수분퍼텐셜의 구성

  수목에서 수분퍼텐셜은 ①삼투퍼텐셜, ②압력퍼텐셜, ③중력퍼텐셜, ④기질퍼텐셜의 네 가지 요소로 구성되어 있다.

  삼투퍼텐셜(osmotic potential)은 액포 속에 용해된 여러 용질들의 삼투압에 기인하며, 일반적으로 φs로 표시되며 항상 0보다 작은 음수(-) 값을 갖는다. 이는 용질퍼텐셜이라고도 부른다.

  압력퍼텐셜(pressure potential)은 세포가 수분을 흡수하여 원형질막이 세포벽을 향해 밀어내는 압력(팽압)을 나타낸다. 일반적으로 φp로 표시되며, 수분을 많이 흡수한 경우에는 양수(+), 수분을 잃은 경우에는 음수(-) 값을 가지며, 수분을 잃어버려 원형질 분리 상태에 있을 경우 00 값을 가진다. 특히 도관세포에서는 팽압에 의해 –값이 나타날 수 있다.

  중력퍼텐셜(gravitational potential)은 중력과 관련이 있다. 물은 중력에 따라 아래로 이동하며, 이를 역행하여 물을 위로 끌어올리는 힘을 중력퍼텐셜이라고 한다. 이는 항상 음수(-) 값을 가지며, 키가 작은 초본과 수목에서는 무시되는 경우도 있다(φg로 표시).

  기질퍼텐셜(matrix potential)은 교질상태의 단백질과 전분 입자 등에 흡착된 물분자에 의한 것이다. 일반적으로 φm으로 표시되며, 보통 수분을 이미 포함한 식물에서는 0에 가까운 값을 나타낸다. 그러나 건조한 조건에서는 기여도가 크며 음수 값을 가진다.

  이 네 가지 요소를 합치면 세포의 수분퍼텐셜은 항상 0보다 작은 값을 가지며, 수분은 높은 곳(-값이 작은 곳)에서 낮은 곳(-값이 큰 곳)으로 이동한다.

 

수분퍼텐셜은 다음의 식으로 나타낼 수 있다

φ = φs + φp + φg + φm (세포의 수분퍼텐셜 = 삼투퍼텐셜 + 압력퍼텐셜 + 증력퍼텐셜 + 기질퍼텐셜)

• φs(삼투퍼텐셜) : 항상 음수(-)이다.
• φp(압력퍼텐셜) : +, 0, - 모두 가능하다.
• φg(중력퍼텐셜) : 항상 음수(-)이나, 초본과 관목에서는 무시된다.
• φm(기질퍼텐셜) : 수분을 이미 가진 식물에서 거의 0에 가까워 무시된다.

1. 삼투퍼텐셜

  삼투퍼텐셜(φs))은 삼투압에 비례하여 낮아지므로 삼투압이 높을수록 수분을 흡수하려는 힘이 감소하며, 수분퍼텐셜이 낮아진다. 대부분의 식물에서 삼투퍼텐셜은 -0.4에서 -2.0MPa의 범위를 나타내며, 특히 사막지대나 염생식물은 더 낮은 값을 갖는다.

여러식물 잎의 삼투퍼텐셜 측정 예(Salisbury 와 Ross, 1992)  / 단위:MPa

 

2. 압력퍼텐셜

  압력퍼텐셜(φp​)은 세포가 수분을 흡수함으로써 발생하는 원형질막의 팽압을 나타낸다. 팽압은 세포 벽을 향해 밀어내는 힘으로, 세포가 수분을 많이 흡수할수록 팽압이 커지므로 압력퍼텐셜의 값도 커진다. 삼투압은 세포 안으로 수분이 들어오도록 작용하는 힘이지만, 팽압에 비례하여 수분이 더 이상 들어오지 못하도록 저항하는 힘이 세포벽으로부터 반작용으로 생기기 때문에 팽압과 삼투압은 서로 반대 방향으로 작용한다.

 

3. 도관의 장력과 압력퍼텐셜

  압력퍼텐셜은 일반 세포에서는 (+) 값,팽윤세포와 같이 수분을 최대한 흡수한 경우에는 0이 되어 수분을 더 이상 흡수하지 않는다. 그러나 증산작용이 활발한 나무에서는 도관 내에서 압력퍼텐셜이 (-) 값으로 작용하여 수분퍼텐셜을 낮추는데 기여한다.

 

4. 수분퍼텐셜의 분포와 수분 이동

  토양에서 물이 뿌리를 통해 이동하여 잎으로 전달되고, 증산작용을 통해 대기로 이동하는 것은 연속적인 토양-식물-대기 연결을 통해 가능하다. 물이 중력의 역방향으로 올라가려면 수분퍼텐셜이 적절한 기울기를 가져야 한다. 토양의 수분퍼텐셜이 가장 높고, 대기가 가장 낮으며, 식물이 중간 값을 가질 때 물은 수분퍼텐셜의 기울기를 따라 에너지 소모 없이 이동한다. 이때 도관 내의 물기둥은 물분자 간의 응집력에 의해 안정적으로 유지된다.

 

출처 : 수목생리학(서울대학교출판문화원)