Механизмы регуляции водного баланса растениями

Раздел 3. Водный режим растений Лекция 3. Водный режим растений. Функции и формы воды в растениях.

Вода является одной из главных составных частей растений. Ее содержание неодинаково в разных органах растения (так, в листьях салата она составляет 95 %, а в сухих семенах — не более 10 % от массы ткани) и зависит от условий внешней среды, вида и возраста растения. Для своего нормального существования растение должно содержать определенное количество воды, в среднем 75-80 % массы растительной ткани.

Функции воды: 1 — среда, в которой протекают процессы обмена веществ; 2 — субстрат и продукт биохимических процессов (реакции гидролиза, окислительно-восстановительные реакции); 3 — источник кислорода, выделяемого при фотосинтезе, и водорода, используемого для восстановления углекислого газа; 4 — поддерживает конформацию молекул белка; 5 — обеспечивает устойчивость структур цитоплазмы и оболочки клеток в упругом состоянии; 6- обеспечивает «тургорные» движения частей растений; 7 — осуществляет терморегуляцию растительного организма.

Свойства воды, обеспечивающие ее функции в растительной клетке: 1 — молекула воды представляет собой диполь; 2 — благодаря этому молекулы воды могут ассоциировать друг с другом, ионами и белковыми молекулами; 3 — вода участвует в поглощении и транспорте веществ, так как является хорошим растворителем, гидратные оболочки, окружающие ионы, ограничивают их взаимодействие; .4 — вода обладает высокой теплоемкостью — 1кал/град, что позволяет растению воспринимать изменения температуры окружающей среды в смягченном виде, испарение воды растениями — транспирация служит основным средством терморегуляции у растений.

Формы воды в клетке.

В клетках и тканях различают две формы воды – прочно связанную (связанную) и рыхлосвязанную (свободную).

Связанная вода. Осмотически- связанная вода – гидратирует растворенные вещества – ионы и молекулы; коллоидно-связанная вода — гидратирует коллоиды (макромолекулы); капиллярно-связанная вода – связанная со структурами клеточных стенок и сосудов за счет сил адгезии.

Связанная вода выполняет структурную функцию – поддерживая структуру коллоидов и обеспечивая функционирование ферментов, органоидов и клетки в целом. Она мало подвижна, не участвует в растворении и транспорте веществ, отличается более низкой температурой замерзания и более высокой температурой кипения, чем свободная вода.

Свободная вода обладает высокой подвижностью, является растворителем и основным транспортером веществ по растению.

Доля связанной воды в клетке составляет около 40%, доля свободной – около 60%. При недостатке влаги в первую очередь снижается доля свободной воды.

Корневая система как орган потребления воды.

Водный баланс растений складывается из поглощения, использования и потери воды. Корневая система является органом поглощения воды из почвы. Сформировавшаяся корневая система представляет собой сложный орган с хорошо дифференцированной структурой. Подсчитано, что общая поверхность корневой системы может превышать поверхность надземных органов примерно в 150 раз. Рост корня и его ветвление продолжаются в течение всей жизни растения.

Поглощение воды и питательных веществ осуществляется корневыми волосками ризодермы. Ризодерма — это однослойная ткань, покрывающая корень снаружи. У одних видов растений каждая клетка ризодермы формирует корневой волосок, у других она состоит из двух типов клеток: трихобластов, образующих корневые волоски, а атрихобластов, не способных к образованию волосков (слайд 3.2).

Из ризодермы вода попадает в клетки коры. У травянистых растений кора корня обычно представляет собой несколько слоев живых паренхимных клеток. Между клетками имеются крупные межклетники, обеспечивающие аэрацию корня. Через клетки коры возможны два пути транспорта воды и растворов минеральных солей: по симпласту и апопласту. Более быстрый транспорт воды происходит по апопласту.

Затем вода попадает в клетки эндодермы. Эндодерма — это внутренний слой клеток коры, граничащий с центральным цилиндром. Их клеточные стенки водонепроницаемы из-за отложения суберина и лигнина (пояски Каспари). Поэтому вода и соли проходят через клетки эндодермы по симпласту и транспорт воды в эндодерме замедляется. Это необходимо, так как диаметр стели (центрального цилиндра), куда попадает вода из эндодермы, меньше всасывающей поверхности корня.

