Вода, поглощенная клетками корня, под влиянием разности водных потенциалов, которые возникают благодаря транспирации, а также силе корневого давления, передвигается до проводящих путей ксилемы.

Согласно современным представлениям, вода в корневой системе передвигается не только по живым клеткам. Еще в 1932 г. немецкий физиолог Мюнх развил представление о существовании в корневой системе двух относительно не зависимых друг от друга объемов, по которым передвигается вода, - апопласта и симпласта.

Апопласт - это свободное пространство корня, в которое входят межклетные промежутки, оболочки клеток, а также сосуды ксилемы.

Симпласт - это совокупность протопластов всех клеток, отграниченных полупроницаемой мембраной. Благодаря многочисленным плазмодесмам, соединяющим между собой протопласт отдельных клеток, симпласт представляет единую систему.

Апопласт, по-видимому, не непрерывен, а разделен на два объема. Первая часть апопласта расположена в коре корня до клеток эндодермы, вторая - по другую сторону клеток эндодермы, и включает в себя сосуды ксилемы. Клетки эндодермы благодаря пояскам

Каспари представляют как бы барьер для передвижения воды по свободному пространству (межклетникам и клеточным оболочкам). Для того чтоб попасть в сосуды ксилемы, вода должна пройти через полупроницаемую мембрану и главным образом по апопласту и лишь частично по симпласту.

Однако в клетках эндодермы передвижение воды идет, по-видимому, по симпласту. Далее вода поступает в сосуды ксилемы. Затем передвижение воды идет по сосудистой системе корня, стебля и листа.

Из сосудов стебля вода движется через черешок или листовое влагалище в лист. В листовой пластинке водопроводящие сосуды расположены в жилках. Жилки, постепенно разветвляясь, становятся более мелкими. Чем гуще сеть жилок, тем меньшее сопротивление встречает вода при передвижении к клеткам мезофилла листа.

Иногда мелких ответвлений жилок листа так много, что они подводят воду почти к каждой клетке. Вся вода в клетке находится в равновесном состоянии.

Иначе говоря, в смысле насыщенности водой, имеется равновесие между вакуолью, цитоплазмой и клеточной оболочкой, их водные потенциалы равны. Вода передвигается от клетки к клетке благодаря градиенту сосущей силы.

Вся вода в растении представляет единую взаимосвязанную систему. Поскольку между молекулами воды имеются силы сцепления (когезия), вода поднимается на высоту значительно большую 10 м. сила сцепления увеличивается, так как молекулы воды обладают большим сродством друг к другу. Силы сцепления обладают и между водой и стенками сосудов.

Степень натяжения водных нитей в сосудах зависит от соотношения процессов поглощения и испарения воды. Все это позволяет растительному организму поддерживать единую водную систему и не обязательно восполнять каждую каплю испаряемой воды.

В том случае, если в отдельные членики сосудов попадает воздух, они, по-видимому, выключается из общего тока проведения воды. Таков путь передвижения воды по растению (рис. 2).

Скорость перемещения воды по растению в течение суток изменяется. В дневные часы она на много больше. При этом разные виды растений различаются по скорости передвижения воды. Изменение температуры, введение метаболических ингибиторов не влияют на передвижение воды.

Вместе с тем этот процесс, как и следовало ожидать, очень сильно зависит от скорости транспирации и от диаметра водопроводящих сосудов. В более широких сосудах вода встречает меньшее сопротивление. Однако надо учитывать, что в более широкие сосуды могут попасть пузырьки воздуха или произойти какие-либо иные нарушения тока воды.

Рис.2. Путь воды в растении.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Вода -- самое распространенное в биосфере вещество, играющее исключительно важную роль в жизни живой природы и в частности растений. Вода входит в состав клеток и тканей любого животного и растения. Потеря большого количества воды живым организмом может привести к его смерти. В последнее время в связи с быстрым ростом населения и его производственной деятельностью потребность в воде значительно возросла. В настоящее время она достигла таких масштабов, что во многих местах планеты и особенно в развитых промышленных районах возникла острая проблема нехватки пресной воды. В настоящее время водный голод ощущается даже в тех местах, где раньше его не было. На 70% всех обрабатываемых земель царит засуха. При этом в нетронутых степях содержание влаги в почве в 1,5 - 3 раза больше, чем в пашне. В настоящее время основным источником пресной воды продолжают оставаться воды рек, озер, артезианских скважин и опреснение морской воды. В то же время, если во всех речных руслах находится 1,2 тыс. км 3 , то количество воды находящееся в каждый данный момент в атмосфере равно 14 тыс. км 3 . Парадоксально, но факт: самый крупный источник - вода в атмосфере - почти не используется.

Вода, всасываемая растениями из почвы, проходя через корень, стебель и лист, испаряется в атмосферу, увеличивая влажность воздуха. Растения способствуют более быстрому водному обмену почвы и воздуха. Вода, испаряемая растениями, гораздо чище воды из рек и озер.

