Misura del potenziale idrico

Gli scienziati hanno speso una considerevole quantità di energia per mettere a punto dei metodi accurati e affidabili per valutare lo stato idrico di una piante. I quattro strumenti che sono stati prevalentemente utilizzati per misurare Ψw, Ψs e Ψp sono di seguito descritti: psicrometro, camera a pressione, osmometro crioscopico e sonda di pressione. La psicrometria è basata sul fatto che la pressione di vapore dell'acqua diminuisce riducendo il suo potenziale idrico. Gli psicometri misurano la pressione di vapore dell'acqua di una soluzione o di un campione vegetale in base al principio che l'evaporazione dell'acqua da una superficie ne abbassa la temperatura. Per compiere una misurazione viene sigillato un pezzo di tessuto all'interno di una camera contenente un sensore di temperatura in contatto con una piccola goccia di una soluzione standard con concentrazione nota (noto Ψs, e quindi noto anche Ψw). Se il tessuto ha un potenziale idrico minore rispetto a quello della goccia allora l'acqua evapora dalla goccia, diffonde nell'aria e viene assorbita dal tessuto. La piccola evaporazione d'acqua raffredda la goccia; maggiore sarà la differenza del potenziale idrico fra il tessuto e la goccia e più alta sarà la velocità di trasferimento dell'acqua e quindi più fredda sarà la goccia. Se la soluzione standard ha un potenziale idrico minore di quello del campione da misurare, l'acqua diffonderà dal tessuto alla goccia, causando il riscaldamento della goccia stessa. Misurando il cambiamento della temperatura della goccia per soluzioni diverse con Ψs noto è possibile calcolare il potenziale idrico della soluzione per la quale il movimento dell'acqua fra la goccia ed il tessuto è zero, indicando che la goccia e il tessuto hanno raggiunto lo stesso potenziale idrico. Questo metodo è molto utile, ma anche molto sensibile alle fluttuazioni termiche. Per questa ragione gli psicrometri sono utilizzati soprattutto nei laboratori e trovano solo applicazioni limitate in campo, dove la temperatura non può essere facilmente controllata. Invece, un metodo relativamente veloce per stimare il potenziale idrico di grandi frammenti di tessuto, come foglie intere e germogli, è tramite la camera a pressione (misura Ψw). In questa tecnica, l'organo da misurare viene reciso dalla pianta e parzialmente sigillato in una camera a pressione. La colonna xilematica d'acqua, prima della recisione, è sotto tensione. Quando la colonna d'acqua viene spezzata dalla recisione dell'organo (cioè la sua tensione viene alleviata permettendo a ΨP di raggiungere lo zero) l'acqua viene attratta rapidamente dallo xilema per osmosi dalle cellule circostanti. La superficie di taglio risulta, quindi, opaca e secca. Per poter compiere misurazioni la camera viene pressurizzata con gas compressi fino quando l'acqua dello xilema raggiunge di nuovo la superficie di taglio. La pressione necessaria per riportare l'acqua alla superficie è definita la pressione di bilanciamento. La pressione di bilanciamento misurata in questi tessuti non traspiranti è uguale in grandezza (ma di segno opposto) alla pressione dello xilema (ΨP). Poiché il potenziale idrico della nostra foglia non traspirante è uguale a quello dello xilema possiamo calcolare il potenziale idrico sommando ΨP e Ψs (che di solito si omette essendo molto piccolo: 0,1 MPa) dello xilema. Le misure della camera a pressione possono fornire una stima accurata del potenziale idrico della foglia. Inoltre, poiché questo metodo è rapido e non richiede strumentazioni accurate o controlli elaborati della temperatura, esso è utilizzato spesso in campo. L'osmometro crioscopico (misura Ψs) misura, invece, il potenziale osmotico di una soluzione valutandone il punto di congelamento. Come sappiamo le soluzioni hanno proprietà colligative che dipendono in generale dal numero di particelle disciolte e non dalla natura del soluto. Una di queste è la diminuzione del punto di congelamento all'aumentare della concentrazione del soluto. Con un osmometro crioscopico, campioni di soluzione molto piccoli fino a 1 nanolitro (10-9 l), come il citoplasma di una singola cellula, vengono posti su un mezzo oleoso situato su un piatto portaoggetti a temperatura controllata. La temperatura di questo piatto viene rapidamente abbassata a circa -30°C, provocando il congelamento del campione. La temperatura viene quindi innalzata molto lentamente e il processo di diffusione viene osservato al microscopio. In questo modo si calcola direttamente la concentrazione del soluto dall'abbassamento del punto di congelamento e, della concentrazione del soluto (cs), Ψs viene calcolato come -RTCs. La sonda a pressione (misura Ψp), infine, è molto simile a una siringa in miniatura con un tubo microcapillare che viene introdotto all'interno di una cellula. Quando la punta del microcapillare viene inserita nella cellula, il succo cellulare comincia a fluire all'interno del capillare a causa della bassa pressione iniziale di questa zona. Tale movimento viene osservato e viene contrapposto spingendo sul pistone dello strumento, creando così una pressione. In questo modo si crea una situazione bilanciata in cui si ristabilisce il volume iniziale della cellula e la pressione all'interno di questa è esattamente bilanciata alla pressione all'interno del capillare. Questa pressione viene misurata tramite un sensore di pressione posto nello strumento; in questo modo si può calcolare direttamente la pressione idrostatica di cellule singole. Questa metodologia è molto usata, ma la sua maggiore limitazione è che alcune cellule sono troppo piccole per poter essere misurate con gli strumenti attualmente disponibili.