Potencjał wody to ilość energii swobodnej wnoszonej do układu przez każdy molmolmol wody (inaczej: aktywność wody). Woda zawsze przemieszcza się z miejsc o wyższym potencjale wody do miejsc o potencjale niższym.

Potencjału wody nie można zmierzyć bezpośrednio. Można natomiast porównać ze sobą potencjały wody w różnych systemach, przyjmując jako punkt odniesienia potencjał czystej wody – umownie wynosi on 0 MPa (megapaskali).

Wartości potencjału wody w komórkach roślinnych są na ogół mniejsze od 0, a więc przyjmują wartości ujemne, np. w stosunkowo dobrze uwodnionych komórkach wahają się od −0,1 do −1,0 MPa.

Zależność potencjału wody w komórce od tych trzech sił określa równanie:

$\mathrm{\Psi w}=\mathrm{\Psi p}+\mathrm{\Psi \pi }+\mathrm{\Psi m}$

$\mathrm{\Psi w}$ – potencjał wody

$\mathrm{\Psi p}$ – ciśnienie turgorowe

 – potencjał osmotyczny

$\mathrm{\Psi m}$ – oddziaływania matrycowe

Wartości parametrów decydujących o potencjale wody w komórce nie są stałe. Zależą m.in. od etapu rozwojowego komórki, jej stanu fizjologicznego i czynników środowiskowych.

Stosunki wodne w komórce zależą oczywiście od dostępności wody w środowisku. Trzeba jednak pamiętać, że jeżeli nie występują utrudnienia dla przepływu (dyfuzjidyfuzjadyfuzji) wody między komórką a jej środowiskiem, dochodzi bardzo szybko do wyrównania potencjałów wody. Również w samych komórkach szybko następuje ustalenie się równowagi między potencjałami wody w różnych jej przedziałach. Za procesy te odpowiada osmoza.

Osmoza polega na dyfuzji rozpuszczalnika (np. wody) przez membranę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu. W komórkach tą membraną są błony biologiczne, np. błona komórkowa. Rozpuszczalnik przechodzi swobodnie z roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej (roztwór hipotoniczny) do roztworu o wyższym stężeniu (roztwór hipertoniczny). W wyniku osmozy dochodzi ostatecznie do wyrównania się stężeń obu roztworów.

Woda przemieszcza się więc zgodnie z różnicą stężeń, czyli z gradientem potencjału wody, od komórki o wyższym potencjale wody (tzn. mniej ujemnym) do komórki o potencjale wody niższym (tzn. bardziej ujemnym).

Przepływ wody między dwiema komórkami jest proporcjonalny do różnicy potencjału wody w tych komórkach wtedy, gdy rozdzielająca je błona jest całkowicie przepuszczalna dla wody i całkowicie nieprzepuszczalna dla innych substancji lub jonów.

W obrębie rośliny odbywa się stale przepływ wody, którego kierunek zależy od gradientu potencjału wody powstającego między poszczególnymi częściami rośliny. Części nadziemne roślin lądowych tracą wodę do atmosfery, gdzie potencjał wody jest na ogół dużo niższy (bardziej ujemny) niż w tkankach roślinnych (o dziesiątki MPa). Straty wody muszą zostać uzupełnione, najczęściej w wyniku pobierania wody z gleby przez system korzeniowy.

O bilansie wodnym rośliny decyduje: pobieranie wody z gleby, jej przewodzenie z korzeni do liści oraz transpiracja, czyli parowanie wody z nadziemnych części roślin, zachodzące głównie przez aparaty szparkowe i przetchlinki. Wskutek transpiracji następuje ciągły ubytek wody z komórek liścia. Pozwala to na utrzymanie różnicy jej potencjału, a tym samym zapewnia stały przepływ wody przez roślinę. Wytworzone w naczyniach podciśnienie hydrostatyczne działa jak pompa ssąca, która powoduje podciąganie (zasysanie) wody z korzeni.

R1AvBqjv1FNCS

Zdjęcie przedstawia las w słoneczny dzień. Drzewa na nim są wysokie. Potencjał w wodzie, która nawadnia najwyższe korony drzew jest duży.

Warunkiem takiego transportu wody jest istnienie nieprzerwanego słupa wody, którego utrzymanie jest możliwe dzięki siłom kohezji (czyli siłom wzajemnego przyciągania między cząsteczkami wody) i adhezji (czyli sile przylegania cząsteczek wody do ścian cewek lub naczyń).

Mechanizmem, który w mniejszym stopniu warunkuje transport wody w roślinie, jest parcie korzeniowe. Powstaje ono w wyniku aktywnego tłoczenia do elementów przewodzących drewna z komórek miękiszowych jonów soli mineralnych, które obniżają potencjał wody w cewkach i naczyniach. Sprawia to, że woda wnika do komórek przewodzących z otaczających je komórek korzenia (na zasadzie osmozy). Akumulacja wody w tkankach korzenia wywołuje ciśnienie, które tłoczy wodę w drewnie do górnych części rośliny.

Skutkiem parcia korzeniowego jest gutacja, czyli wydzielanie kropli płynu przez specjalne otwory na liściach. Parcie korzeniowe nie jest jednak dostatecznie silne, by mogło powodować dostarczanie wody do wierzchołków wysokich drzew. Odgrywa ono rolę w mniejszych roślinach, zwłaszcza wiosną (gdy gleba jest bardzo wilgotna).

Słownik