Моя тема актуальна: в ней изучаются этапы движения воды от жидкого состояния в почве, через растение, до водяного пара в атмосфере. Это может подсказать новые пути решения вопроса с нехваткой пресной воды.

Цель работы : исследовать движение воды из почвы в корень, стебель, цветок и лист растения. Пронаблюдать выделение водяного пара растением. Исследовать влияние растений на влажность в помещении.

Задачи работы : изучить литературу, описывающую строение растения и его проводящие воду ткани. Изучить литературу о роли воды и водяного пара на планете.

Провести опыты, связанные с движением воды по растению, изучить испарение воды растением.

растение вода влажность почва

1.Проводящие «трубопроводы» растения

Без них вода и минеральные соли, поглощенные корнем… останутся в корне. Органических веществ, произведенных в стеблях и листьях, корень не получит. А ведь они ему тоже необходимы! Значит не обойтись без того, чтобы наладить систему «трубопроводов» внутри растения. Причем по одним «трубам» вода и минеральные соли будут подниматься в стебель и листья, по другим «трубам» органические вещества будут опускаться в корень.

Такие ткани растения называются проводящими, у деревьев - это цепочка клеток, а проводящая воду ткань - сосуд - наиболее совершенна у цветковых растений.

Нисходящий ток органических веществ идет гораздо медленнее, ведь растение вырабатывает во много раз меньше органических веществ, чем потребляет воды.

Проводящие пучки растения хорошо видны на листьях растений в виде жилок. Пучки образуют сложную разветвленную сеть внутри растения. Наглядно всю сложность этой сети можно увидеть на примере «растительной губки» - обычной мочалки, которая изготавливается из плода тыквы люффы.

Органы высших растений и их проводящая система

Лист-это та «волшебная фабрика», где под действием солнечных лучей происходит превращение воды и углекислого газа в органические вещества. Помимо этого лист дышит, испаряет воду.

Каждый лист можно сравнить с чутким прибором. Он прекрасно чувствует небольшие изменения освещенности. Пока солнце движется по небосклону, черешки листьев непрерывно «работают», поворачивая каждый лист так, чтобы на него падало как можно больше света. Если комнатное растение развернуть от света, то на следующий день можно будет увидеть, что все его листья дружно «повернулись обратно». Листья «стараются» не затенять друг друга. Это хорошо видно у плюща, который при небольшом количестве листьев может покрывать стену сплошным «зеленым ковром». Ощущают листья и гравитацию (всемирное тяготение).

Природа немало потрудилась, создавая существующее разнообразие форм листьев. Сложный лист состоит из нескольких листочков на общем черешке, главное его отличие - не в сильной рассеченности, а в том, что каждый листочек может опасть отдельно. Листья могут превращаться в колючки, усики, ловчие аппараты.

На каждом листе видны многочисленные жилки. Это «трубопровод» листа, по которому он сообщается со всем растением.

Каков срок жизни листа? У листопадных растений - около полугода. Но и у вечнозеленых растений срок жизни листьев не так уж велик. У сосны лист (хвоинка) в среднем живет 2 года, у ели - до 12 лет.

Сколько листьев может быть на одном дереве? На старом дубе растет около четверти миллиона листьев, а на кипарисе - 50 млн. хвоинок.

Транспортную функцию в листе выполняет проводящая система -- жилки. Жилки -- полифункциональные образования: они снабжают лист водой, минеральными и органическими веществами, притекающими из корня; обеспечивают отток ненужных веществ; выполняют механическую функцию, создавая опорный скелет листа и укрепляя его мякоть. Длина сети жилок зависит от многих внешних и внутренних факторов.

Передвижение веществ в листе происходит по флоэме и ксилеме. В наиболее крупных жилках листьев они образуют один или несколько пучков, располагающихся в виде кольца, полукольца или беспорядочно.

Между корнями и листьями существует «разделение труда». Листья обеспечивают все растение органическими веществами, а корни обеспечивают его водой и минеральными солями. Корень закрепляет растение в почве, помогает противостоять ему ветрам и бурям. В поисках воды и минеральных солей он проникает в толщу земли, порой на большую глубину. Например, корень верблюжьей колючки, уходит на глубину 15м, достигая грунтовых вод. А рекорд проникновения в глубь земли принадлежит корням инжира (120м) и вяза (110м). Растет корень чаще всего прямо вниз.

Воду и минеральные соли - пищу растения - корень впитывает через корневые волоски - мощное орудие всасывания. Каждый из них состоит из одной клетки и очень мал. Проводя опыт биологи измерили длину корней ржи, оказалось, что общая длина волосков почти в 20 раз превышает длину самих корней.

Некоторые растения, например сосну обыкновенную, можно встретить на песках, на голых гранитных скалах, на болотах. Корни у нее в каждом случае разные. На песках у нее будет глубокий стержневой корень, доходящий до грунтовых вод. А на болоте - какой смысл забираться вглубь? Влаги и так хватает. Здесь корни сосны будут ветвиться в верхних слоях почвы.

