壤 -植物 -大气连续体系 (SPAC)水分、温度等昼夜观测 ,确定温度是影响 SPAC水分能量的重要因素 ,土壤水势呈现温度正效应 ,植物、大气水势呈现温度负效应。温度与土壤 -植物间水势差 (ψS- P)和植物 -大气间水势差 (ψP- A)呈正相关。农田生态系统 SPAC水分热力学函数研究得出 ,不论高、低肥区 ,冬小麦在不同生长发育时期 ,水分的相对偏摩尔自由能 (ΔG)均为土壤 >植物 >大气 ;水分相对偏摩尔熵 (ΔS)、焓 (ΔH)均为大气 >植物 >土壤 ;冬小麦在拔节期和扬花期 ,土壤水 ΔG皆为高肥区 <低肥区 ;植物水分 ΔG拔节期为高肥区 >低肥区 ,扬花期相反为高肥区 <低肥区 ;两个生育期大气水分 ΔG均为高肥区 >低肥区。在拔节期土壤 -植物间水分的 ΔG差值 (ΔGS- P=ΔGS-ΔGP)、植物 -大气间水分ΔG差值 (ΔGP- A=ΔGP-ΔGA)均为高肥区 <低肥区 ,扬花期ΔGS- P为高肥区 >低肥区 ,而ΔGP- A为高肥区 <低肥区。     

延安公路山辽东栎林优势植物水分适应性及适应类型分析

以陕西省延安公路山辽东栎林群落为对象,测定林内外不同状态下12种优势植物的水势日进程、自然饱和亏、临界饱和亏等水分利用参数,分析它们在林内和林外孤立木状态下的水分利用多样性和水分平衡策略,以揭示辽东栎群落水分利用多样性在群落持续发育中的作用.结果表明:(1)在林内或林外12种优势植物的水势日变化趋势基本一致,一天内每一时段物种间水势值跨度不同,林内种间水势跨度为0.85～1.93 Mpa,林外种间水势跨度为0.6～1.83Mpa;林内物种间日最低水势(-1.43～-3.05 Mpa)及临界饱和亏(63.12%～92.59%)变幅较大;各优势植物水势日进程与气象因子显著相关.(2)林内外各时段物种间水势跨度不同,14:00和17:00林外物种间水势跨度大于林内;12种植物的水势日变化与林内有显著差异(P<0.05),且在林内和林外环境下水分参数具有相似变化趋势.(3)根据黎明前水势、日最低水势、自然饱和亏、临界饱和亏将辽东栎林内12种优势植物水分利用策略聚类分为 4个水分适应类型,每个适应类型具有特殊的水分适应方式.可见,辽东栎群落内12种优势植物的水分利用参数及其对环境适应表现出多样性特点,为该群落持续发育奠定了基础.     

渗透引发对紫花苜蓿种子抗旱性的影响——基于水势模型分析

渗透引发常用于提高种子活力,增强抗性。为了量化渗透引发对种子抗旱性的作用,本研究以紫花苜蓿(公农一号)为对象,聚乙二醇(PEG 6000)为引发剂,设置4个恒定温度(10、15、20和25℃)、6个干旱水平(0、-0.2、-0.4、-0.6、-0.8和-1.0 bar),开展常规发芽试验。采用聚乙二醇(PEG 6000)对紫花苜蓿种子进行引发并回干处理,利用水势模型计算相关参数。结果显示:渗透引发加快了紫花苜蓿种子的发芽速度。引发后的种子在较低水势条件下也具有较快的发芽速度。从水势模型参数来看,与未引发的紫花苜蓿相比,引发后的紫花苜蓿种子发芽的积势常数更低,引发后紫花苜蓿种子发芽的最低水势降低。这表明渗透引发降低了种子发芽所需的水势需求,可以使引发种子在更低的水势环境下发芽,提高抗旱性。     

