Potenziale dellacqua
Le piante sono ingegneri idraulici fenomenali. Usando solo le leggi di base della fisica e la semplice manipolazione dellenergia potenziale, le piante possono spostare lacqua sulla cima di un albero alto 116 metri. Le piante possono anche utilizzare lidraulica per generare forza sufficiente per spaccare le rocce e piegare i marciapiedi. Il potenziale idrico è fondamentale per spostare lacqua verso le foglie in modo che possa aver luogo la fotosintesi.
Il potenziale idrico è una misura dellenergia potenziale nellacqua, o il differenza di energia potenziale tra un dato campione dacqua e lacqua pura (a pressione atmosferica e temperatura ambiente). Il potenziale idrico è indicato dalla lettera greca ψ (psi) ed è espresso in unità di pressione (la pressione è una forma di energia) chiamate megapascal (MPa). Il potenziale dellacqua pura (Ψwpure H2O) è designato un valore pari a zero (anche se lacqua pura contiene molta energia potenziale, tale energia viene ignorata). I valori del potenziale idrico per lacqua nella radice, nel fusto o nella foglia di una pianta sono pertanto espressi in relazione a Ψwpure H2O.
Il potenziale idrico nelle soluzioni vegetali è influenzato dalla concentrazione del soluto, dalla pressione, dalla gravità e fattori chiamati effetti matrice. Il potenziale idrico può essere scomposto nei suoi singoli componenti utilizzando la seguente equazione:
Ψsystem = Ψtotal = Ψs + Ψp + Ψg + Ψm
dove
- Ψs = potenziale soluto
- Ψp, = potenziale di pressione
- Ψg, = potenziale di gravità
- Ψm = potenziale matriciale
“Sistema” può riferirsi al potenziale idrico dellacqua del suolo (Ψ suolo), dellacqua delle radici (Ψradice), dellacqua del fusto (temstelo), dellacqua delle foglie (Ψfoglia) o dellacqua nellatmosfera (Ψatmosfera), qualunque sia il sistema acquoso in considerazione. Quando i singoli componenti cambiano, aumentano o diminuiscono il potenziale idrico totale di un sistema. Quando ciò accade, lacqua si sposta per equilibrarsi, spostandosi dal sistema o compartimento con un potenziale idrico maggiore al sistema o compartimento con unacqua inferiore potenziale. Ciò riporta a zero (Δ = 0) la differenza di potenziale idrico tra i due sistemi (Δ). Pertanto, affinché lacqua si muova attraverso la pianta dal suolo allaria (processo chiamato traspirazione), il le condizioni devono esistere come tali:
Ψsoil > Ψroot > Ψstem > Ψleaf > Ψatmosphere.
Lacqua si muove solo in risposta a Δ, non in risposta ai singoli componenti. Tuttavia, poiché i singoli componenti influenzano lintero totalsistema, un impianto può controllare il movimento dellacqua manipolando i singoli componenti (specialmente Ψs).