Проводящая система корня проводит воду и минеральные вещества из корня в стебель (восходящий ток) и органические вещества из стебля в корень (нисходящий ток). Состоит она из сосудисто-волокнистых пучков. Основными слагаемыми частями пучка являются участки флоэмы (по ним вещества передвигаются к корню) и ксилемы (по которым вещества передвигаются от корня).

3.Стебель

Стебель - это каркас растения, к которому прикреплены различные «лаборатории», обеспечивающие жизнь и размножение растений (например, лист, цветок, плод). Кроме того, стебель - это своеобразный трубопровод, связывающий все органы растения между собой.

Кроме того, стебель может брать на себя роль «кладовой», наполненной на «черный день» самым ценным для растения, без чего невозможна жизнь, - влагой. Это мы видим, в частности, у кактусов.

Стебель с листьями (побег) может превращаться в луковицу, корневище, клубень. В них растение прячет под землей запасенные питательные вещества. С помощью подземных побегов растение может размножаться, как всем известный картофель.

Строение стебля соответствует его главным функциям: проводящей -- в стебле хорошо развита система проводящих тканей, которая связывает все органы растения; опорной -- с помощью механических тканей стебель поддерживает все надземные органы и выносит листья в благоприятные условия освещения и ростовой.

Цветки - органы размножения растений. Части цветка - чашелистики, лепестки, тычинки и пестик - представляют собой не что иное, как видоизмененные листья.

Чашелистики еще сохраняют зеленый цвет, немногим отличаясь от обычных листьев. Венчик, состоящий из лепестков, окружает тычинки и пестик. Человек выводит махровые цветы, у которых тычинки и пестики неотличимы от лепестков.

Проводящие пучки идут в органы цветка из стебля. Проводящие пучки цветка обнаруживают некоторую тенденцию к упрощению и срастанию. Срастание пучков, а, следовательно, уменьшение их количества, вызвано тем, что части цветка располагаются скученно. Упрощение в строении пучков проявляется в том, что очень слабо развивается флоэма. Иногда ее элементы совсем отсутствуют или замещаются специальными клетками.

2. Растения и вода

У разных растений различна потребность в воде - у одних она может быть в 80-90 раз больше, чем у других. Любое растение самое меньшее наполовину, а иногда на 98% состоит из воды. Всего за один летний день подсолнечник «выпивает» 1-2 л воды, а вековой дуб - более 600литров.

Человек испаряет пот, прежде всего для того, чтобы охладиться. Растению так же необходимо охлаждение. Но значительная часть испаряемой влаги расходуется для другой цели. Только через увлажненную поверхность растение может впитывать углекислый газ из воздуха, чтобы расти. Поневоле ему приходится постоянно испарять воду. Поэтому растения засушливых мест, где воды мало, растут так медленно. Такие растения научились по-разному ограничивать свой водный рацион. Одни в ходе эволюции приобрели сочные мясистые стебли или листья (кактусы, алоэ), наполненные влагой, и испаряют её очень экономно. Их называют суккулентами. Полная противоположность им - склерофиты, жесткие сухие растения (например, верблюжья колючка). Засуху они переносят в полузасушенном виде.

Происходит испарение в основном через устьица - «приспособления», созданные природой. Устьица расположены в основном на нижней стороне листа (во избежание чрезмерного испарения). Устьице состоит из двух клеток полулунной формы (похожих на фасолины). Когда клетки эти наполнены влагой, они «надуваются», как два воздушных шарика, и сквозь широкую щель между ними хорошо испаряется влага. А когда воды становится меньше, клетки «вянут», - «воздушные шарики» становятся «полусдутыми», щель между ними исчезает. Испарение не идет. Соответственно и углекислый газ не может поступать в ткани растения.

На каждом квадратном миллиметре поверхности листа - несколько сотен устьиц, иногда даже тысяча, а у алоэ и кактусов - порой всего десятки. Через них растение дышит, получает углекислый газ.

Испарение. Водяной пар в атмосфере.

Наиболее важная переменная составляющая атмосферы -- водяной пар. Изменение его концентрации колеблется в широких пределах: от 3% у земной поверхности на экваторе до 0,2% в полярных широтах. Основная масса его сосредоточена в тропосфере, содержание определяется соотношением процессов испарения, конденсации и горизонтального переноса. В результате конденсации водяного пара образуются облака и выпадают атмосферные осадки (дождь, град, снег, роса, туман).

Воздух нижних слоев атмосферы всегда заключает в себе некоторое количество воды. Вода в атмосфере может находиться в трех состояниях: парообразном (водяной пар), жидком (капельки воды, образующие облака и туманы) и твердом (кристаллики льда и снежинки). Источником воды в атмосфере является водяной пар. Наибольшее количество водяных паров воздух получает с поверхности океанов и морей, меньшее с озер и рек и еще меньшее с поверхности суши. По последним данным с поверхности земного шара в год испаряется 518 600 км 3 воды, из них 447 900 км 3 воды (86%) испаряется с поверхности океанов и 70 700 км 3 (14%)--с поверхности суши.

