Транспорт води в рослині

Транспорт у рослин

Клітини обмінюються різними речовинами з навколишнім їх середовищем в результаті дифузії. Однак перенесення речовин звичайної дифузією на великі відстані неефективний; виникає необхідність в спеціалізованих системах транспорту. Таке перенесення з одного місця в інше здійснюється за рахунок різниці тисків в цих місцях. Все переносяться речовини рухаються з однаковою швидкістю на відміну від дифузії, де кожна речовина рухається зі своєю швидкістю в залежності від градієнта концентрації.

У тварин можна виділити чотири основні типи транспорту: травну, дихальну, кровоносну і лімфатичну системи. Частина з них були описані раніше, до інших ми перейдемо в наступних параграфах.

У судинних рослин пересування речовин здійснюється за двома системами: ксилеме (вода і мінеральні солі) і флоеме (органічні речовини). Пересування речовин по ксилемі направлено від коренів до надземних частин рослини; по флоеме поживні речовини рухаються від листя.

Одним з найважливіших механізмів транспорту речовин в рослині є осмос. Осмос – це перехід молекул розчинника (наприклад, води) з областей з більш високою концентрацією в області з більш низькою концентрацією через напівпроникну мембрану. Цей процес схожий на звичайну дифузію, але протікає швидше. Чисельно осмос характеризується осмотичним тиском – тиском, який потрібно докласти, щоб запобігти осмотичний надходження води в розчин.

У рослинах роль таких напівпроникних мембран відіграють плазматична мембрана і тонопласт (мембрана, що оточує вакуоль). Якщо клітина контактує з гіпертонічним розчином (тобто розчином, в якому концентрація води менше, ніж в самій клітці), то вода починає виходити з клітки назовні. Цей процес називається Плазмоліз. Клітка при цьому зморщується. Плазмоліз звернемо: якщо таку клітину помістити в гіпотонічний розчин (з більш високим вмістом води), то вода почне надходити всередину, і клітина знову набрякне. При цьому внутрішні частини клітини (протопласт) чинять тиск на клітинну стінку. У рослинної клітини набухання зупиняється жорсткої клітинної стінкою. У тварин клітин жорстких стінок немає, а плазматичні мембрани занадто ніжні; необхідний особливий механізм, який регулює осмос.

Ще раз підкреслимо, що осмотичний тиск – величина швидше потенційна, ніж реальна. Вона стає реальною тільки в окремих випадках – наприклад, при її вимірі. Також необхідно пам’ятати, що вода рухається в напрямку від нижчого осмотичного тиску до вищого.

Основна маса води поглинається молодими зонами коренів рослин в області кореневих волосків – трубчастих виростів епідермісу. Завдяки їм значно збільшується усмоктувальна воду поверхню. Вода надходить в корінь за рахунок осмосу і рухається вгору до ксилеме по апопласту (по клітинних стінок), симпласти (по цитоплазмі і плазмодесмам), а також через вакуолі. Треба зауважити, що в клітинних стінках є смужки, звані пасками Каспарі. Вони складаються з водонепроникного суберіна і перешкоджають просуванню води і розчинених в ній речовин. У цих місцях вода змушена проходити через плазматичні мембрани клітин; вважають, що таким чином рослини захищаються від проникнення токсичних речовин, патогенних грибів і т. п.

Підйом води по ксилемі відбувається, мабуть, за рахунок випаровування води в листі. У процеcсе випаровування в кроні утворюється недолік води. Поверхневий натяг в судинах ксилеми здатне тягнути вгору весь стовп води, створюючи масовий потік. Швидкість підйому води становить близько 1 м / ч (до 8 м / ч в високих деревах); щоб підняти воду до вершини високого дерева, потрібно тиск порядку 40 атм.Слід мати на увазі, що одні тільки капілярні ефекти здатні підняти воду на висоту не більше 3 м.

Друга важлива сила, яка бере участь в підйомі води, – це кореневий тиск. Воно становить 1-2 атм (у виняткових випадках – до 8 атм). Цією величини, звичайно, недостатньо, щоб самотужки забезпечити рух рідини, але її внесок у багатьох рослин безсумнівний.

