Waterpotentieel
Planten zijn fenomenale hydraulische ingenieurs. Door alleen de basiswetten van de natuurkunde te gebruiken en de eenvoudige manipulatie van potentiële energie, kunnen planten water naar de top van een 116 meter hoge boom verplaatsen. Planten kunnen ook hydraulica gebruiken om genoeg kracht op te wekken om rotsen te splijten en trottoirs te breken. Waterpotentieel is van cruciaal belang om water naar bladeren te verplaatsen, zodat fotosynthese kan plaatsvinden.
Waterpotentieel is een maat voor de potentiële energie in water, of de verschil in potentiële energie tussen een bepaald watermonster en zuiver water (bij atmosferische druk en omgevingstemperatuur). Waterpotentieel wordt aangeduid met de Griekse letter ψ (psi) en wordt uitgedrukt in drukeenheden (druk is een vorm van energie), megapascal (MPa) genaamd. Het potentieel van zuiver water (Ψwpure H2O) krijgt de waarde nul (hoewel zuiver water veel potentiële energie bevat, wordt die energie genegeerd). Waterpotentiaalwaarden voor het water in een plantwortel, stengel of blad worden daarom uitgedrukt in relatie tot Ψwpure H2O.
Het waterpotentieel in plantoplossingen wordt beïnvloed door de concentratie van opgeloste stof, druk, zwaartekracht en factoren die matrixeffecten worden genoemd. Waterpotentieel kan worden onderverdeeld in zijn individuele componenten met behulp van de volgende vergelijking:
Ψsystem = Ψtotal = Ψs + Ψp + Ψg + Ψm
waarbij
- Ψs = opgelost potentieel
- Ψp, = drukpotentieel
- Ψg, = zwaartekrachtpotentieel
- Ψm = matrisch potentieel
“Systeem” kan verwijzen naar het waterpotentieel van het bodemwater (Ψbodem), wortelwater (Ψwortel), stamwater (Ψstam), bladwater (Ψblad) of het water in de atmosfeer (Ψatmosfeer), welk waterig systeem ook is Als de afzonderlijke componenten veranderen, verhogen of verlagen ze het totale waterpotentieel van een systeem. Wanneer dit gebeurt, beweegt het water om in evenwicht te komen, van het systeem of compartiment met een hoger waterpotentieel naar het systeem of compartiment met een lager waterpotentieel. Dit brengt het verschil in waterpotentiaal tussen de twee systemen (Δ) terug naar nul (Δ = 0). Om water door de plant van de bodem naar de lucht te laten bewegen (een proces dat transpiratie wordt genoemd), voorwaarden moeten als zodanig bestaan:
Ψsoil > Ψroot > Ψstem > Ψblad > Ψatmosphere.
Water beweegt alleen als reactie op Δ, niet als reactie op de individuele componenten. Omdat de individuele componenten echter het totale Ψsysteem beïnvloeden, kan een plant de waterbeweging beheersen door de individuele componenten (vooral Ψs) te manipuleren.