Испарение. Процесс испарения с поверхности воды связан с непрерывным движением молекул внутри жидкости. Молекулы воды двигаются в различных направлениях и с различной скоростью. При этом некоторые молекулы, находящиеся у поверхности воды и имеющие большую скорость, могут преодолеть силы поверхностного сцепления и выскочить из воды в прилежащие слои воздуха.

Скорость и величина испарения зависят от многих причин, в первую очередь от температуры и ветра, от дефицита влажности и давления. Чем выше температура, тем больше воды может испариться. Роль ветра в испарении понятна. Ветер все время уносит тот воздух, который успел поглотить некоторое количество водяных паров с испаряющей поверхности, и непрерывно приносит новые порции более сухого воздуха. Согласно наблюдениям даже слабый ветер (0,25 м/сек) увеличивает испарение почти в три раза.

Дефицит влажности и давление атмосферы по-разному влияют на испарение. Скорость испарения прямо пропорциональна дефициту влажности и обратно пропорциональна атмосферному давлению.

При испарении с поверхности суши огромную роль играет растительность, так как, кроме испарения с почвы, происходит испарение растительностью (транспирация).

Наблюдения показали, что площадь, покрытая луговой растительностью, испаряет в три с лишним раза больше, чем площадь поля, лишенная растительности. Лес испаряет воды еще больше (почти столько же, сколько поверхность моря в соответствующих широтах).

В результате процесса испарения с поверхности водяной пар поступает в атмосферу. Например, летней ночью при ясной погоде, соприкасаясь с холодной поверхностью, водяной пар оставляет на ней капельки росы, при отрицательной температуре выпадает иней, в воздухе, охлаждающемся от поверхности или от пришедшего холодного воздуха, образуется туман, который состоит из мелких капелек или кристалликов, взвешенных в воздухе. В сильно загрязнённом воздухе образуется густой туман с примесью дыма - смог.

Наиболее благоприятная для человека относительная влажность воздуха (40-60%), именно такая влажность поддерживается в космических кораблях. Выявлено, что чем прохладнее воздух, тем ниже его влажность. Свой вклад в обезвоживание и без того сухого зимнего воздуха вносят обогревательные приборы центрального отопления в городских квартирах.

Определить насколько уровень влажности в квартире соответствует нормальному можно без применения специальных приборов, а опираясь на косвенные признаки. Надежным подсказчиком служат комнатные растения. Особенно чувствительны к дефициту атмосферной влаги тропические растения, для которых естественная среда это влажный и теплый климат. Поэтому так часто можно наблюдать, как зимой начинают чахнуть представители теплолюбивой флоры при своевременном и бережном уходе.

Другим, не менее надежным, индикатором является наше самочувствие. При пониженной влажности у человека быстро наступает чувство усталости и общего дискомфорта. Недостаток влаги в воздухе способствует снижению концентрации и внимания.

Недостаток атмосферной влажности способствует высушиванию слизистой оболочки дыхательных путей и полости рта. Это повышает риск возникновения респираторных заболеваний за счет ослабления защитных функций организма. Особенно часто этому подвержены дети.

Огромную роль влажность играет в метеорологии. Её используют для предсказания погоды. Несмотря на то, что количество водяного пара в атмосфере сравнительно невелико (около 1%), роль его в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество теплоты, и наоборот, испарение воды сопровождается поглощением теплоты.

1. Цель опыта : пронаблюдать выделение воды из стебля герани, которая поглощается корнем растения из почвы.

Подготовка : для проведения опыта используем: растение герань со срезанным стеблем, прозрачную трубочку.

Опыт .

На срезанный стебель герани плотно надеваем прозрачную трубочку, наливаем немного воды в трубочку, отмечаем уровень воды красной линией, через некоторое время наблюдаем как уровень жидкости в трубочке повышается, отмечаем новый уровень синей линией.

Вывод .

Стебель выделяет жидкость, которая поступает в растение из почвы через корень. В корне и стебле имеются проводящая система, по которой вода поднимается по корню и стеблю.

2. Цель опыта : пронаблюдать, поступает ли вода по стеблю в лепестки цветка.

Подготовка: для проведения опыта используем срезанные цветки белой хризантемы, воду, окрашенную пищевым красителем, прозрачную емкость для цветков.

В окрашенную воду ставим срезанные цветки белой хризантемы. Через несколько часов наблюдаем на лепестках явно выраженные полоски того же цвета, что и используемый краситель.

Вывод.

Вода по стеблю поднимается в лепестки хризантемы. Лепестки,как и стебель имеют проводящую воду систему.

3 . Цел ь: узнать, поступает вода в листья из стебля растения? Могут листья испарять воду?

Подготовка : для проведения опыта используем растение герань, полиэтиленовый пакет, электролампу, скотч.

