درک فیزیولوژی قلمه زدن- بخش اول: پتانسیل آب

پتاسیل آب  (Water Potential)  چیست؟

پتانسیل آب، تمایل حرکت آب از یک قسمت به قسمت دیگر  را می گویند که این حرکت توسط عواملی نظیر اسمز، نیروی جاذبه زمین، فشار فیزیکی یا اثرات محیط (خاصیت مویینگی در اثر نیروی کشش سطحی ) انجام می شود. به بیان دیگر، وقتی آب از یک بخش به بخش دیگر حرکت یا انتشار می یابد به معنی داشتن انرژی پتانسیل می باشد. لذا زیست شناسان، برای توصیف این انرژی پتانسیل، اصطلاح پتانسیل آب را معرفی کرده اند که در حقیقت سطح انرژی آب در خاک  و بافتهای گیاهی می باشد.  وقتی پتانسیل های آب در هر دو بخش برابر شد تعادل برقرار شده و حرکت آب متوقف می شود. 

  بنابراین پتانسیل آب یعنی انرژی پتانسیلی که در هر واحد حجم آب نسبت به آب خالص و در شرایط مرجع دارد که واحد آن پاسکال می باشد.

پتانسیل فشار (Pressure Potential) چیست؟

پتانسیل فشار یکی از بخش های مهم پتانسیل آب در سلول گیاه می باشد. وقتی آب از طریق دیواره و غشای سلولی درون آن می شود پتانسیل فشار داخل سلول افزایش می یابد که در حقیقت مقدار آب کل سلول بیشتر شده و باعث فشار به دیواره سلولی و استحکام سلول می شود در این حالت پتانسیل فشار درون سلول مثبت می باشد. پتانسیل فشار در آوندهای چوبی منفی بوده و در سلولهای زنده گیاهی که در معرض استرس آب قرار گرفته اند یا پژمرده شده اند پتانسیل فشار به صفر نزدیک است. 

بنابراین پتانسیل فشار قادر می سازد آب از خاک به داخل گیاه یا درون بافتهای گیاهی حرکت کند.

  پتانسیل اسمتیک (اسمزی) (Smotic Potential) یا پتانسیل ماده حل شونده چیست؟

آب خالص که فاقد ماده حل شونده می باشد از دیده زیست شناسی دارای پتانسیل اسمزی صفر می باشد. وقتی مقداری ماده در آب خالص حل شود پتانسیل اسمزی آب منفی می شود و مولکولهای آب کمتر در این محلول نسبت به مولکولهای آب خالص، تمایل به انتشار به سمت بیرون دارند. وقتی مقدار بیشتری، ماده حل شونده در آب حل شود پتانسیل ماده حل شونده منفی تر می شود لذا مولکولهای آب به سمت بخشی که پتانسیل آب منفی تر دارند حرکت می کنند. بیشتر گیاهان می توانند با افزایش غلظت ماده حل شونده در داخل سلول سبب انتشار آب به داخل آن و در نتیجه استحکام سلول شوند.

بنابراین وقتی سلولهای گیاه در معرض استرس محیطی قرار می گیرند یا ماده حل شونده در سلولها تجمع یابد اندازه سلول کاسته می شود و متعاقب آن، آب داخل سلول کاسته می شود ولی میزان املاح کم نمی شود لذا پتانسیل اسمزی کم یا منفی ترشده و باعث کاهش پتانسیل آب در سلولهای گیاهی و کل گیاه می شود تا گیاه را  در برابر شرایط خشکی محافظت نماید. اگر سلول بیش از حد آب از دست بدهندغشاهای سلولها دیگر قادر به فشار وارد کردن به هم نشده و سلولها اصطلاحا پلاسمولیز شده اند.

نقش نیروی گرانشی زمین در پتانسیل آب چیست؟

گرانش زمین یکی از مشارکت کنندگان در پتانسیل آب می باشد که باعث می شود مولکولهای آب دارای نیرو شوند.انرژی که از نیروی گرانشی زمین حاصل می شود را پتانسیل گرانشی می نامند.  هرگاه پتانسیل گرانشی از نیروی چسبندگی مولکولهای آب و خاک بیشتر باشد سبب حرکت مولکولهای آب به سمت پایین می شود.  لذا وقتی خاک آبیاری می شود یا باران می بارد پتانسیل گرانشی زمین سبب حرکت مولکولهای آب به سمت پایین می شود و آب از جایی که پتانسیل مثبت دارد به جایی که پتانسیل مثبت بیشتری دارد حرکت می کند تا جایی که این پتانسیل توسط خاصیت مویینگی به تعادل برسد.

پتانسیل ماتریس چیست؟

ماتریس که جزیی از پتانسیل آب می باشد که اثرات کشش سطحی و جذب را با سطوح جامد خاک و بافتها بیان می کند. پتانسیل ماتریس، حاصل چسبندگی مولکولهای آب با ذرات خاک و پیوستگی این مولکولهای با یکدیگر می باشد.

نقش پتانسیل آب در خاک و گیاه چیست؟

پتانسیل آب در آب خالص صفر می باشد و افزدون ماده حل شونده در آن سبب منفی شدن پتانسیل آب و افزودن فشار (مکانیکی) سبب افزایش پتانسیل آب می گردد. آب از جایی که پتانسیل آب بیشتر (منفی کم) به جایی که پتانسیل آب کمتر است حرکت می کند.  وقتی خاک یا محیط کشت خشک (یعنی پتانسیل آب منفی بیشتر)  می باشد حرکت آب از ریشه به اندامهای هوایی (shoots) کاهش می یابد. اگر پتانسیل آب در بافتهای گیاهی منفی تر از محیط کشت یا خاک باشد آب از آوند چوبی جذب سلولها می شود. 

پتانسیل آب در خاک ثابت نبوده و با زمان و محیط خاک نظیر شرایط اقلیمی غالب، بافت خاک، میزان زه کشی و ماده آلی خاک و ساختمان خاک تغییر میکند. پتانسیل آب در گیاه به عوامل زنده و غیرزنده دارد.به عنوان مثال، تغییر در هدایت روزنه های برگ (stomatal)  سبب تغییر در نرخ تعرق و در نهایت پتانسیل آب برگ می شود.