Потрапляючи по ксилемі в листя, вода і мінеральні речовини розподіляються через розгалужену мережу провідних пучків по клітинам. Рух по клітинам листа здійснюється, як і в корені, трьома способами: по апопласту, симпласти і вакуолі. На свої потреби рослина використовує менше 1% поглинається їм води, решта в кінці кінців випаровується через восковий шар на поверхні листя і стебел – кутикулу (близько 10% води) – і особливі пори – продихи (90% води). Трав’янисті рослини втрачають у день близько літра води, а у великих дерев ця цифра може доходити до сотень літрів. Випаровування води (транспірація) здійснюється за рахунок енергії сонця. Найпростіше транспирацию спостерігати, якщо накрити рослину в горщику ковпаком; на внутрішній поверхні ковпака будуть збиратися крапельки рідини.

На швидкість випаровування впливають багато чинників; як зовнішні умови (світло, температура, вологість, наявність вітру, доступність води в грунті), так і особливості будови листя (площа поверхні аркуша, товщина кутикули, кількість продихів). Ряд зовнішніх факторів призводить до зменшення дифузії води з листя, інші (наприклад, відсутність світла або сильний вітер) викликають замикання продихів (завдяки роботі особливих замикаючих клітин). Рослини посушливих регіонів мають спеціальні пристосування для зменшення транспірації: занурені глибоко в листя продихи, густе опушення з волосків або лусочок, товстий восковий наліт, перетворення листя в колючки або голки та інші. Осінній листопад в помірних широтах також покликаний зменшити випаровування води, коли настануть холоди.

З грунту рослина отримує не тільки воду, а й мінеральні солі. Ці речовини рухаються в коренях під дією дифузії. За рахунок енергії дихання можливий також їх активний транспорт проти градієнта концентрації. Потрапляючи в ксилему, мінеральні речовини розносяться по всьому організму з масовим струмом води. Основним споживачем цих речовин є зростаючі частини рослини.

Деякі мінеральні речовини, виконавши свою корисну функцію, можуть переміщатися далі вгору або вниз по флоеме. Це відбувається, наприклад, перед скиданням листя, коли накопичені листям корисні речовини зберігаються, відкладаючись в інших частинах рослини.

У багатоклітинних рослин є ще одна транспортна система, призначена для розподілу продуктів фотосинтезу, – флоема. На відміну від ксилеми, органічні речовини можуть транспортуватися по флоеме і вгору, і вниз. 90% переносите речовин становить сахароза, яка практично не бере участі в метаболізмі рослини безпосередньо і тому є ідеальним углеводом для транспорту. Швидкість руху цукру зазвичай становить 20-100 см / год; за день по стовбуру великого дерева може пройти кілька кілограмів цукру (в сухій масі).

Яким чином настільки великі потоки поживних речовин можуть протікати в тонких сітовідних трубках флоеми (їх діаметр не перевищує 30 мкм), не зовсім зрозуміло. Мабуть, речовини по флоеме поширюються масовим струмом, а не дифузією. Можливими механізмами транспорту є звичайний тиск або електроосмос.

При пошкодженні флоеми сітовідние трубки закупорюються в результаті відкладення каллози на сітовідних пластинках. Безповоротна витік поживних речовин зазвичай припиняється вже через кілька хвилин після пошкодження.

Транспорт води як найважливіша фізіологічна функція. Вода є універсальною внутрішнім середовищем, В якій розігруються життєві процеси.Вона є, по образним висловом А. Сент-Дьyoрдьі, «матрицею» життя. Разом з тим, що міститься в організмі вода знаходиться в постійному русі, То є живий організм подібний до не ізольовано водойми зі стоячою водою, а проточного водоймища, в якому вода безперервно обмінюється. Саме завдяки безупинної циркуляції водних розчинів реалізуються взаємозв’язку між окремими клітинами, тканинами, органами (в тому числі доставляються метаболіти і видаляються токсини); виникає кругообіг речовин; підтримується гомеостаз і функціонування організму як єдиного цілого.

Шляхи транспорту води в рослині. Загальновизнано, що у тварин циркуляція води здійснюється по системам крово- і лімфообігу і ендогенно регулюється. Моторну роль при цьому виконують контрактильні системи, перш за все серце, зупинка якого миттєво призводить до смерті. Транспортні системи тварин інтенсивно вивчаються і вже досягнуто відомий прогрес в розумінні відповідних рушійних сил. На жаль, щодо рослин цього сказати не можна. Природа транспорту води у них вивчена незрівнянно слабкіше.