Опыт: лист растения герани помещаем внутрь полиэтиленового пакета, обматываем вокруг черешка листа скотчем для герметичности. Электролампу включаем и направляем на лист, чтобы повысить температуру внутри пакета и усилить испарение. Через несколько часов наблюдаем капельки влаги внутри пакета.

Вывод.

Вода из стебля движется в лист герани и затем испаряется. Лист растения имеет проводящую воду систему.

4 . Цель: исследовать влияние зеленых растений на влажность.

Подготовка: для проведения опыта используем растения герани в горшках, куски полиэтилена, прибор для измерения влажности - гигрометр.

Опыт: измеряем в комнате влажность гигрометром, затем вокруг гигрометра устанавливаем горшки с геранью в которых почва предварительно закрыта полиэтиленом,чтобы испарение воды с поверхности почвы не влияло на показания влажности. Через час снова замечаем показание гигрометра.

Влажность без растений - 50%

Влажность возле растений - 60%

Вывод . Растения повышают влажность воздуха.

Заключение

В работе рассмотрено движение воды через органы растений, испарение влаги листьями растения.

Измерена влажность воздуха в помещении и влияние на влажность зеленых растений.

Изучена литература о роли влаги и водяного пара в жизни всего живого.

Рассмотрена роль растений как источника пресной воды из выделенного ими водяного пара. Например, подсолнечник испаряет в день до 4 стаканов воды, береза - до 6 ведер, а старое дерево бука - до 10 ведер. Эксперименты по получению воды из атмосферы проводятся во многих районах мира. В 22 странах на 5 континентах сбор воды данным методом подтвержден экспериментально. Возможно, принудительная конденсация воды из воздуха в приземном слое могла бы со временем решить проблему водоснабжения во многих регионах, страдающих от нехватки пресной воды.

Растения - это уникальные природные системы, позволяющие проводить водный обмен почвы и воздуха, помогающие сохранять и поддерживать влажность воздуха в атмосфере, что имеет одно из главных значений для поддержания жизни на планете.

Необходимо защищать леса от вырубки.

Дома нужно держать комнатные растения для увлажнения воздуха.

Растения могут помочь людям восполнить недостаток пресной воды.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Общее описание царства растений, характеристика их органов: корень, лист, побег, цветок, плод и семя. Отличительные черты водорослей, лишайников, мхов, хвощей, папоротников, голосеменных и покрытосеменных растений, их роль в природных сообществах.

шпаргалка , добавлен 15.03.2011


Изучение вегетативных органов растений. Их видоизменения (колючка, усик, клубни, луковицы), функции и строение. Цветки и соцветия - генеративные органы растения. Описание процесса опыления и оплодотворения растений. Распространение плодов и семян.

реферат , добавлен 29.06.2010


Изучение роли воды в жизни растений. Морфоанотомические основы поглощения и движения воды. Основные двигатели водного тока. Передвижение воды по растению. Строение корневой системы. Транспирация: физиологические механизмы. Адаптация к дефициту воды.

курсовая работа , добавлен 12.01.2015


Основной план строения тела растения и место корня в системе его органов. Особенности строения корня и корневой системы высших растений. Функции коры и ризодермы. Метаморфозы корней, симбиозы с грибницами: эктомикориза и эндомикориза. Значение корня.

реферат , добавлен 18.02.2012


Стебель - удлинённый побег высших растений, служащий механической осью, выполняющий роль производящей и опорной базы для листьев, почек, цветков. Определение строения древесного стебля расположением проводящих пучков. Изучение основ стелярной теории.

презентация , добавлен 30.01.2015


Фитоморфология как наука. Стебель и побег, их роль для растений. Классификация и значение выделительных тканей цветков. Сущность эмбриогенеза растений. Основные типы ветвлений. Виды млечников и устройство смоляных ходов. Форма и строение нектарников.

лекция , добавлен 02.06.2009


Клеточная оболочка, её структура, физические и химические свойства. Характеристика анатомического строения стебля однодольного и двудольного растения, корня первичного строения. Понятие о биосфере, экосистеме и среде обитания. Строение сложного листа.

контрольная работа , добавлен 13.05.2014


История реактивного движения. Анализ принципа передвижения осьминогов, кальмаров, каракатиц, медуз, которые используют для плавания реакцию выбрасываемой струи воды. Исследование строения тела, стадий вылупления и реактивного движения личинки стрекозы.

презентация , добавлен 22.10.2014


Структура и свойства воды. Особенности прорастания семян в случае использования талой воды. Метод приготовления талой воды. Сравнительный анализ влияния талой, тяжелой воды и остаточного солевого раствора на прорастание семян и развитие побегов пшеницы.

курсовая работа , добавлен 18.01.2016


Исследование основных жизненных форм растений. Описание тела низших растений. Характеристика функций вегетативных и генеративных органов. Группы растительных тканей. Морфология и физиология корня. Видоизменения листа. Строение почек. Ветвление побегов.

