जल विभव (Ψw)

जल विभव, पादप शरीरक्रिया विज्ञान और पारिस्थितिकी में एक महत्वपूर्ण अवधारणा है, जो शुद्ध जल की तुलना में किसी प्रणाली में जल की संभावित ऊर्जा को संदर्भित करता है। यह जल की गति की दिशा निर्धारित करता है और परासरण, वाष्पोत्सर्जन और पोषक तत्व परिवहन जैसी प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

जल विभव की परिभाषा

जल विभव (Ψ) को शुद्ध जल के सापेक्ष प्रति इकाई आयतन में जल की संभावित ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया जाता है। इसे दबाव की इकाइयों में व्यक्त किया जाता है, आमतौर पर मेगापास्कल (एमपीए)।

जल विभव के घटक

जल विभव दो मुख्य घटकों से बना होता है:

विलेय विभव (Ψ𝑠)

यह घटक जल विभव पर विलेय सांद्रता के प्रभाव को मापता है। विलेय विभव, या परासरण विभव, वह दाब होता है जो किसी विलयन पर लगाया जाता है ताकि अर्धपारगम्य झिल्ली के ज़रिए जल का अंदर प्रवेश रोक सके। विलेय विभव को Ψs से दर्शाया जाता है। विलेय विभव हमेशा ऋणात्मक होता है। विलेय की सांद्रता बढ़ने के साथ विलेय विभव घटता है।  

विलेय क्षमता, जिसे ऑस्मोटिक क्षमता के रूप में भी जाना जाता है, विलेय कणों की उपस्थिति के कारण जल के घोल में जाने की प्रवृत्ति का एक माप है। यह जल क्षमता का एक घटक है और इसे दबाव की इकाइयों (आमतौर पर मेगापास्कल, एमपीए) में व्यक्त किया जाता है।

• विलेय के अणु जितने ज़्यादा होंगे, विलेय विभव उतना ही कम होगा।
• पादप कोशिकाओं में विलेय विभव ऋणात्मक होता है, जबकि शुद्ध जल में यह शून्य होता है।
• विलेय विभव, मृदा-पादप-वायुमंडल सातत्य को बनाए रखने में अहम भूमिका निभाता है।

विलेय क्षमता की गणना के लिए

Ψ𝑠 = −𝑖𝐶𝑅𝑇

जहाँ:

i = आयनीकरण स्थिरांक (कणों की संख्या जिसमें विलेय विघटित होता है)

C = विलयन की मोलर सांद्रता

R = आदर्श गैस स्थिरांक (0.0831 लीटर बार प्रति मोल प्रति केल्विन)

T = केल्विन में तापमान

स्फीति दाब

स्फीति दाब या टर्गर प्रेशर, पौधों की कोशिकाओं में जल के प्रवेश के कारण होने वाला दबाव होता है। यह दबाव कोशिका भित्ति पर लगता है और कोशिका के अंदर वृद्धि को प्रेरित करता है। स्फीति दबाव एक पौधे की कोशिका के रिक्तिका के अंदर तरल पदार्थ (जल) द्वारा कोशिका भित्ति के विरुद्ध डाला जाने वाला दबाव है। यह दबाव परासरण द्वारा कोशिका में प्रवेश करने वाले जल का परिणाम है, जिसके कारण रिक्तिका फैल जाती है और कोशिका द्रव्य को कठोर कोशिका भित्ति के विरुद्ध बाहर की ओर धकेलती है।

• स्फीति दाब, कोशिकाओं में ऑस्मोसिस के कारण बनता है।
• स्फीति दाब की वजह से कोशिकाओं का आकार और कठोरता बढ़ती है।
• स्फीति दाब की वजह से कोशिकाएं फैलती हैं।
• स्फीति दाब को नियंत्रित करने का काम पौधों की अर्धपारगम्य झिल्ली करती है।
• स्फीति दाब कम होने पर कोशिकाएं मुरझा जाती हैं।
• स्फीति दाब की वजह से ही पौधे डामर और कठोर सतहों पर भी बढ़ पाते हैं।
• बढ़ती हुई जड़ कोशिका का स्फीति दाब 0.6 एमपीए तक हो सकता है।
• पत्ती की एपिडर्मल कोशिकाओं में स्फीति दाब 1.5 से 2.0 एमपीए तक हो सकता है।

