Watertransport:

Verdamping

Versus

Worteldruk

Auteurs: Mintje van Lier en Sander van Andel

Datum: 25-01-2002

SAMENVATTING

In deze proef wordt bekeken in welke verhouding verdamping en worteldruk invloed hebben op het watertransport in de bruine boon onder verschillende milieus. De bloedingsnelheid wordt gemeten met een plant waarvan het spruit is afgesneden. De verdamping wordt gemeten door de gewichtsafname te meten van de opstelling. Het blijkt dat verdamping een veel grotere rol speelt in het transport dan de worteldruk.

INLEIDING

Water opname in de wortel is volledig passief. Een deel van de wateropname wordt veroorzaakt door de verlaagde waterpotentiaal in de plant door de verdamping van water in het blad. De verdamping vindt plaats via de huidmondjes in de bladeren. Door de verlaagde waterpotentiaal wordt er water opgenomen om het verdampte water aan te vullen. Planten nemen ook water op onderinvloed van worteldruk. Worteldruk wordt veroorzaakt door een waterpotentiaalverschil tussen wortel en het milieu om de wortel. Dit waterpotentiaal veroorzaakt een water uitwisseling tussen deze twee milieus. Er is echter een actieve component in dit proces. De wortel neemt namelijk actief ionen op waardoor er een verschil in osmotische potentiaal ontstaat. Door dit verschil kan dus passief water worden opgenomen.

In deze proef wordt bekeken in welke verhouding verdamping en worteldruk invloed op het watertransport hebben. Ook wordt bekeken wat verschillende milieus voor een invloed hebben op de worteldruk. Dit wordt gedaan aan de hand van twee verschillende planten sets. Met één set wordt de verdampingsnelheid gemeten. Met de tweede set wordt de bloedingsnelheid en de osmotische waarde van het bloedingsap gemeten.

MATERIAAL EN METHODEN

De plant die bij deze proef is gebruikt is de bruine boon (Phaseolus vulgaris). De materialen en de uitvoering van deze proef is zoals in practicum handleiding van Universiteit Utrecht plantenbiologie Propedeuse 2001-2002.

RESULTATEN

Tabel 1: Resultaat berekeningen

Oplossingen	Bloeding snelheid in μl s^-1	Bloedingsnelheid in μl s^-1 m^-2 bladoppervlak	Waterpotentiaal (ys) van de oplossing in MPa	Wortel geleidbaarheid (Lp) in pl s^-1 Pa^-1
Voedingsoplossing 20°C, 15 mM kg^-1	0,041	3,5	-0,0357	0,608
Voedingsoplossing 35°C, 15 mM kg^-1	0,118	10,3	-0,0376	1,816
Kraanwater 20°C, 0mM kg^-1	0,044	3,8	0,0	0,43
10 mM KCl, 20°C	0,004	0,4	-0,0477	0,076
20 mM KCl, 20°C,	-0,004	-0,4	-0,0953	-0,583
50 mM KCl, 20°C	-0,015	-1,3	-0,2383	-0,107

1. Meting van verdamping

Bij kraanwater van 34˚C is de eerste set planten een uur lang geplaatst in licht. Bij een bladoppervlak van 203,5×10^-4m² was de verdampingsnelheid 40,5 μl s^-1m^-2. Bij kraanwater van 21˚C was dezelfde set planten een uur lang geplaatst onder dezelfde lichtomstandigheden als hiervoor. De verdampingsnelheid was 52,4 μl s^-1m^-2. Voor berekeningen en metingen, zie bijlage 1.

2. Meting van osmotische potentiaal bloedingsap en voedingsoplossing

De tweede set planten is geplaatst in een voedingsoplossing van 20˚C. Bij beide planten is het spruit een paar mm onder de cotylen afgesneden. Bij één plant is het bloedingsap verzameld. De osmotische waarde van het bloedingsap was 43 mM kg^-1.

Dit is een osmotische potentiaal van –0,1025 MPa. De osmotische waarde van de voedingsoplossing was 15 mOsmol kg^-1. Dit is een osmotische potentiaal van –0,0357 MPa. Voor berekeningen en metingen, zie bijlage 2.

3. Meting van bloedingsnelheid

De andere plant van de tweede set planten is geplaatst in verschillende oplossingen. De metingen zijn verricht aan de hand van de hoeveelheid bloedingsap opgevangen in een pipet van 0,1 ml. Het bladoppervlak van deze plant was 114,5×10^-4m².