Высшее растение расчленено на органы, которые выполняют разные функции, но имеют много общих свойств, в числе которых можно назвать необходимость питательных, веществ и воды для протекания физиологических процессов. Так как вода поглощается не всеми органами, а в основном корневой системой, возникает необходимость ее передвижения по растению. Этот процесс составляет так называемый восходящий ток. Следует отметить, что это название отражает не направление, а характер передвижения и его локализацию в растении. Он проходит главным образом по мертвым тканям стебля или черешка - сосудам или трахеям у покрытосеменных растений и трахеидам у голосеменных. Однако эта локализация не абсолютна: вода способна перемещаться и по другим анатомическим элементам, например по флоэмной системе.

Вода с растворенным и в ней минеральным и веществами поднимается по сосудам древесины.

Если принять во внимание всю протяженность пути восходящего тока, то его можно будет разбить на два не равных по длине участка.

1. Мертвые гистологические элементы в середине проводящего пути сосуды или трахеиды. Протяженность этого участка значительна, но вода проходит по нему сравнительно легко, так как двигается пассивно по мертвым элементам, не испытывая с их стороны значительного сопротивления.

2. Живые клетки корня и листа, находящиеся в начале и в конце пути передвижения. Этот путь пространственно короток, но преодолевается он с большим трудом, так как клеточные мембраны препятствуют передвижению воды.

Передвижение воды в восходящем токе имеет важное значение в жизни растения. Этот ток снабжает водой все органы и ткани, приводя их в состояние тургора. Восходящий ток воды захватывает минеральные ионы, поглощенные корнем, переносит их и тем самым облегчает распределение (но не поглощение!) по растению.

Для того чтобы вода двигалась по растению (и не просто двигалась, а поднималась вверх), необходимы затраты некоторого количества энергии, точки приложения которой располагаются по концам тока, вследствие чего они получили название концевых двигателей.

Нижний концевой двигатель, или корневое давление. Его роль проявляется в основном при активном поглощении - нагнетании воды. При участии сократительных белков он не только подает воду в корневую систему, но и проталкивает ее дальше в сосуды корня и вверх по стеблю. Нагнетание воды

Активный энергозависимый процесс, который сильнее всего выражен в коре корня. Сила, развиваемая концевым двигателем, невелика (около 0,15 МПа), она может обеспечить подъем воды на высоту не более одного метра, т. е. достаточна для травянистых растений и небольших кустарников.

Симпласт - это система взаимосвязанных протопластов растения. Протопласты соседних клеток соединяются между собой плазмодесмами - цитоплазматическими тяжами, проходящими через поры в клеточных стенках. Вода с любыми растворенными в ней веществами, попав в протопласт одной клетки, может двигаться дальше по симпласту, не пересекая никаких мембран. Это движение иногда облегчается благодаря упорядоченному току цитоплазмы.

Апопласт - это система соприкасающихся клеточных стенок, образующая непрерывную сеть по всему растению. До 50% такого целлюлозного каркаса представляет собой как бы « свободное пространство», которое может быть занято водой. При ее испарении в межклетники с поверхности клеток мезофилла в непрерывном апопластном слое воды возникает натяжение, и весь он по механизму объемного потока подтягивается к месту убывания благодаря когезии (« сцеплению») водных молекул. В апопласт вода поступает из ксилемы.

Верхний концевой двигатель, или присасывающая сила транспирации. При постоянном испарении воды в листьях растений разбивается сосущая сила (1 - 1,5 МПа), отсасывающая воду от ближайших клеток и передающаяся последующим клеткам, по которым передвигается вода, вплоть до сосудов. В сосудах нет цитоплазмы, поэтому нет и осмотического давления, и всасывание жидкости происходит при участии всей величины сосущей силы. Она позволяет поднять воду на несколько метров, действуя подобно гидравлическому насосу. Этой силы достаточно для обеспечения водой кустарников и сравнительно небольших деревьев.

Поднятие воды по стволу дерева

Концевые двигатели могут поднять воду на высоту до 10 м. Но многие древесные растения имеют гораздо большую протяженность ствола, и тогда оба концевых двигателя не могут обеспечить подъем воды. У таких растений на помощь приходят силы сцепления между молекулами воды, которые очень велики и могут достигать 30 - 35 МПа. Этой силы достаточно для того, чтобы поднять воду на 1 - 2 км, что значительно превышает высоту любого дерева.

Силы сцепления молекул воды действуют только при определенных условиях: водные струи в сосудах должны идти непрерывно, без пузырьков воздуха. Если же в них попадает воздух, что возможно при их поранении или перерезке, передвижение воды прерывается. Этим объясняется завядание побегов древесных растений с листьями и цветками (например сирени), когда их после срезания помещают в воду не сразу, а спустя некоторое время.

