Растения поглощают воду всей поверхностью тела

7. Влажность. Роль влажности в жизни организмов.

Протекание всех биохимических процессов в клетках и нор­мальное функционирование организма в целом возможны только при достаточном обеспечении его водой — необходимым услови­ем жизни. Поддержание водного баланса имеет ог­ромное значе­ние для всех живых организмов.

Дефицит влаги — одна из наиболее существенных особенностей наземно-воздушной среды жизни. Вся эволюция наземных орга­низмов шла под знаком приспособления к добыванию и сохране­нию влаги. Режимы влажности среды на суше очень разнообраз­ны— от полного и постоянного насыщения воздуха водяными па­рами в некоторых районах тропиков до практически полного их отсутствия в сухом воздухе пустынь. Велика также суточная и се­зонная изменчивость содержания водяных паров в атмосфере. Водообеспечение наземных организмов зависит также от режима вы­падения осадков, наличия водоемов, запасов почвенной влаги, бли­зости грунтовых вод и т. п. Это привело к развитию у наземных организмов множества адаптации к различным режимам водообеспечения, которые уже обсуждались выше. Экология видов, сущест­вующих в атмосфере, насыщенной водяными парами, близка к экологии гидробионтов. Ксерофильность растений и животных свой­ственна только наземно-воздушной среде.

Проблемы водообеспечения особенно важны для обитателей суши. Особенности поддержания водного баланса зависят от то­го, в какой экологической обстановке они обитают, какой об­раз жизни ведут, насколько могут использовать различные ис­точники влаги и задерживать воду в теле. Низшие водные растения поглощают воду всей поверхностью тела.

Низшие на­земные растения из влажного субстрата погло­щают воду погруженными в него частями таллома, а влагу дож­дя, росы и ту­мана — всей поверхностью. В максимально набух­шем состоянии лишайники содержат в 2—3 раза больше воды, чем сухого вещества.

Среди высших наземных растений мохообразные поглощают во­ду из почвы ризоидами, а большинство других — кор­нями, спе­циализированными органами, всасывающими воду. В клетках корня развивается сосущая сила чаще всего в не­сколько атмос­фер, но этого достаточно для извлечения из почвы большей части связанной воды. Лесные деревья умеренной зоны развивают сосущую силу корней около 30 атм, некоторые травянистые растения (земляника лесная, медуница неясная) — до 20 и даже свыше 40 атм (смолка обыкновенная); растения сухих областей — до 60 атм.

Когда в непосредственной близости от корней запасы воды в почве истощаются, корни увеличивают активную по­верхность путем роста, так что корневая система растений постоянно находится в движении. У степных и пустынных расте­ний часто можно видеть эфемерные корни, быстро вырастающие в периоды увлажнения почвы, а с наступлением засушли­вого периода засы­хающие.

По типу ветвления различают корневые системы экстенсив­ные и интенсивные. Экстенсивная корневая система охва­тывает большой объем почвы, но сравнительно слабо ветвится, так что почва пронизана корнями негусто. Таковы корневые системы у многих степных и пустынных растений (саксаула, верблюжьей колючки), у деревьев умеренной полосы (сосны обыкновенной, березы повислой), а из трав у люцерны серповидной, василька шероховатого и др.

Интенсивная корневая система охватывает небольшой объем почвы, но густо пронизывает ее многочисленными сильно вет­вящимися корнями, как, например, у степных дерновинных зла­ков (ковылей, типчака и др.), у ржи, пшеницы. Ме­жду этими типами корневых систем есть переходные.

Корневые системы очень пластичны и резко реагируют на изменение условий, в первую очередь увлажнения. При не­достат­ке влаги корневая система делается экстенсивнее. Так, при вы­ращивании ржи в разных условиях общая длина корней (без кор­невых волосков) в 1000 см 3 почвы варьирует от 90 м до 13 км, а поверхность корневых волосков может увеличиться в 400 раз.

