Водный обмен растений 1. Водная среда объединяет

Скачать презентацию Водный обмен растений 1.  Водная среда объединяет Скачать презентацию Водный обмен растений 1. Водная среда объединяет

05_vodny_obmen.ppt

  • Размер: 35.1 Мб
  • Автор: Эля Алиева
  • Количество слайдов: 33

Описание презентации Водный обмен растений 1. Водная среда объединяет по слайдам

  Водный обмен растений 1.  Водная среда объединяет все части организма. В Водный обмен растений 1. Водная среда объединяет все части организма. В теле растения водная фаза представляет собой непрерывную среду. 2. Вода – важнейший растворитель и важнейшая среда для протекания биохимических реакций 3. Вода участвует в упорядочивании структур в клетках 4. Вода – метаболит и непосредственный компонент биохимических реакций 5. Вода – главный компонент в транспортной системе высших растений 6. Вода – терморегулирующий фактор 7. Вода амортизатор при механических воздействиях 8. Вода обеспечивает упругость растительных тканей и рост растяжением

  Водичка в растительной клетке Свободная 85 – 90 Связанная 10 - 15 Водичка в растительной клетке Свободная 85 – 90% Связанная 10 — 15% ЯМРподвижность Констутивная (химически связанная) Гидратационная: -коллоидносвязанная (иммобилизованная) -осмотически связанная 3/4 вакуоль 1/4 КС 1/20 цитозоль Вакуоль 98% Соли, сахара, Орг. кислоты Аминокислоты Белки Таннины 95% коллоидносвязанная Хл 50% Мх 50%КС 50% Подвижная и малоподвижнная

  Растения Пойкилогидрические Гомойогидрические Гигрофиты Мезофиты Ксерофиты Растения Пойкилогидрические Гомойогидрические Гигрофиты Мезофиты Ксерофиты

  Осмотические явления Идеальная осмотическая ячейка Полупроницаемая  мембрана Растворитель Осмотически активное вещество Осмотические явления Идеальная осмотическая ячейка Полупроницаемая мембрана Растворитель Осмотически активное вещество (осмотик) V >0 V <0 Осмотическим давлением ( π ) называют то давление, которое нужно приложить к ячейке, чтобы остановить диффузию растворителя. Тургорным давлением (Р) называют давление, которое возникает в результате поступления воды в клетку.

  Полупроницаемая  мембрана Растворитель Биополимер (не образует истинного раствора ) Матричная компонента Полупроницаемая мембрана Растворитель Биополимер (не образует истинного раствора ) Матричная компонента осмотического давления возникает в результате взаимодействия воды с гидрофильными группами полимеров. Активность воды уменьшается. Идеальная осмотическая ячейка: взаимодействие растворителя с веществом. Осмотические явления

  Осмотическое давление и проблема «лишней» воды В клетке ψ   0, Осмотическое давление и проблема «лишней» воды В клетке ψ < 0, в наружной среде ψ ~ 0 Водичка идет по градиенту… Осмотическое давление π — избыточное давление, которое надо приложить к раствору вещества, чтобы привести его в равновесие с чистым растворителем, отделенным от него полупроницаемой мембраной. π = RT * ∑ C i

  Растительная клетка как осмотическая система Гидростатическое или тургорное давление равно противодавлению клеточной Растительная клетка как осмотическая система Гидростатическое или тургорное давление равно противодавлению клеточной стенки: P = — NОсмос приводит к возникновению тургорного давления в клетках. Тургорным давлением Р называется гидростатическое давление, возникающее в клетках при поглощении ими воды в результате осмоса. Это давление придает форму и упругость растительным тканям. Часто используемый в физиологии растений термин “тургор” является качественной характеристикой клеток, указывающий на наличие в них тургорного давления. Клеточная стенка Плазмалемма. Тонопласт

  a w - активность воды. Эффективная ( реальная ) концентрация, соответственно которой a w — активность воды. Эффективная ( реальная ) концентрация, соответственно которой вода участвует в различных процессах, для чистой воды = 1; в растворе или клетке < 1 w — химический потенциал воды. Выражает максимальное количество внутренней энергии молекул воды, которая может быть превращена в работу — водный потенциал Выражает способность воды в данной системе совершить работу в сравнении с той работой, которую совершила бы чистая вода при тех же условиях Термодинамические показатели воды