Вода движется в растении по градиенту водного потенциала. Вода, поглощенная корневыми волосками и другими клетками эпидермиса, из клеток внешней части корня перемещается к ксилеме, занимающей центральную часть корня (рис. 6.8). Главным путем диффузии воды во внешней части корня служит апопласт - непрерывная совокупность клеточных стенок. Однако в эндодерме (цилиндрическом слое клеток, окружающем проводящую ткань) свободная диффузия по клеточным стенкам наталкивается на преграду - водонепроницаемый пробковый слой пояска Каспари. Вода должна изменить здесь свой путь и пройти сквозь мембрану и протопласт клеток эндодермы, играющей, таким образом, роль осмотического барьера между корой корня и его центральным цилиндром. У однодольных пробковеют также и внутренние тангенциальные стенки клеток, но эти стенки пронизаны порами, по которым, как по каналам, может проходить вода.

По ксилеме вода поднимается в надземные части растения. Ксилема состоит из нескольких типов клеток. Вода движется в ней главным образом по сосудам и трахеидам (рис. 2.6 и 6.9). И те и другие клетки прекрасно приспособлены для этой цели: они вытянуты в длину, лишены живого содержимого и внутри полые, т. е. это как бы трубки для воды. Одревесневшие вторичные клеточные стенки достаточно прочны на разрыв, чтобы выдерживать огромную разность давлений, возникающую при подъеме воды к вершинам высоких деревьев. Торцевые, а иногда и боковые стенки члеников сосудов перфорированы; сосуды, состоящие из соединенных конец в конец члеников, образуют длинные трубки, по которым легко проходит вода с растворенными в ней минеральными веществами. В трахеидах нет перфораций, и вода, для того чтобы попасть из одной трахеиды в другую, должна пройти через их торцевые стенки; однако трахеиды - очень длинные клетки, а потому и эта конструкция достаточно хорошо приспособлена для проведения воды. У цветковых растений есть и сосуды, и трахеиды; у более при-митивных форм сосудов, как правило, нет.

Листовые жилки, состоящие из тяжей ксилемы и флоэмы, образуют в листе настолько густую сеть, что любая его клетка оказывается достаточно близко от источника воды (рис. 3.9). Из ксилемы вода диффундирует в стенки клеток мезофилла. Таким образом, вода в жидкой фазе заполняет весь путь от почвы - через корень и стебель - до клеток мезофилла в листе. Суммарный поток воды направлен всегда в сторону меньшего водного потенциала, т. е. ψ максимален в почве, несколько ниже в клетках корня и самый низкий в клетках, примыкающих к эпидермимису листа. Малая величина ψ в этих последних клетках объясняется главным образом испарением воды с поверхности листа, т. е. транспирацией (которой посвящен следующий раздел). Табл. 6.2 дает представление о градиентах, обусловливающих движение воды в растении от ее поступления из почвы до испарения в атмосферу.

Таблица 6.2 Примерные значения водного потенциала (ψ) и разности водных потенциалов (Δψ) для гипотетической системы почва - растение - воздух. [Предполагаемые условия - сравнительно небольшое дерево, хорошо увлажненная почва, относительная влажность воздуха около 50% при 22 °С (ψ=-1000 бар) 1)]

( 1) R. G. S. Bidwell. 1974. Plant Physiology, New York, Macmillan. )

Вода переходит из растения в окружающий воздух главным образом в парообразном состоянии. В мезофилле листа имеются обширные межклеточные пространства, и каждая клетка мезофилла хотя бы одной своей стороной граничит с таким межклетником. Вследствие испарения воды с влажных клеточных стенок воздух в межклетниках насыщен водяными парами, и часть этих паров теряется - выходит наружу. Поскольку у большинства растений клетки эпидермиса покрыты воскообразной водонепроницаемой кутикулой, водяные пары выходят из листа в атмосферу главным образом через устьица (рис. 6.10).

Вода, поступившая в клетки корня под влиянием разности водных потенциалов, которые возникают благодаря транспирации и корневого давления, передвигается до проводящих элементов ксилемы. Согласно современным представлениям, вода в корневой системе может перемещаться в радиальном направлении тремя путями: апопластическим, симпластическим, трансмембранным.

При транспорте по апопласту вода передвигается по клеточным стенкам, не проходя через мембраны.

При симпластном транспорте вода проникает в клетку через полупроницаемую мембрану и далее перемещается по протопластам клеток, которые соединœены между собой многочисленными плазмодесмами.

При трансмембранном транспорте вода перетекает через клетки и при этом проходит, по крайней мере, две плазматические мембраны.

Передвижение воды по коре корня идет главным образом по апопласту, где она встречает меньшее сопротивление, и лишь частично по симпласту.