外界因子对杏树叶水势调控的研究

杏树(Prunus armeniaca L.)叶水势的日变化主要受控于一天中水汽压饱和亏(VPD)(或相对湿度)、大气温度和光照强度的变化。光照强度决定了一天中叶水势最低值的大小。在日进程中,随着水汽压饱和亏的逐渐增大和气温的逐渐升高,叶水势逐渐下降。当 VPD 和气温达到一定值时,叶水势达到一天中的最低值。此后,叶水势保持稳定,直到 VPD 和气温述到一天中的最大值后,叶水势最低值结束,并开始回升。在生长季节前期,每日叶水势最低值出现时的 VPD 值为4—7 mbar,后期为12—15 mbar,而气温始终是19℃左右。在其他条件相同时,叶水势的大小与叶片在树冠和枝条中所处位置无关。地膜覆盖和灌水虽可显著提高土壤水势,但对叶水势影响不大。     

再回顾——读汤佩松和王竹溪的一篇早期论文

本刊自1981年第3期开始讨论“水势”以来,已经整整四个年头了。当时,我们介绍了六十年代初、中期发表的 Slatyer及 Taylor和 Kramer等的两篇文章。两文在国际上被视为当今普遍采用的水势概念的原始文献。四年来的讨论也基本上是在两文的基础上进行的。在这次讨论中,涉及了本刊五十年代下半期(1956—1958)开展的细胞吸水力问题的讨论。在那次讨论中,汤佩松先生和王竹溪先生曾分别重申了他们在四十年代初用热力学原理分析细胞水分关系所提出的“势能”、“化学势差”观点。但是,这些重要的观点当时未获响应,直到这次讨论中才理所当然地肯定了。水势概念的基本内容是,根据平衡态热力学原理用“势能”——水的化学势——来标志细胞水分的状况、运行方向和限度。水势测定的基本原理是蒸气压平衡法。这两点,早在1941年已由汤佩松、王竹溪的论文提出来了。但这篇论文长期以来未引起国内外学术界的重视。为了发扬我国科学家的首创精神,再认识该论文在国际植物生理学史上的重要地位,也鉴于国内同志或恐多有未见该文者,现在我们发表叶绿同志《再回顾》一文,同时特将汤、王的论文译出重载,供大家研究讨论。最近,美国植物生理学家、水势概念提出者之一——Kramer,P.J.撰文高度评价了汤、王(1941)论文的超时代意义,检讨了国外“长期忽视”该文的原因,承认了汤、王的先驱性贡献和首创地位。现将Kramer文也一并译出,供参考。     

天目山柳杉叶水势日变化及其与空气温湿度和PAR的相关性

对天目山不同海拔(1 067、698和419 m)样点柳杉(Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr.)不同冠层(分别离地面高1.3、4和8 m)的叶水势日变化特征进行了研究,并对柳杉叶水势与空气温度、空气相对湿度及光合有效辐射(PAR)的相关性进行了分析。结果表明:不同海拔样点柳杉不同冠层叶水势日变化曲线均呈典型的"V"型,但谷值及其出现的时间有差异;随树冠高度增加叶水势日均值均逐渐降低;不同海拔柳杉同一冠层叶水势日均值有明显差异,其中,海拔419 m处柳杉叶水势日均值为-1.11~-1.22 MPa,海拔698和1 067 m处柳杉叶水势日均值为-0.78~-0.98 MPa,差异极显著(P<0.01)。相关性分析结果表明:柳杉叶水势与空气相对湿度均呈显著正相关(P<0.05)、与空气温度和光合有效辐射均呈负相关。逐步回归分析结果表明:在海拔419 m处影响柳杉叶水势日变化的主导因子是空气温度,而在海拔1 067和698 m处影响柳杉叶水势日变化的主导因子是空气相对湿度。研究结果显示:随海拔升高柳杉叶水势增大且导致叶水势变化的主导因子也有所改变。     