Головним транспортним шляхом води у наземного рослини вважається висхідний струм. Зазвичай тільки його і мають на увазі, коли заходить мова про міжклітинному (Ближньому, по неспеціалізованим тканин) або далекому (По проводять тканинам) транспорті води. До сих пір поширене спрощенеуявлення, згідно з яким висхідний водний струм своїм походженням зобов’язаний не стільки потреби самої рослини в пересуванні по ньому води, скільки специфічних умов існування рослини. А саме: рослина не має міцних покривів (як у тварин), тому, перебуваючи в наземно-повітряному середовищі життя, згідно законів фізики має безперервно випаровувати вологу в навколишнє середовище в процесі транспірації і одночасно заповнювати свій водний запас за рахунок поглинання води з ґрунту. Тобто по суті, рослина виконує всього-на-всього роль каналу між грунтом і атмосферою. Але це не зовсім так.

Не слід забувати, що в наземному рослині, крім вранішнього, є ще й спадний водний струм, Аж ніяк не залежить від Транспіраціонний тяги. Цей струм називається флоемниє. Формується він у листі за рахунок води, що надходить з висхідним струмом, а потім повертається в корені, доставляючи в них асиміляти і інші продукти життєдіяльності листя. Таким чином, в рослині одночасно функціонують два протилежно спрямованих водних потоку. Причому, стають все більш очевидними їх структурні і функціональні взаємозв’язки (Курсанов, 1976). Отже, по-перше, у рослин існує кругообіг водних розчинів, а, по-друге, є єдина гідродинамічна система цілої рослини (Жолкевіч і ін., 1989) або єдина транспортна система (Гамалій, 1997).

доказом цього є те, що циркуляція водних розчинів виявлена ​​(в дослідах з тритиевой водою) у взагалі нічого не випаровують, повністю занурених у воду вищих рослин і водоростей. Поряд з цим встановлено, що в наземному рослині висхідний водний струм можливий при практично повністю пригніченою транспірації, тобто за відсутності Транспіраціонний тяги. Все це ставить під сумнів правомірність уявлення про виникнення і підтримці висхідного водного струму лише внаслідок необхідності компенсувати неминучі, але не особливо потрібні рослині втрати вологи при транспірації, а про сам цьому струмі як про просте фізичне явище.

Нижче зупинимося лише на частині єдиної гідродинамічної системи цілого рослини – висхідному водному струмі. Розглянемо етапи висхідного водного струму. Почнемо з радіального транспорту води від поверхні кореня до судин центрального циліндра.

Не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:

Вода в рослині, долаючи сили гравітації, повинна підніматися на всю його висоту (евкаліпт, секвойя – до 140 м, береза ​​- до 25 м. Дуб – до 40 м, сосна і ялина – до 50 м). До цього слід додати і значну протяжність водопроводящей системи коренів.

Висхідний потік води в рослині йде по судинах ксилеми, позбавленим цитоплазми. Крім роботи нижнього кінцевого двигуна і присмоктуються дії транспірації (верхній кінцевий двигун) в пересуванні води по капілярних судинах ксилеми беруть участь сили когезии – зчеплення молекул води один з одним і сили адгезії зчеплення молекул води зі стінками судин. Обидві сили перешкоджають також утворення бульбашок повітря, здатних закупорити судину. Залежно від анатомічної будови деревини лінійна швидкість висхідного струму коливається від 1 – 6 м / ч у хвойних і неуважно-судинних деревних порід, до 25 – 60 м / ч у кольцесосудістих. Така швидкість зареєстрована влітку опівдні. Швидкість пересування води по рослині протягом доби змінюється і в основному відповідає інтенсивності транспірації.

Вода з клітин листа і безпосередньо з судин ксилеми надходить у флоемниє закінчення по осмотичного градієнту, що виникає внаслідок накопичення в клітинах флоеми цукрів і інших органічних сполук, які утворюються в клітинах листя і переносяться в клітини флоеми в результаті активної роботи транспортних насосів. Спадний флоемниє ток доставляє органічні сполуки тканин кореня, де вони використовуються в метаболізмі. У корені закінчення провідних пучків флоеми, як і в листі, розташовуються поблизу елементів ксилеми і вода по осмотичного градієнту надходить в ксиліт і рухається вгору з висхідним струмом. Таким чином відбувається обмін води в провідній системі кореня і листя.