Апопластный путь прерывается в эндодерме в связи с наличием поясков Каспари. Вместе с тем в апикальной части суберинизация отсутствует, в связи с этим вода легко проникает через эндодерму. Вместе с тем, в суберинизированных частях корня вода может проходить через пропускные клетки.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, мы имеем дело как бы с осмометром, у которого полупроницаемая мембрана расположена в клетках эндодермы. Вода устремляется через эту мембрану в сторону меньшего (более отрицательного) водного потенциала. Далее вода поступает в сосуды ксилемы. Согласно гипотезе Крафтса, это следствие выброса солей в сосуды ксилемы, благодаря чему там создается повышенная их концентрация, и водный потенциал становится более отрицательным. Предполагается, что в результате активного поступления соли накапливаются в клетках корня. При этом интенсивность дыхания в клетках, окружающих сосуды ксилемы (перицикл), очень низкая, и они не удерживают соли, которые благодаря этому десорбируются в сосуды. Транспорт воды в корне зависит от интенсивности процесса дыхания.

При помещении растений в условия, тормозящие дыхание корней (низкая температура, анаэробиоз или наличие дыхательных ядов), они транспортируют меньше воды. Предполагают, что это должна быть связано с инактивированием аквапоринов. Торможение транспорта воды в корнях в аэробных условиях, возможно, объясняет факт завядания растений в переувлажненной почве. Дальнейшее передвижение воды идет по сосудистой системе корня, стебля и листа. Проводящие элементы ксилемы состоят из сосудов и трахеид. Опыты с кольцеванием показали, что восходящий ток воды по растению движется в основном по ксилеме. В проводящих элементах ксилемы вода встречает незначительное сопротивление, что, естественно, облегчает передвижение воды на большие расстояния. Правда, неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ количество воды передвигается и вне сосудистой системы. При этом по сравнению с ксилемой сопротивление движению воды других тканей значительно больше. Это приводит к тому, что вне ксилемы движется всœего от 1 до 10% общего потока воды.

Из сосудов стебля вода попадает в сосуды листа. Вода движется из стебля через черешок или листовое влагалище в лист. В листовой пластинке водопроводящие сосуды расположены в жилках. Жилки, постепенно разветвляясь, становятся всœе более мелкими. Чем гуще сеть жилок, тем меньшее сопротивление встречает вода при передвижении к клеткам мезофилла листа. Именно в связи с этим густота жилкования листа считается одним из важнейших признаков ксероморфной структуры - отличительной чертой растений, устойчивых к засухе.

Вода передвигается от клетки к клетке благодаря градиенту водного потенциала. Передвижение воды от клетки к клетке в листовой паренхиме идет не по симпласту, а в основном по клеточным стенкам, где сопротивление значительно меньше.

По сосудам вода движется благодаря создающемуся в силу транспирации гра­диенту водного потенциала, градиенту свободной энергии (от системы с большей свободой энергии к системе с меньшей).

При этом получены экспериментальные данные, которые не позволяют рассматривать силу транспирации как единственную, обуславливающую восходящий ток воды по растению. Так, показано, что восходящий ток воды может осуществляться и при отсутствии транспирации. К этому же выводу приводят опыты, показывающие ритмическое секретирование устьичными клетками жидкой воды, а также зависимость передвижения воды от эндогенной энергии, по­ставляемых процессом дыхания. Это позволяет считать, что движущая сила транспорта воды в растении является суммой двух весьма различных по своей природе составляющих, условно названных метаболической и осмотической

Осмотическая составляющая представлена в корнях сугубо осмотическими явлениями, в стебле и листьях - гидростатической тягой, создаваемой градиентом водного потенциала в системе почва - растение - атмосфера.

Выделœение воды вызывает падение тургора и водного потенциала в целом, создавая предпосылку для поглощения следующей порции воды, вновь приводящего к возрастанию водного потенциала вплоть до того, что он из отрицательного становится положительным. После этого происходит новое сокращение. Именно фаза сокращения происходит с участием контрактильных систем и требует затраты энергии. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, вода поглощается и выделяется по градиенту водного потенциала, а не против него, ᴛ.ᴇ. согласно данной схеме, транспорт воды в термодинамическом понимании является пассивным.

Возникающие за счёт ритмической деятельности внутриклеточного сократительного аппарата микроколебания гидростатического давления паренхимных клеток являются механизмом, создающим локальные градиенты водного потенциала на пути водного тока и тем самым регулирующим скорость этого тока. Именно благодаря этому формируется метаболическая составляющая движущей силы транспорта воды в растении, играющая решающую роль в общей системе эндогенной регуляции. Под влиянием ингибиторов контрактильных систем или окислительного фосфорилирования (т. е. при нарушении энерго­снабжения) противофазность исчезает, автоколебания затухают и транспорт воды тормозится.

Степень натяжения водных нитей в сосудах зависит от соотношения процессов поглощения и испарения воды. Все это позволяет растительному организму поддерживать единую водную систему и не обязательно восполнять каждую каплю испаряемой воды. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, при нормальном водоснабжении создается непрерывность воды в системе почва - растение - атмосфера. В том случае, в случае если в отдельные членики сосудов попадает воздух (эмболия), они выключаются из общего тока проведения воды.

Поступление воды в растение и передвижение её по растению. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Поступление воды в растение и передвижение её по растению." 2017, 2018.