熵与生命和肿瘤的关系

热力学是研究能量转换规律的科学 ,本文针对热力学第二定律即熵与生命的关系提出一些见解和分析 ,来作以下讨论。1.熵与生命代谢的关系在克劳修斯的热力学第二定律中指出 :一个孤立系统不管其初始状态如何 ,最终将演化为最无序 ,最混乱的状态。而且满足热力学平衡的状态 ,简言之就是一个孤立系统的熵随时间增高 ,熵增加原理告诉我们自发过程是由比较有序向比较无序的方向进行的 ,自发过程总是伴随着熵的增加 ,或者说熵增加过程是自发过程。根据原理 ,熵的改变值 (△Ｓ)只由始态和终态确定 ,而与过程和途径无关。以人体为例 ,就生命的新陈代…     

毛乌素沙地4种植物叶水势变化及其影响因素分析

对毛乌素沙地旱柳( Salix matsudana Koidz.)、小叶杨( Populus simonii Carr.)、北沙柳( Salix psammophila C. Wang et Chang Y. Yang)和沙蒿(Artemisia desertorum Spreng.)4种植物叶水势的月变化和日变化规律以及不同冠层叶水势的差异进行了研究,并分析了4种植物叶水势与气候因子及树干液流速度的相关性。结果表明：在5月份至8月份,旱柳、小叶杨和北沙柳清晨(5：00)的叶水势波动不明显;但3种植物正午(13：00)的叶水势有一定差异,其中旱柳和小叶杨正午的叶水势差异不明显,而北沙柳7月份和8月份的叶水势则明显小于其5月份和6月份;总体上看,各月份3种植物正午的叶水势均明显小于清晨叶水势。供试4种植物的叶水势日变化曲线均以“单峰型”为主,最高值出现在5：00至6：00,最低值出现在12：00至16：00;日间北沙柳的平均叶水势最低,而其他3种植物的平均叶水势差异不明显,5月份和8月份,北沙柳的平均叶水势分别为-11.9和-17.1 MPa,而旱柳、小叶杨和沙蒿的平均叶水势分别为-6.2和-7.1、-7.7和-7.3、-6.8和-8.4 MPa;但夜间4种植物的平均叶水势无明显变化。4种植物日间均表现出树冠下层叶水势高、上层叶水势低的趋势,而夜间则树冠上层和下层的叶水势几乎一致。相关性分析结果表明：4种植物的叶水势与气温、净辐射量以及树干液流速度负相关、与空气相对湿度正相关,其中,不同月份4种植物的叶水势与净辐射量和树干液流速度均极显著相关(P<0.01)。研究结果显示：毛乌素沙地不同植物叶水势的变化因种类、季节、气候条件的不同而异,但总体上看净辐射量是影响4种植物叶水势变化的最主要气象因子。     

白刺叶不同水分状况下光合速率及其叶绿素荧光特性的研究

采用L I-COR 6400便携式光合测定系统测定并研究了乌兰布和沙漠白刺叶不同水分状况下光合速率及其叶绿素荧光参数的变化特征.结果表明,随着白刺水势降低其净光合速率和气孔导度快速下降,当水势降低到一定值时,净光合速率、气孔导度几乎不变;而叶绿素荧光指标与叶水势关系在高水势时随着叶水势下降叶绿素荧光指标值近似不变,当水势下降到一定值时近似呈直线下降.白刺水饱和状况下的光补偿点为(43.1±4.8)μm o l.m-2.-s 1,光饱和点为(676±150)μm o l.m-2.-s 1;叶生长初期和叶成熟期净光合速率水势补偿点(净光合速率为0时的水势)分别为-3.65 M Pa和-5.76 M Pa,NPQ初始水分胁迫水势分别为-2.20 M Pa和-6.63 M Pa.研究指出运用净光合速率水势补偿点和非光化学猝灭初始水分胁迫水势可评价白刺对干旱环境的适应性.     