Центральный цилиндр корня содержит перицикл и две системы проводящих элементов: ксилему и флоэму. Клетки перицикла представляют собой одно- или многослойную обкладку проводящих сосудов. Его клетки регулируют транспорт веществ как из наружных слоев в ксилему, так и из флоэмы в кору. Кроме того, клетки перицикла выполняют функцию образовательной ткани, способной продуцировать боковые корни. Паренхимные клетки перицикла активно транспортируют ионы в проводящие элементы ксилемы. Контакт осуществляется через поры во вторичных клеточных стенках сосудов и клеток. Между ними нет плазмодесм. Затем вода и растворенные вещества диффундируют в полость сосуда через первичную клеточную стенку. Для некоторых паренхимных клеток сосудистого пучка характерны выросты — лабиринты стенок, выстланные плазмалеммой, что значительно увеличивает ее площадь. Эти клетки активно участвуют в транспорте веществ в сосуды и обратно и называются передаточными или переходными. Они могут граничить одновременно с сосудами ксилемы и ситовидными трубками флоэмы. По сосудам флоэмы транспортируются органические вещества из надземной части растения в корни.

Источник

13.Водный баланс растений

В умеренно влажные и не слишком жаркие дни транспирация хорошо согласована с поступлением воды, оводненность тканей довольно постоянна, т.е. складывается благоприят­ный водный баланс растения. В жаркие летние дни усиление транспирации нарушает это относительное равновесие, что вы­зывает водный дефицит, достигающий даже при достаточной влажности почвы 5-10 %, а при недостатке влаги в почве — 25 %, что указывает на отрицательный характер водного баланса.

Однако регулирование транспирации небеспредельно. В жест­ких условиях жаркого летнего дня при недостатке воды в почве происходит значительное нарушение водного баланса, которое проявляется в потере тургора растением — завядании.

Первое наблюдается обычно в полуденные часы.

Различают два типа завядания растений: временное и длитель­ное.

Длительноезавядание наступает, когда в почве почти не оста­ется доступной для растения влаги.

Способность растений переносить недостаточноевлагообеспечение является комплексным свойством.

Избегание высыхания достигается благодаря морфологической, анатомической приспособленности растений к сохранению оптимальной оводненности тканей при сухости воздуха и почвы.

Регулирование водного обмена

Растение в течение своей жизни нередко испыты­вает длительный или кратковременный недостаток или избыток воды в почве. В общей системе мероприятий по повышению продуктивности растений орошение в засушливых и дренаж в водоизбыточных районах име­ют первостепенное значение.

Одна оптимизация водного режима почвы приво­дит к заметному, но все же меньшему повышению продуктивности растений, чем комплекс мероприятий.

Орошение и обводнение земель в засушливых районах сказывается на протекании физиологических процес­сов растений.

Торможение процесса транспирации под влиянием ми­неральных подкормок наблюдалось в частности у ели.

Существенная роль в регулировании водного режима растений принадлежит анmиmранспиранmам. Наибольшее распространение получили пленочные антитранспиранты — полистирол, поливинилхлорид, полиэтилен, нативный или искусственный латексы.

Обработка антитранспирантами саженцев древес­ных растений приводила вместе с другими агроприе­мами к 100 %-ной приживаемости на лесокультурной площади.

14.Особенности анатомии и морфологии листа как органа фотосинтеза

В зависимости от вида растений и условий их произрастания листья отличаются большим разнообразием. Однако можно вы­делить общие анатомические особенности, обеспечивающие воз­можность эффективного фотосинтеза.

Наличие покровной ткани — эпидермиса, защищающего лист от излишней потери воды.

Наличие специализированной фотосинтетической ткани — хлоренхимы. Основная хлорофиллоносная ткань — палисадная паренхима — расположена обычно на освещаемой части листа.