  Итак, основные показатели водного баланса клетки Активность  воды:  а Н Итак, основные показатели водного баланса клетки Активность воды: а Н 2 О = p Н 2 О / p o Н 2 О а Н 2 О ≤ 1 p Н 2 О и p o Н 2 О – давление пара воды над системой и над чистой водой соответственно Химический потенциал воды: µ Н 2 О = RT ln а Н 2 О µ Н 2 О ≤ 0 Водный потенциал клетки: Ψ кл = Ψ s + Ψ p + Ψ m + Ψ g Где: Ψ s – осмотический потенциал, влияние на Ψ растворенных веществ Ψ p – потенциал давления, влияние на Ψ механического давления Ψ m – матричный потенциал, влияние на Ψ связанной макромолекулами воды Ψ g – гравитационный потенциал, влияние на Ψ силы тяжести Ψ s < 0; Ψ m 0 (как правило); Ψ g – для высоких деревьев. Водный потенциал: Ψ Н 2 О = ( µ Н 2 О — µ о Н 2 О ) / V [джоуль/см 3 ] Ψ Н 2 О ≤ 0 где V – парциальный мольный объем воды

  Некоторые примеры Некоторые примеры

  Тургоресцентная клетка При  w внешней среды   w  внутренней Тургоресцентная клетка При w внешней среды > w внутренней среды клетки В ода поступает в клетку. Происходит упругое растяжение клеточной стенки. При «непрочной» стенке – рост растяжением. Сосущая сила клетки S = кл

  Плазмолиз При π in    π out  и Плазмолиз При π in < π out и N = 0 вода выходит из клетки. Происходит плазмолиз. Механические силы сопротивляются потере воды

  Водный баланс клетки Ψ кл  = [ Ψ s  + Водный баланс клетки Ψ кл = [ Ψ s + Ψ m ] + Ψ p Ψ нар. р-ра Ψ кл Ψ s + Ψ m Ψ р Ψ 0Ψ кл = Ψ нар. р-ра

  Как бороться с осмотическим стрессом ? 1. Понижение осмотического потенциала за счет Как бороться с осмотическим стрессом ? 1. Понижение осмотического потенциала за счет синтеза осмолитов (глицин-бетаин, Пролин, пролин-бетаин, холинсульфат, маннитол, и др. ) 2. Понижение осмотического потенциала за счет накопления ионов ( K + , Na + , Cl — , малат и др. органические кислоты) 3. Понижение матричного потенциала за счет синтеза гидрофильных белков (осмотины, Lea- белки)4. Понижение матричного потенциала за счет увеличения числа свободных –COOH групп (деметилирование, изменение доли пектина, окислительные реакции)

  Растения-галофиты Suaeda Salicornia Растения-галофиты Suaeda Salicornia

  почва раст. атм. Направление движения воды в системе целого растения также определяется почва раст. атм. Направление движения воды в системе целого растения также определяется направлением градиента водного потенциала. -0, 5 бар Лист -15 бар Стебель -5 бар Корень -2 бар -1000 бар (при относительной влажности воздуха 50%) -70 бар (при относительной влажности воздуха 99%) – даже во время дождя влажность воздуха редко превышает 99%, т. о. листья и при дожде теряют воду)

  Примерные значения водного потенциала ( ) и разности водных потенциалов ( Примерные значения водного потенциала ( ) и разности водных потенциалов ( ) для системы почва-растение- атмосфера Объект , бар Почвенная вода — 0, 5 Корень — 2 — 1, 5 Стебель — 5 — 3 Лист — 15 Воздух — 1000 —

  Динамические характеристики потока воды. Почти закон Ома… J w = L р Динамические характеристики потока воды. Почти закон Ома… J w = L р Jw — объемный поток воды, ·выражаемый в см 3 ·см -2 ·с -1 или см·с -1 ; L р –коэффициент гидравлической проводимости, имеющий размерность см· c -1 ·бар -1 ; — градиент водного потенциала

  атмосфера почвакорень ксилема лист (устьичное сопротивление) почвы атм. Почва – растение - атмосфера почвакорень ксилема лист (устьичное сопротивление) почвы атм. Почва – растение — атмосфера Сопротивление потоку воды – величина, обратная гидравлической проводимости

  Динамические характеристики потока воды в клетку J w = L р ( Динамические характеристики потока воды в клетку J w = L р ( ср — кл ) L р зависит от двух процессов: 1. Диффузии через липидный бислой; 2. Проникновения через специальные белки — аквапорины Повышается при изменении состава мембран: Повышение доли ненасыщенных жирных кислот (десатурация) , стероидов, изопреноидов, появление окисленных производных и др. Изменение числа аквапоринов и их активности (зависит от фосфорилирования)