基于叶片水势的内蒙古典型草原植物水分适应特征研究

水分是限制草原生态系统植物生存、繁殖和扩散最重要的生态因子,植物通过多样的水分适应策略适应干旱环境。为了解典型草原植物水势特征及其影响因素,在2017年和2018年的生长季对内蒙古典型草原71种植物的叶片黎明水势、午后水势、叶片和根系功能性状进行了测定与分析。结果表明:测定的71种植物叶片的黎明水势分布于-2.67—-0.63 MPa,午后水势分布于-4.67—-1.01 MPa;一年生植物的叶片具有最高的黎明水势、午后水势和最小的水势日差值(叶片的黎明水势与午后水势的差值),多年生禾草的叶片具有最低的黎明水势、午后水势和最大的水势日差值;71种植物对水分的适应策略可分为高水势保持型、低水势忍耐型和变水势波动型;叶片午后水势与叶片干物质含量和根系深度呈极显著的负相关关系(P0.01),但与比叶面积呈极显著的正相关关系(P0.01)。本研究有助于从植物生理学的角度上准确认识典型草原植物的水分适应性及水分生态特征。     

基于树干液流和土壤-叶片水势梯度分析荷木干湿季整树水分利用特征

运用Granier热消散探针连续监测荷木的树干液流,于2009年的湿季(8月)和干季(11月)选择天气晴朗的3d测定叶片水势,同步连续监测林冠上方光合有效辐射、土壤含水量、气温和空气相对湿度.结果表明:干湿季下荷木树干液流存在显著差异,此外,土壤水势和液流有较好的相关性,且干季时的相关性更好;荷木的叶面积/边材面积比值平均为(0.416±0.033)m2·cm-2,并与树高呈指数函数下降关系;随着11月土壤水势下降,荷木的整树水力导度和午间叶片水势也有所下降,但不明显;对叶片水势和整树蒸腾进行回归分析,二者之间呈二次多项式关系(P＜0.01),叶片水势并非无限制下降;结果还表明,大气水汽压亏缺(D)和叶片水势呈负相关,这是否空气温度和相对湿度或共同作用影响叶片水势,需要进一步研究.     

陕北黄土区狼牙刺水势研究

采用压力室水势仪,测定了陕北黄土区狼牙刺2～3年生小枝的水势。以柠条作对照,作了植物水势日变化、月变化动态研究。并分析了水势同光合有效辐射、大气温度、空气相对湿度(从CID-301PS光合测定仪获取)之间的相关关系。结果表明：狼牙刺水势日变化呈单峰曲线,最高值出现在12：00前后;一年中,从植物生长初期至盛期,水势绝对值表现出不断增加的趋势;狼牙刺水势同光照、气温有显著负相关性,与空气相对湿度有显著正相关性,而与植物年龄无密切关系。水势对比研究表明,狼牙刺较柠条耐旱。     

避雨环境下苹果幼树水分状态指标对干旱胁迫的响应

在避雨环境下进行土壤水势渐进式下降处理,研究了苹果树体水分状态指标对土壤干旱胁迫响应的敏感性,分析了不同水分状态指标与树体水分平衡之间的关系.结果表明: 树干直径日较差(MDS)及中午树干水势(Ψ_stem)对干旱胁迫最敏感.MDS对参考蒸散(ET₀)有明显的响应,且对干旱胁迫比较敏感,与ET₀呈显著正相关,相对树干直径日较差(MDS_r)与相对土壤水势(Ψ_{r soil})呈显著负相关,树干直径可实现连续性测量及自动化记录.Ψ_stem对土壤干旱胁迫较敏感,且与ET₀呈显著负相关,相对中午树干水势(Ψ_{r stem})与Ψ_{r soil}呈显著相关,目前叶水势和树干水势难以实现自动化连续性观测.其他树体水分状态指标,如黎明前叶水势(Ψ_pd)、树干直径日生长量(DG)和气孔导度(g_s)等对中度或重度干旱胁迫也有不同程度的响应,但总体上对土壤水势变化的响应不敏感.     

春小麦种子萌发和成苗过程中水分需求的量化研究（简报）

用聚乙二醇(PEG)模拟外界环境水势,对春小麦种子萌发和成苗过程中几个阶段水分需求的定量研究表明,种子萌动、发芽和胚芽伸长至一定长度的时间(t)与外界水势(Ψ)之间有1/t=a bΨ的关系。据此式可以推算出种子萌发和成苗过程中各阶段的水势阈值。