De eerste meting is gedaan bij de voedingsoplossing van 20˚C waarbij de plant ook is opgegroeid. Dit kan gezien worden als de controle meting. De bloedingsnelheid was 0,041 μl s^-1. Dat betekent 3,5 μl s^-1m^-2 bladoppervlak. De waterpotentiaal (y_s) was -0,0357 MPa. De wortel geleidbaarheid (L_p) was 0,608 pl s^-1 Pa^-1.

In dezelfde voedingsoplossing van 35˚C was de bloedingsnelheid 0,118 μl s^-1, dus 10,3 μl s^-1m^-2 bladoppervlak. De waterpotentiaal (y_s) was –0,0376 MPa. De wortel geleidbaarheid (L_p) was 1,816 pl s^-1 Pa^-1.

Met de wortels in kraanwater van 20˚C was de bloedingsnelheid 0,044 μl s^-1, dus 3,8 μl s^-1m^-2 bladoppervlak. De waterpotentiaal (y_s) was 0 MPa. De wortel geleidbaarheid (L_p) was 0,43 pl s^-1 Pa^-1. Voor berekeningen en metingen zie bijlage 3.

Bij deze metingen wordt nog steeds dezelfde plant in verschillende KCl oplossingen geplaatst. Bij 10 mM KCl oplossing van 20˚C was de bloedingsnelheid 0,004 μl s^-1, dus 0,36 μl s^-1m^-2 bladoppervlak. De waterpotentiaal (y_s) was –0,048 MPa. De wortel geleidbaarheid (L_p) was 0,076 pl s^-1 Pa^-1.

Bij een verhoging van de oplossing tot 20 mM was de bloedingsnelheid -0,004 μl s^-1, dus -0,36 μl s^-1m^-2 bladoppervlak. De waterpotentiaal (y_s) was –0,095 MPa. En de wortel geleidbaarheid (L_p) was –0,0583 pl s^-1 Pa^-1.

Bij 50 mM KCl oplossing was de bloedingsnelheid –0,015 μl s^-1, dus –1,3 μl s^-1m^-2 bladoppervlak. De waterpotentiaal (y_s) was –0,238 MPa. De wortel geleidbaarheid (L_p) was –0,107 pl s^-1 Pa^-1.

Voor berekeningen en metingen zie bijlage 3.

Discussie

Er zijn enkele bedenkingen bij deze proef. Ten eerste zijn de metingen voor de bloedingsnelheid bij verschillende milieus gedaan op een en dezelfde plant. Om deze metingen te doen wordt het spruit van de plant afgesneden. De plant is niet meer in staat om door middel van de fotosynthese zichzelf van energie te voorzien. De ATP en suiker voorraad raakt op omdat er geen assimilatie meer plaats kan vinden. Actieve opname van ionen zal hierdoor afnemen. Dit heeft invloed op de hoeveelheid water die opgenomen kan worden en dus ook op de bloedingsnelheid. Om deze onnauwkeurigheid te controleren zou voor elke meting een andere plant moeten worden gebruikt. Deze planten zouden bij een zo goed mogelijk op elkaar gelijkende omstandigheid moeten zijn opgegroeid. Zo zou elke bloedingsnelheid gemeten kunnen worden vanuit een meer gelijke beginomstandigheid.

Uit de metingen die zijn gedaan met de plant in de voedingsoplossing bij 20˚C en 35˚C blijkt dat de bloedingsnelheid (0,041 μl s^-1 en 0,118 μl s^-1) toeneemt bij een hogere temperatuur. De waterpotentiaal wordt bij temperatuurstoename een klein beetje meer negatief. Bij een hogere temperatuur kunnen de eiwitten in de membranen actiever zijn. De eiwitten kunnen meer ionen actief opnemen. Hierdoor kan er passief meer water worden opgenomen, waardoor de bloedingsnelheid toeneemt.

Water stroomt van een hoge water potentiaal naar een lagere potentiaal oftewel van een minder negatieve naar een meer negatieve potentiaal. De osmotische potentiaal van het bloedingsap (43 mM kg^-1) is y_s= -0,1025 MPa. Bij een toenemende concentratie KCl (10 mM, 20 mM en 50 mM) wordt de waterpotentiaal steeds meer negatief (zie tabel 1). Het potentiaalverschil tussen de oplossing en het bloedingsap wordt steeds kleiner. De worteldruk neemt af, waardoor de bloedingsnelheid ook af neemt.