  Аквапорины Молекулы воды преодолевают мембраны двумя путями: через липидный бислой и через Аквапорины Молекулы воды преодолевают мембраны двумя путями: через липидный бислой и через поры, образуемые специфическими белками – аквапоринами. Регулирование: • Изменение числа каналов для осмотически активных веществ. • Изменение активности каналов (зависит от фосфорилирования, мембранного потенциала, сигналов и др. ) • Изменение типа каналов. • Изменение расположения каналов на мембране. Аквапорины ПМ входят в семейство интегральных белков PIP ( plasma membrane intrinsic protein ), аквапорины тонопласта – в семейство интегральных белков TIP ( tonoplast intrinsic protein ).

  Структура водных каналов - аквапоринов NPA -бокс:  Asp-Pro-Ala Структура водных каналов — аквапоринов NPA -бокс: Asp-Pro-Ala

  Регулирование аквапоринами водного баланса клетки и растения много воды в клетке мало Регулирование аквапоринами водного баланса клетки и растения много воды в клетке мало воды в клетке Арабидопсис с введенным геном аквапорина PIP 1 a и PIP 1 b в антисенс конфигурации. У трансгена в 5 раз больше корневая система.

  1. Преимущественно на капиллярном подъеме воды основан транспорт у мхов.  Высота 1. Преимущественно на капиллярном подъеме воды основан транспорт у мхов. Высота мхов достигает не более 70 см (чаще ниже). 2. Капиллярные эффекты работают в апопласте листа в подустьичных щелях на границе раздела трех фаз. Поток воды за счет капиллярных эффектов

  Поглощение воды корнем Ризодерма с корневыми волосками Кора Эндодерма с поясками Каспари Поглощение воды корнем Ризодерма с корневыми волосками Кора Эндодерма с поясками Каспари Перицикл Флоэма. Протоксилема Ранняя метаксилема Поздняя метаксилема Эволюционный ароморфоз: коллективное выполнение осмотических функций = растения с корнями. Древовидные папоротники достигали 40 метров в высоту

  Сосуды ксилемы и трахеиды Еще один эволюционный ароморфоз:  увеличение скорости потока Сосуды ксилемы и трахеиды Еще один эволюционный ароморфоз: увеличение скорости потока за счет вторичного утолщения = растения со стержневыми корнями. Голосеменные достигают 120 метров в высоту

  И последний «водный» эволюционный  ароморфоз:  увеличение скорости потока за счет И последний «водный» эволюционный ароморфоз: увеличение скорости потока за счет образования трахей (сосудов ксилемы). Цветковые достигают 150 метров в высоту

  Эмболия как фактор стресса Эмболия как фактор стресса

  Радиальное строение корня и почему оно таково. . Ризодерма:  первичная загрузка Радиальное строение корня и почему оно таково. . Ризодерма: первичная загрузка симпласта, локально – в трихобластах. Кора: «метаболический котел» : 1. Реакции ассимиляции 2. Буферная емкость (вакуоли) Эндодерма: двойной барьер: а) диффузный – контроль потока ионов в центральный цилиндр по апопласту б) осмотический — барьер для центробежного потока ионов и воды из центрального цилиндра. Эндодерма отделяет низкосолевое пространство (ризодерма и кора) от высокосолевого (ц. цилиндр ). Перицикл: кольцевой коллектор, Собирает ионы и направляет их к ксилеме. Ксилема: финиш радиального и старт дальнего тр-та ионов. Нижний концевой двигатель. .

  Транспортные системы клеток корня Загрузка ризодермы идет за счет работы высокоаффинных переносчиков. Транспортные системы клеток корня Загрузка ризодермы идет за счет работы высокоаффинных переносчиков. Загрузка ксилемы обычно идет пассивно (через каналы), но за счет работы Н + -АТФ-аз

  Радиальный транспорт  воды в корне Радиальный транспорт воды в корне

  Варианты транспортных путей в корне Апопластный Симпластный Трансцеллюлярный (от клетки к клетке) Варианты транспортных путей в корне Апопластный Симпластный Трансцеллюлярный (от клетки к клетке) В зависимости от внешних условий и вида растений могут преобладать разные пути транспорта. При интенсивной транспирации вода обычно передвигается по апопласту Апопластный транспорт воды быстрее ( ~ в 50 раз) симпластного. Для гороха, ячменя, фасоли вода передвигается от клетки к клетке при любых условиях, для кукурузы – по апопласту. По апопласту обычно передвигаются Ca 2+ и бор. По симпласту – фосфат.