Всасывание воды корнями затруднено при большой сухости почвы, засолении или сильной кислотности, при низкой темпе­ратуре. Например, ясень обыкновенный при температуре почвы 0 °С поглощает воды в 3 раза меньше, чем при +20…+ 30°С. Способность поглощать воду при той или иной температуре за­висит от приспособленности растений к тепловому режиму почв в местах их произрастания. Виды с ранним началом развития, как правило, могут всасывать воду корнями при более низкой температуре, чем развивающиеся позднее. Тундровые растения и некоторые деревья, растущие на почвах с подстилающей их вечной мерзлотой, могут поглощать воду при температуре поч­вы 0 °С.

У высших растений есть и дополнительные пути поступле­ния воды в тело. Мхи могут поглощать воду всей поверхностью, как и лишайники. Особенно много воды впитывают такие мхи, как кукушкин лен, виды сфагнума, чему спо­собствует строение их листьев и побегов. При полном насыщении сфагновые мхи со­держат в своем теле в десятки раз больше воды, чем в воздуш­но-сухом состоянии. Семена поглощают воду из почвы. Из воз­духа, насыщенного водяными па­рами, в дождевом тропическом лесу поглощают воду многие эпифиты, например папоротник гименофиллум — тонкими ли­стьями, многие орхидеи — воздуш­ными корнями. В чашевидных влагалищах листьев многих зон­тичных скапливается вода, которая постепенно всасывается эпи­дермисом. Виды из рода тилляндсия (бромелиевые) существуют в пустыне Атакама практически исключительно за счет влаги тума­нов и росы, которую впитывают чешуевидные волоски на листьях.

Поступившая в растение вода транспортируется от клетки к клетке (ближний транспорт) и по ксилеме во все органы, где расходуется на жизненные процессы (дальний транспорт). Не более 0,5% воды идет на фотосинтез, а остальная — на воспол­нение испарения и поддержание тургора. Вода испаряется со всех поверхностей, как внутренних, так и наружных, со­прика­сающихся с воздухом. Различают устьичную, кутикулярную и пе-ридермальную трапепирацию.

Через устьица транспирируется влага, испарившаяся с по­верхности клеток внутри органов. Это основной путь расходо­вания воды растением. Кутикулярная транспирация составляет менее 10% от свободного испарения; у вечнозеленых хвойных пород она сокращается до 0,5%, а у кактусов даже до 0,05%. Относительно велика кутикулярная транспирация мо­лодых раз­вертывающихся листьев. Перидермальная транспирация обычно незначительна. Интенсивность общей транспира­ции повышается с увеличением освещенности, температуры, сухости воздуха и при ветре.

Водный баланс остается уравновешенным в том случае, если поглощение воды, ее проведение и расходование гармо­нично согласованы друг с другом. Нарушения его могут быть кратко­временными или длительными. По приспособлениям на­земных растений к кратковременным колебаниям условий водоснабжения и испарения различают пойкилогидрические и го­мойогидриче-ские виды.

У пойкилогидрических растений содержание воды в тканях непостоянно и сильно зависит от степени увлажнения ок­ружаю­щей среды. Они не могут регулировать трапепирацию и легко и быстро теряют и поглощают воду, используя влагу росы, тума­нов, кратковременных дождей, в сухом состоянии находятся в анабиозе. Способны обитать там, где короткие пе­риоды увлаж­нения чередуются с длительными периодами сухости.

Пойкилогидричность свойственна сине-зеленым водорослям, зеленым водорослям из порядка протококковых, некото­рым гри­бам, лишайникам, а также ряду высших растений: многим мхам, некоторым папоротникам и даже отдельным цвет­ковым, по-ви­димому вторично перешедшим к пойкилогидрическому образу жизни. Таков, например, южноафриканский кус­тарник Myrotham-nus flabellifolia (розоцветные).

В мелких клетках таллома большинства низших растений нет центральной вакуоли, поэтому при высыхании они рав­номерно сжимаются без необратимых изменений улътраструктуры прото­пласта. Сине-зеленые водоросли, вегетирующие на поверхности почвы в пустыне, высыхая, превращаются в темную корочку. От редких дождей их слизистая масса набухает и нитчатые тела начинают вегетировать. Мхи, растущие на сухих скалах, стволах деревьев или на поверхности почвы лугов и степей (роды Thuidium, Tortula и др.), также могут сильно высыхать, не те­ряя жизнеспособности.

