水勢能

水勢能 (Water potential)
國立臺灣師範大學生命科學系103級莊仁奕

水在生物體是不可或缺的，它提供了溫度調節、溶質環境以及支撐細胞的作用，對植物而言則是光合作用的必要原料之一，植物必須能夠取得或保存一定的水分才能生存，因此，植物從環境中吸取水分更是必要的本領。

在 1960 年左右，Ralph O. Slatyer 與 Sterling A. Taylor 兩位教授提出了水勢能（water potential）的概念，用以描述水在一個系統中的化學勢（chemical potential）或是移動的趨勢，並定義常溫（室溫 $$25^\circ C$$）常壓（$$100~kPa$$）下純水的水勢能為零，而鄰近的兩個系統中，水勢能高的水分子會往水勢能低的系統流動，水勢能在植物體中由三個因子互相影響：滲透勢（osmotic potential）、基質勢（matric potential）、壓力勢（pressure potential）。

滲透勢是指系統內因溶質而影響的水勢能，其概念與滲透壓（osmotic pressure：$$\pi=iCRT$$，其中 $$i=$$ 解離系數，$$C=$$ 溶質濃度，$$R=$$ 理想氣體常數，$$T=$$ 絕對溫度）相近，但通常為負值，其公式為 $$\Psi_s=-iCRT$$。

基質勢是指水吸附在固體表面所造成的壓力，通常很小所以忽略不計，未吸水的種子、土壤中的水、岩石表面的水花等狀況才會予以計算。壓力勢是指來自細胞壁給予的膨壓，在初始原生質分離的狀況下為零，細胞壁在膨脹狀態下為正值。以上三者的總和即為水勢能，其單位為壓力且通常以 $$Mpa$$ 毫巴表示。

根部進行水分的吸收時，透過主動運輸提高根部表皮細胞的離子濃度，降低水勢能進而使環境中的水分能夠擴散至根部表皮細胞內，由根部輸送至葉子的過程，水勢能為依序降低，讓水分能夠擴散進入細胞內。

測定植物組織的水勢可由以下幾種方法：重量比較法、滴降法、冰點下降法。重量比較法是將植物組織置於不同濃度的溶液中，高張溶液會使水分向外滲出、重量降低，反之亦然。測量前後的重量，如果沒有變化者，即為等張溶液，因此可測出植物組織的水勢。

滴降法是將植物組織置於高張溶液中，水分向組織外移動，使溶液濃度下降，若在此溶液中加入染料，再吸一滴至原來相同濃度的溶液中，因為濃度下降，可視為密度較低的物體，則可見染料上升的現象，反之亦然。染料不上下移動者為等張溶液，藉此可求出組織的水勢值。冰點下降法是利用組織中含有溶質，其冰點比純水滴，故測量組織液之冰點下降度數，再帶入 $$\Psi_s=-22.4~atm\cdot\frac{f_2-f_1}{1.86}$$ 得到組織於冰點的滲透勢，再利用 $$\Psi_s=-C_\gamma RT$$ 校正為室溫之滲透勢。

參考資料

1. 王月雲，陳是瑩，童武夫（1994）植物生理學實驗增訂本。藝軒圖書出版社，台北。
2. Bidwell, R. G. S. (1974). Plant physiology. Macmillan Publishers.
3. Hopkins, W. G. (1995). Introduction to plant physiology. John Wiley & Sons, Inc. Toronto, Canada.