1. Наличие сильно развитой густой системы жилок — прово­дящих путей, что обеспечивает быстрый отток ассимилятов и снабжение фотосинтезирующих клеток водой и необходимыми минеральными веществами.

В зависимости от внешних условий, при которых происходят формирование и функционирование листьев, анатомическое строение их может существенно различаться.

Поглощение энергии света листьями

Лист как орган растения, приспособленный к фотосинтезу, сформировался в результате длительного эволюционного процесса. Он представляет собой эффективную систему для поглощения и преобразования энергии света в ходе фотосинтеза. Структура листа обеспечивает наиболее полное поглощение квантов света, поступление углекислого газа из атмосферы к хлоропластам, а также воз­можность оттока ассимилятов из автотрофных клеток.

Источник

16 Водный баланс и водный дефицит раст. Завядание растений.

Растение постоянно поглощает воду и так же постоянно ее расходует. Соотношение поглощения и расходования воды называется водным балансом. Он имеет различные формы: Уравновешенным водным балансом называется состояние, когда приход и расход воды количественно близки, а содержание ее в растении постоянно. Он создается при благоприятных для растения условиях — в умеренно влажные и теплые дни при влажной почве. Неуравновешенный водный баланс характеризуется состоянием, когда приход и расход воды не равны. Обычно преобладает расход влаги и содержание воды изменяется в сторону уменьшения. Это наблюдается при неблагоприятных для растения условиях — в жаркую сухую погоду и при сухой почве, когда в растениях образуется недостаток воды, или водный дефицит. Водный баланс растения имеет внешнюю и внутреннюю регулировку. Внешняя — это изменение условий увлажнения. При достаточном количестве воды в среде обитания (в почве) водный баланс будет уравновешенным, а при недостаточном — неуравновешенным. Внутренняя физиологическая регулировка заключается в изменении содержания воды при перемене физиол. состояния растения. Примером этого может служить колебание тургора сочленений листа и выброс воды у мимозы при раздражении, что является результатом деятельности сократительных белков.

Водный дефицит и завядание растений

При нормальном водоснабжении утром растения находятся в состоянии полного насыщения водой, или полного тургора. По мере усиления транспирации вода даже при влажной почве не успевает поступать в растение, и содержание ее падает. Возникает водный дефицит, т. е. недостаток воды в растении. В предвечернее время, когда транспирация уменьшается, содержание воды в растении вновь увеличивается и водный дефицит исчезает. Такой водный дефицит, продолжающийся в растении в течение нескольких дневных часов, называется полуденным. Он не оказывает вреда, если не превышает 20 %. Если же погода очень жаркая, а транспирация сильная, водный дефицит может возрасти до 30 — 50 %, что для растений уже вредно. При таком водном дефиците останавливается рост, замедляется фотосинтез и накопление орг. в-в в урожае не происходит. При недостатке воды в почве (почвенная засуха) ее содержание в растении к следующему утру не восстанавливается, так как растению ее негде взять. Уже через сутки в растении обнаруживается некоторый водный дефицит, к-ый может увеличиваться день ото дня и наблюдается до тех пор, пока в почву не поступит вода. Такой дефицит называют остаточным. Он часто приводит растение к повреждению или гибели. При недостатке воды клетки растения могут перейти в состояние плазмолиза. Это явление носит название за-вядания. Завядание бывает временным — при очень сильном полуденном водном дефиците, когда оно продолжается несколько часов и затем проходит. Но при остаточном водном дефиците отмечается длительное завядание, которое продолжается в течение нескольких дней. Степень завядания зависит от величины водного дефицита. У светолюбивых растений завядание происходит при водном дефиците, равном 30 %, а тенелюбивые завядают уже при потере воды в 3 %. Основной причиной этих различий служат особенности анатомического строения тех и других растений. Так, светолюбивые имеют мелкие клетки с толстыми оболочками; у них хорошо развиты механические ткани. Эти особенности позволяют поддерживать расположение в пространстве даже при значительной потере воды. У тенелюбивых растений противоположные черты анатомического строения, поэтому при незначительной потере воды их органы завядают.

Источник