Пойкилогидричны пыльце­вые зерна и зародыши в семенах растений.

Гомойогидрические растения способны поддерживать относи­тельное постоянство обводненности тканей. К ним отно­сят боль­шинство высших наземных растений. Для них характерна круп­ная центральная вакуоль в клетках. Благодаря этому клетка всегда имеет запас воды и не так сильно зависит от изменчивых внешних условий. Кроме того, побеги покрыты с по­верхности эпидермисом с малопроницаемой для воды кутикулой, транспирация регулируется устьичным аппаратом, а хо­рошо развитая корневая система во время вегетации может непрерывно погло­щать влагу из почвы. Однако способности го­мойогидрических растений регулировать свой водный обмен различны. Среди них выделяют разные по экологии группы.

Источник

Как растения поглощают воду: ученые смогли разглядеть весь процесс

Вода окружает нас буквально везде. Это главный ресурс, который необходим всему живому. Когда-то она стала местом, где зародилась жизнь. И животные, и растения — все возвращаются к ней. Нам она нужна для того, чтобы наши организмы нормально функционировали. Однако если то, как пьет воду человек, мы знаем по самим себе, как употребляют ее животные — нетрудно догадаться, то вот в отношении тех же растений все не так однозначно. Они ведь пьют воду, не так ли?

Удивительное рядом

Как ни странно, но ученые до этого момента не видели, каким именно образом растения поглощают воду. Очевидно, что травы и деревья это делают, и мы даже делились в нашей статье информацией о том, что именно высокая влажность ответственна за их рост. То есть жидкость присутствует во всех уравнениях, но как это происходит, догадаться было трудно, ведь в отличие от нас у растений нет рта. Процесс явно происходит на других уровнях, недоступных нам.

И ученые из Ноттингемского университета создали свой метод визуализации, который позволяет посмотреть внутрь клеток, не создавая угрозы для них. Основная задача — понять, как вода попадает в растения, как распространяется внутри и что она там делает. Не является ли она аналогом крови в их организмах, ведь именно она переносит все полезные элементы? Давайте разбираться.

Что сделали ученые

Их визуализации строилась на изучении того, как фотоны рассеиваются от узкого лазерного луча. Само рассеивание имеет свои особенности и параметры, и если взять какую-нибудь выделяющуюся на фоне других молекулу, то можно проследить ее путь. Поэтому ученые вместо того, чтобы запустить обычную воду, задействовали молекулы дейтерия. Это та же вода, но из разряда тяжелых, которая не несет в себе опасности в малых количествах и усваивается организмом.

Ученые поили растения разной водой, а затем наблюдали за процессом через оптические приборы, следуя за тем, как движется вода по организму. Как выяснилось, всасывают ее именно корни, она пролетает по ним, однако другие ткани совершенно не приспособлены для питья. Так как процесс был очень трудоемким, ученые смогли проследить только один путь. Они видели, как вода поднимается по организму, и предположили, что сначала она подается наверх и только потом идет дальше, распределяясь в других частях тела растения, после чего движется вниз. Практически как и в нашем организме.

Данное исследование позволяет ученым по-новому взглянуть на то, каким же образом можно поить растения. Сейчас они собираются изучать и другие факторы. Эта работа определенно будет полезна в мире, где главными проблемами являются засуха и глобальное потепление, снова и снова разогревающие планету. Как показывает практика, сейчас нам как никогда требуются инновационные способы питания растений, более эффективные, чем те, что были раньше. Особенно с учетом того, что воды в обозримом будущем может не хватать даже людям. Что и говорить, но даже такие мощные ресурсы, как Каспийское море, прошло точку невозврата. О том, что с ним происходит, можно прочитать в нашей статье.

Присоединяйся к нашему сообществу в телеграмме, нас уже более 1 млн человек 😍

Источник