Водный обмен растений Пути поступления воды в

Водный обмен растений

Пути поступления воды в растение поверхность тела (водные организмы) корневая система воздушные корни (придаточные), листья видоизменения корней

Корневая система как орган поглощения воды 1) Физиологические особенности большая площадь поглощения за счет длины, ветвления и корневых волосков высокая интенсивность ростовых процессов за счет высокой скорости и большого числа меристем явление гидротропизма 2) Анатомические особенности продольное строение поперечное строение корня в зоне корневых волосков

Корневая система ржи Корни первого порядка – 143 Корни второго порядка – 35 000 Корни третьего порядка – 2 300 000 Корни четвертого порядка – 11 500 000 Всего корней – 14 млн Корневых волосков – 15 млрд Общая длина корней – 10 000 км, ежедневный прирост – 5 км Общая поверхность корней – 400 м 2

Виды воды в почве и их доступность для растений • Гравитационная вода занимает в почве крупные поры (некапиллярные), передвигается сверху вниз под собственной тяжестью. Это самая доступная для растений вода. • Капиллярная вода занимает капилляры почвы. Капиллярная вода вполне доступна растениям. • Гигроскопическая вода находится в почве в виде молекул в поглощенном состоянии, удерживается поверхностью почвенных частиц, почти недоступна растениям, передвигается между частицами почвы в форме пара. • Пленочная вода окружает коллоидные частицы почвы, мало доступна для растений.

• Полная влагоемкость - характеризует максимальный размер запаса почвенной влаги, который может быть использован для роста растений. • Влажность устойчивого завядания, т. е. это такая влажность почвы, при которой растения остаются увядшими до тех пор, пока в почву не подается вода. • Под доступной для растений почвенной влагой понимается то количество воды, которое накапливается в почве от уровня влажности устойчивого завядания до уровня полевой влагоемкости.

Механизм поступления воды в корень Ψв (почвы) > Ψв (корня) - снижение Ψосм. (активная работа ионных насосов, переносчиков, пиноцитоза) - испарение воды побегом

Виды транспорта • Ближний апопластный симпластный трансмембранный • Дальний ксилемный Внутриклеточный

Строение корня (продольный срез)

• Схема радиального транспорта воды в корне

Строение корня (поперечный срез)

Условия, влияющие на поступление воды в растение • температура (увеличение вязкости, снижение подвижности воды, снижение проницаемости цитоплазмы, торможение роста корней, снижение скорости метаболизма) • аэрация почвы (дыхание, энергия) • влажность почвы и содержание в ней солей

Анатомическое строение листа

Значение транспирации ШСохранение оптимальной для жизнедеятельности температуры. ШПоддержание постоянного тока воды по ксилеме, что позволяет передвигаться минеральным и некоторым органическим веществам по растению и обеспечивает выполнение регуляторной роли в ростовых реакциях и в автоколебательных движениях в частности, связывает все органы растения в единое целое. ШНекоторое количество питательных веществ может поступать пассивно, и этот процесс может ускоряться с увеличением транспирации.

Величины, характеризующие транспирационный процесс Интенсивность транспирации — это количество воды, испаряемой растением (г) за единицу времени (ч) единицей поверхности листа (в дм 2). Транспирационный коэффициент — количество воды (г), испаряемой растением при накоплении им 1 г сухого вещества. Продуктивность транспирации — величина, обратная транспирационному коэффициенту, — это количество сухого вещества (в г), накопленного растением за период, когда оно испаряет 1 кг воды. Относительная транспирация — отношение воды, испаряемой листом, к воде, испаряемой со свободной водной поверхности той же площади за один и тот же промежуток времени. Экономность транспирации — количество испаряемой воды (в мг) на единицу (1 кг) воды, со держащейся в растении.

Виды транспирации устьичная кутикулярная лентикулярная

Строение устьичного аппарата

Особенности замыкающих клеток устьиц • содержат хлоропласты; • сложная вакуолярная система; • стенки неравномерно утолщены, при этом их внутренние прилегающие друг к другу клеточные стенки более толстые, а внешние — более тонкие; • микрофибриллы целлюлозы в клеточной стенке организованы радиально, что усиливает устойчивость к процессу растяжения; • протопласты замыкающих клеток связаны в единое целое перфорациями в основании граничащих общих стенок; • часто содержат фермент крахмальную фосфорилазу.

Этапы устьичной транспирации • испарение воды с поверхности клеточных сте нок в межклетники; • диффузия водяного пара по системе межклетников через устьица к поверхности замыкающих клеток устьиц; • движение водяного пара от поверхности листа.

Регуляция транспирации Устьичная (регуляция устьичных движений) • Гидропассивная реакция — это закрывание устьичных щелей, вызванное тем, что окружающие паренхимные клетки переполнены водой и механически сдавливают замыкающие клетки. • Гидроактивная реакция открывания и закрывания — это движе ния, вызванные изменением в содержании воды в замыкающих клетках устьиц. • Фотоактивная реакция. Фотоактивные движения проявляются в открывании устьиц на свету и закрывании в темноте.

Двигатели водного тока • Верхний концевой (Транспирация) Е (света) 1 1, 5 МПа • Нижний концевой (Корневое давление) Е (АТФ) – дыхание 0, 1 0, 3 МПа

Доказательства работы корневого давления • Плач растений – выделение ксилемного сока (пасоки) на раневых поверхностях у деревьев весной (отсутствие листьев). Интенсивность выделения пасоки Береза 28 л/сутки 675 л/сезон 1, 5 % сахаров Клен 38 75 л/сезон 2 3 % сахаров

Плач растений • Явление это было замечено еще в древнем мире, но более обстоятельно изучено Гельзом (1748).

Весенний плач Особенно энергично плач происходит весною, до распускания почек. В это время с пробуждением жизни в растении начинается поднятие воды, а между тем, при отсутствии листьев её испарение ещё очень слабо. Весенняя пасока По химическому составу: водный раствор различных органических (тростниковый сахар, белки, органические кислоты) и минеральных веществ. Выделение пасоки начинается весною в различное время, смотря по растению и климатическим условиям; продолжительность плача также весьма различна (1— 2 месяца).

Летний плач С появлением листьев плач прекращается. Если же удалить всю облиственную часть растения, срезав его под корень, то пенек сначала всасывает воду, но через некоторое время, если почва достаточно влажна, начинает выделять её. Летняя пасока не содержит органических веществ и представляет чистый раствор почвенных минеральных солей.

Гуттация • процесс выделения капель жидкости (гутты) на кончиках листьев через гидатоды при высокой влажности воздуха.

Проводящие ткани

Сосуды ксилемы

Особенности клеток ксилемы • клетки мертвые, полые, имеют вытянутую форму; • лигнифицированная клеточная стенка, что с одной стороны облегчает транспорт воды, с другой – препятствует росту; • клеточная стенка пронизана порами, часто с окаймлением; • перфорации на концах клетки у члеников сосудов и поры - у трахеид; • сосуды ксилемы контактируют с паренхимными клетками центрального цилиндра, которые транспортируют ионы в сосуды через поры.

Механизм передвижения воды по сосудам ксилемы • Теория сцепления была предложена Г. Диксоном (Англия, 1895) и Вотчалом (Россия, 1897). По этой теории молекулы воды, соединяясь друг с другом водородными связями, образуют в растении длинные водяные нити, проходящие от клеток эпиблемы корня до испаряющих клеток паренхимы листовой пластинки. Силы сцепления достигают величины 3, 0 МПа. • Существование сплошных водяных нитей доказал Мак Лу (Индия, 1924), измеряя толщину стволов деревьев.