транспірація

1. Характеристика і значення транспірації.

транспірація – це фізіологічний процес випаровування води рослиною. К.А. Тімірязєв ​​назвав транспирацию «необхідним фізіологічним злом». З надійшла в рослину води 99,8% втрачається в результаті транспірації і лише 0,02% використовується на метаболічні процеси, підтримка тургору і в транспорті органічних сполук по флоеме.

Основним органом транспірації є лист. Через необхідність максимального контакту з повітряним середовищем рослина має дуже велику листову поверхню. Збільшення поверхні полегшує поглинання СО₂, Уловлювання світла і це ж створює величезну поверхню випаровування. В результаті втрати води клітинами листя в них знижується водний потенціал, т. Е. Зростає сосущая сила. Це призводить до посилення поглинання клітинами листа води з ксилеми жилок і пересуванню води по ксилемі з коренів в листя.

Таким чином, верхній кінцевий двигун, забезпечує пересування води вгору по рослині, створюється і підтримується високою смокче силою транспірірующей клітин листової паренхіми. Тому сила верхнього кінцевого двигуна буде тим більше, чим активніше транспирация. Верхній кінцевий двигун може працювати при повному відключенні нижнього кінцевого двигуна, причому для його роботи використовується не метаболічна енергія, а енергія зовнішнього середовища – температура і рух повітря.

Розрізняють устьічнимі і кутикулярну транспирацию. Кутікулярная транспирация зазвичай становить близько 10% від загальної втрати води листом і визначається товщиною шару кутикули. Однак у рослин, листя яких характеризуються слабким розвитком кутикули, частка цього виду транспірації може підвищуватися до 30%. Має значення також вік листа. Молоде листя, як правило, мають слабо розвинену кутикулу і, отже, більш інтенсивну кутикулярну транспирацию. У старого листя частка кутікулярной транспірації знову зростає, так як, хоча кутикула і зберігає достатню товщину, в ній з’являються тріщини, через які легко проходять пари води.Тріщини в кутикуле можуть з’являтися і після тимчасового завядания листя, завдяки чому транспирация посилюється. Кутікулярная транспирация залежить від оводненности листа. При насиченні кутикули водою випаровування йде інтенсивніше, а при підсиханні кутикули – знижується. В цілому, кутікулярная транспирация менше залежить від умов зовнішнього середовища в порівнянні з устьичной.

Деяка кількість води виділяється в результаті транспірації нирок, оскільки ниркові луски повністю не захищають їх від втрати вологи. Репродуктивні органи також втрачають воду і в деяких випадках ці втрати можуть бути дуже значними: наприклад, кошики соняшнику, коробочки маку і плоди перцю транспірірующей сильніше, ніж листя даних рослин в тих же умовах. Крім того, вода випаровується з поверхні гілок і стовбурів деревних рослин через чечевички і навколишні їх шари пробки – перідермалишя транспирация. Хоча загальна кількість води, що випаровується через чечевички, значно менше тієї, яку втрачається через листя, фактично інтенсивність транспірації на одиницю поверхні, що випаровує нерідко мало різниться в обох випадках. Внаслідок транспірації гілок в зимовий час часто виникає водний дефіцит і рослини гинуть в результаті зневоднення.

1. Транспірація підвищує ссуть силу випаровують клітин і створює безперервний потік води з кореневої системи до листя, який пов’язує всі органи рослини в єдине ціле.

2. З Транспіраціонний струмом пересуваються розчинні мінеральні і частково органічні поживні речовини від коренів до життєво важливих частин рослини. Чим інтенсивніше транспирация, тим швидше йде цей процес.

3. Захищає рослину від перегріву прямими сонячними променями; температура свіжого листа може бути на 7 ° С нижче температури в’януть слаботранспірірующего листа.

4. Перешкоджає повного насичення клітин водою, сприяючи тим самим оптимізації цілого ряду процесів метаболізму, так як при невеликому водному дефіциті (до 5%) активність синтетаз і інтенсивність фотосинтезу виявляються найбільшими.

Дата додавання: 2018-02-28; переглядів: 449; ЗАМОВИТИ РОБОТУ