Bij een concentratie van 20mM KCl wordt de bloedingsnelheid nul en vervolgens zelfs negatief (–0,004 μl s^-1). Een concentratie van 20mM KCl betekent een waarde van 40 mOsmol kg^-1. Dit ligt heel dicht bij de osmotische waarde van het bloedingsap. De waterpotentiaal is y_s= -0,0953 MPa. Dit ligt zodanig dicht bij de osmotische potentiaal van het bloedingsap (y_s= -0,1025 MPa) dat er niet voldoende potentiaal verschil is om nog water op te nemen. Hoewel er nog een klein verschil is, klopt dit omslag punt toch heel behoorlijk. De osmotische potentiaal van het bloedingsap is slechts eenmaal gemeten in het begin van de proef toen de plant in de voedingsoplossing stond. De gemeten waarden bij de 20mM KCl oplossing zijn op dezelfde plant pas na vier andere metingen in verschillende oplossingen gemeten. Het zou kunnen dat de osmotische potentiaal van het bloedingsap intussen een beetje veranderd is.

Uit de metingen van de verdampingsnelheid blijkt dat de verdamping afneemt bij een temperatuurstijging. Bij 21˚C is de verdampingsnelheid 52,4 μl s^-1m^-2 bladoppervlak. Bij 34˚C is de verdampingsnelheid nog maar 40,5 μl s^-1m^-2 bladoppervlak. Bij een hogere temperatuur gaat de plant efficiënter om met zijn waterhuishouding. De huidmondjes gaan minder vaak open, waardoor er minder water verloren gaat. Er is minder trekkracht vanuit de bladeren waardoor er minder water wordt opgenomen.

De bloedingsnelheid bij kraanwater van 20˚C is 3,8 μl s^-1m^-2. De verdampingsnelheid bij bijna gelijke omstandigheden, 21˚C is 52,4 μl s^-1m^-2. De hoeveelheid water dat de plant transporteert is duidelijk veel groter wanneer er wel verdamping plaats kan vinden. Hier uit valt te concluderen dat verdamping een veel grotere rol speelt voor de totale waterstroom van een plant dan de worteldruk. Wanneer de plant in het donker zou staan, zal het aandeel van de worteldruk groter zijn omdat de verdamping in het donker minder is. Er vindt namelijk geen fotosynthese plaats.

Bijlage 1

VERDAMPINGS SNELHEID

Kraanwater 34ºC

TIJD	GEWICHT	TEMPERATUUR
0	205,83 gram	36ºC
60 min.	202,86gram	31.5ºC

Gemiddelde temperatuur 36+31,5/2»34ºC

Afname gewicht 205,83-202,86=2.97 gram

Gezien we over water spreken mag de gewichtsafname gelijk worden gesteld aan de volume afname.

Verdampingsnelheid= V_s = Δvolume/tijd·bladopp.=

2970/60·60·203,5·10^-4 = 40,5 μl m^-2 s^-1

Kraanwater 21ºC

TIJD	GEWICHT	TEMPERATUUR
0	196,86	21ºC
60 min.	193,02	21ºC

Gemiddelde temperatuur 21ºC

Afname Gewicht 196,86-193,02=3,84 gram

V_s = 3840/60·60·203,5·10^-4 = 52,4 μl m^-2 s^-1

Bijlage 2

y_s = - R T c

R – gasconstante (8,134)

T – temperatuur in Kelvin

c - concentratie deeltjes in mol per liter

Osmotische waarde voedingsoplossing: 15 mOsmol kg^-1

Waterpotentiaal:

y_s = -8,134 × 293 × 15 = -35749 Pa = -0,035 MPa

Osmotische waarde bloedingsap : 43 mM

Osmotische potentiaal:

y_s = -8,134 × 293 × 43 = -102480 Pa = -0,1025 MPa

Bijlage 3

Berekeningen van de gegevens uit tabel 1

Van elke soort berekening een voorbeeld met de gegevens van de meting de uitscheiding het de bloedingsap met een voedingsoplossing 15 osMol van 20˚C.

Bloedingsnelheid:

Hoeveelheid bloedingsap uitgescheiden in ml / tijd in t per seconde =

39 ml / (16×60) = 0,041 ml s^-1

Bloedingsnelheid per bladoppervlak

Bloedingsnelheid in ml s^-1/ bladoppervlak in m² =

0,041 ml s^-1 / 114,5 × 10^-4 m^-2 = 3,5 ml s^-1 m^-2

Waterpotentiaal :

y_s = - R T c =

-8,134 × 293 × 15 = -35749 Pa = -0,0357 MPa

Wortel geleidbaarheid :

L_p = J_w / D y_s =

0,041 × 10⁶ / -0,0357 - -0,1025 = 0,609 pl s^-1Pa^-1