परासरण और जल संचलन

जल कम विलेय सांद्रता वाले क्षेत्र (कोशिका के बाहर) से उच्च विलेय सांद्रता वाले क्षेत्र (रिक्तिका के अंदर) में पारगम्य झिल्ली के माध्यम से आगे बढ़ता है। जल का यह प्रवाह रिक्तिका के अंदर आयतन को बढ़ाता है, जिससे स्फीति दाब उत्पन्न होता है।

स्फीति दबाव की भूमिका

संरचनात्मक समर्थन

यह पौधे की कोशिकाओं की कठोरता को बनाए रखने में मदद करता है, जो पौधे की समग्र संरचनात्मक अखंडता में योगदान देता है। टर्गिड कोशिकाएँ पौधों को सीधा खड़ा होने में मदद करती हैं।

विकास

• स्फीति दबाव कोशिका की दीवार के खिलाफ धक्का देकर विकास के दौरान कोशिका विस्तार में सहायता करता है, जिससे लम्बाई बढ़ जाती है।
• स्टोमेटा के खुलने और बंद होने का विनियमन
• स्टोमेटा के खुलने और बंद होने को गार्ड कोशिकाओं में स्फीति दबाव परिवर्तनों द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

स्फीति हानि

जब पौधे में जल की हानि होती है, तो उनकी कोशिकाओं के अंदर स्फीति दबाव कम हो जाता है, जिससे पौधे मुरझा जाते हैं। इस स्थिति को प्लास्मोलिसिस के रूप में जाना जाता है, जहां जल की कमी के कारण कोशिका झिल्ली कोशिका भित्ति से दूर हो जाती है।

दैनिक जीवन में महत्व

स्फीति दबाव बीज अंकुरण, जड़ विकास और समग्र पौधे स्वास्थ्य जैसी प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण है।

समीकरण: स्फीति दबाव पौधे की कोशिका में जल क्षमता (Ψ) से संबंधित है:

Ψ = Ψs + Ψp

जहां: Ψ कुल जल क्षमता है।

Ψs विलेय क्षमता (ऋणात्मक मान) है।

Ψ दबाव क्षमता या स्फीति दबाव है।

उदाहरण:

एक स्वस्थ, अच्छी तरह से जल पिलाया गया पौधा उच्च स्फीति दबाव प्रदर्शित करेगा, जिससे इसकी पत्तियाँ दृढ़ दिखाई देंगी।

जल की कमी वाले पौधे में स्फीति दबाव कम होगा, जिससे पत्तियाँ मुरझा जाएँगी और झुक जाएँगी।

अभ्यास प्रश्न

• विलेय विभव को परिभाषित करें और पौधों में इसके महत्व की व्याख्या करें।
• विलेय विभव की गणना करने का सूत्र क्या है? प्रत्येक घटक का वर्णन करें।
• विलेय विभव पौधों की कोशिकाओं में जल की गति को कैसे प्रभावित करता है?
• विलेय विभव और जल विभव के बीच संबंध की व्याख्या करें।
• विलेय विभव को हमेशा ऋणात्मक मान के रूप में क्यों व्यक्त किया जाता है?
• आयनीकरण स्थिरांक विलेय विभव की गणना को कैसे प्रभावित करता है?

• स्फीति दबाव क्या है? यह पौधों की कोशिकाओं में कैसे उत्पन्न होता है?
• पौधों की कोशिकाओं की कठोरता को बनाए रखने में स्फीति दबाव की भूमिका की व्याख्या करें।
• जब पौधे की कोशिका स्फीति दबाव खो देती है तो क्या होता है? इस स्थिति को क्या कहते हैं?
• ऑस्मोसिस पौधों की कोशिकाओं में स्फीति दबाव को कैसे प्रभावित करता है?
• जल क्षमता और स्फीति दबाव के बीच क्या संबंध है?
• वर्णन करें कि स्फीति दबाव रंध्रों के खुलने और बंद होने को कैसे नियंत्रित करता है।
• प्लास्मोलिसिस क्या है और यह स्फीति दबाव से कैसे संबंधित है?
• जब पौधे पानी खो देते हैं तो वे क्यों मुरझा जाते हैं?
• स्फीति दबाव के संदर्भ में टर्गिड, फ्लैसीड और प्लास्मोलाइज्ड कोशिकाओं के बीच अंतर करें।