[实用新型]一种马铃薯块茎水势的测定装置

说明书

技术领域

本实用新型专利涉及一种植物生理学实验装置，具体地说是一种马铃薯块茎水势的测定装置。

背景技术

植物细胞的水势是指细胞中的水与纯水之间每偏摩尔体积的水的化学势差，用符号ψ表示。水分的运动需要能量作功，植物生理学中描述水分进出细胞采用水势的概念。水势是推动水分移动的强度因素，可通俗地理解为水移动的趋势，水总是由高水势处自发流向低水势处，直到两处水势相等为止。任何含水体系的水势，要受到能改变水自由能的诸因素（如溶质、压力等）的影响，使体系的水势有所增减，例如，溶于水的溶质能降低体系的自由能，使水势降低。纯水的水势被规定为在标准状况下（或在某一个大气压下，与体系同温度时）为零，纯水是指不以任何方式与其他物质结合的纯的自由水，它所含自由能最高，所以纯水的水势最高。当纯水中溶有任何物质时，由于溶质（分子或离子）与水分子相互作用，消耗了部分自由能使水势降低，所以任何溶液的水势比纯水低，溶液的溶质越多，溶液的水势越低。

植物细胞和外环境水势大小关系决定植物细胞吸水还是失水，对指导农业生产中施肥量，灌溉量非常重要。在植物生理学研究中，水势也是常见的植物生理指标，在植物学、作物遗传育种等研究中经常需要测定植物细胞水势。水势的测定方法也很多，现对常见方法进行列举：

干湿球法

当水溶液的水势降低时水的蒸气压也会降低，这是稀溶液的依数性特征之一，水从一个表面的蒸发会降低这个表面的温度。用干湿球温度计测量溶液或植物组织水势就是基于这样的现象和原理。

将待测量的植物材料放置于一个密闭小容器中，在容器中装置一个温度传感器，井使该温度传感器与一小滴水接触。开始时水会同时从植物材料和水滴蒸发，并逐步使容器中的水蒸气饱和。这时，如果植物材料和水滴的温度与周边空气的温度相同而且植物组织具有较低的水势，那么水滴的水就会继续蒸发，扩散并被植物组织吸收，这个蒸发过程会降低水滴的温度，植物材料和水滴间水势差越大，水分的转移就越快，水滴的降温也就越大。如果不是将纯水水滴置于温度传感器，而是用已知溶质浓度的溶液滴与温度传感器接触，当该溶液的水势低于植物材料，水将从植物材料转移到溶液滴上来，因而使液滴的温度上升。如果植物材料与液滴水势完全相同，液滴的温度降低量为零。这样，测量一系列已知溶质浓度的溶液，就可能找到与植物材料水势相同的溶液。

存在的技术问题：干湿球法测量植物细胞水势需要能够测定小液滴温度的传感器，这样的仪器往往成本昂贵，维护和使用工序也很复杂；并且测定水势需要多次测定不同浓度溶液滴的温度才能找到与植物水势相同的液滴，实验时间较长。

压力室法

压力室法可以较快速地对植物组织，如叶片、茎的水势进行测量。压力室法的测量是基于这样的考虑，即认为在测量条件下木质部溶液的水势是和植物组织的水势相近的，因此只要测量出木质部溶液的压力势和溶质势，并根据计算得到木质部溶液的水势即可得到植物组织的水势。

测量时，把待测量的植物器官从植物体上分离下来，部分密封在一个压力室内。在器官被切下来之前，木质部中的水柱是处于负张力状态，当切下器官后，由于木质部中断，张力被破坏，木质部水柱会缩进组织内。这时叶柄端或茎端的表而会变得干燥暗涩，在压力室中逐渐增加空气压力，可以使植物器官内木质部水柱重新返回叶柄或茎的端部，因而端口细胞重新变得湿润发亮。刚好使木质部水柱返回端口的压力称为平衡压力，这个压力的值可以很方便地从压力室的压力表上读取。平衡压力与植物器官在切割分离之前木质部中的压力在数值上是相等的。再进一步测定木质部溶液的溶质势，即可计算得到木质部的水势，而这个水势与植物组织的水势是相近的。

存在的技术问题：压力室法测量植物细胞水势需要装置密闭并能承受高压，还需有提供高压的装置或压缩空气，这样的仪器使用时具有一定危险，操作不当容易导致事故，能够提供高压的仪器维护和使用成本较高。此外，压力室法多测定植物地上部分的水势，特别是带有枝叶和硬质茎的植物材料，而像马铃薯块茎、甘薯块茎、胡萝卜等块状组织不能使用本法和此类实验仪器测定。

冰点法

当溶液中溶质浓度上升时，溶液的冰点会下降，这也是溶液的依数性质之一，例如纯水的冰点是0℃，在1kg纯水中加入1mol溶质时，溶液冰点下降到-1.86.因此，可以通过测量溶液的冰点来测量溶液的渗透势。