Передвижение воды по проводящей системе растений до листьев. Скорость передвижения. Условия поддержания непрерывного водного тока.
Транспорт веществ в тканях одного органа называется ближним, а между органами – дальним. Ближний транспорт идет по неспециализированным тканям, для дальнего – имеются специальные ткани – проводящие.
Основная масса воды двигается вверх по растению: из корней в листья (восходящий ток); небольшая часть — вниз (нисходящий ток). Восходящий ток идет по сосудам (90 %) и ситовидным трубкам, а нисходящий — только по ситовидным трубкам.
Вода, поступившая в клетки корня под влиянием разности водных потенциалов, которые возникают благодаря транспирации и корневого давления, передвигаются до проводящих элементов ксилемы. Вода в корневой системе может передвигаться 3 путями: апопластическим, симпластическим, трансмембранным. В 1932г. Э. Мюнх высказал мнение о существовании 2х независимых друг от друга объемов, по которым передвигается вода – апопласта и симпласта. При транспорте по апопласту вода передвигается по клеточным стенкам, не проходя через мембраны. При симпластном транспорте вода проникает в клетку через полупроницаемые мембраны и далее перемещается по протопластам клеток, которые соединены между собой многочисленными плазмадесмами. При трансмембранном транспорте вода перетекает через клетки и при этом проходит,2 плазматические мембраны.
Проводящие элементы ксилемы состоят из сосудов и трахеид. 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 все более мелкими. Чем гуще сеть жилок, тем меньшее сопротивление встречает вода при передвижении к клеткам мезофилла листа. Именно поэтому густота жилкования считается одним из важнейших признаков ксероморфных растений – устойчивых к засухе. Иногда мелких ответвлений жилок листа так много, что они подводят воду почти к каждой клетке. вся вода в клетке находится в равновесном состоянии. Вода передвигается от клетки к клетке благодаря градиенту водного потенциала. Следовательно, в листовой пластинке транспорт воды идет в основном по апопласту.
Для поступления воды нужна энергия, поэтому этот процесс зависит от скорости дыхания корней. Условия, подавляющие дыхание, резко уменьшают поступление воды. Следовательно, од ним из главных внешних факторов, обусловливающих поступление воды, является кислород. Если после сильного дождя в пониженном месте собирается много воды, то растения, произрастающие на открытом месте при сильной транспирации увядают, так как избыток воды вытесняет воздух из почвы и дыхание корней при этом подавляется.
На холодных почвах, несмотря на достаточное количество воды, растения испытывают ее недоста ток, так как при низких температурах угнетается дыхание и нару шается снабжение клеток энергией, необходимой для поглощения солей и, следовательно, поступления воды. От градиента водного потенциала в системе «почва — растение»: чем меньше концентрация почвенного раствора, тем выше его водный потенциал и тем быстрее вода поступает в корень. Зависит от дыхания корней, поглощения ими веществ из почвы, транспирации.от фотосинтеза.от роста самого растения.в процессе роста корень движется к воде, а в результа те ветвления увеличивается количество зон интенсивного поступ ления воды в корни.В постоянных условиях корни поглощают воду ночью хуже, чем днем.
Плач, как и гуттация, связан с наличием одностороннего тока воды через корневые системы, не зависящего от транспирации.
Силу, вызывающую в растении односторонний ток воды с растворенными веществами, не зависящую от процесса транспирации, называют корневым давлением. Наличие корневого давления позволяет говорить о нижнем концевом двигателе водного тока. Сила, развиваемая нижним концевым двигателем водного тока, во много раз меньше той, которая обусловливается транспирацией.
Вся вода в растении представляет единую взаимосвязанную систему. Поскольку между молекулами воды имеются силы сцепления (когезия), вода поднимается на высоту, значительно большую 10 м. Расчеты показали, что благодаря наличию сродства между молекулами воды силы сцепления достигают величины —30 бар. Это такая сила, которая позволяет поднять воду на высоту, равную 120 м, без разрыва водных нитей, что примерно составляет максимальную высоту деревьев. Силы сцепления существуют и между водой и стенками сосудов — адгезия. Стенки проводящих элементов ксилемы эластичны. В силу этих двух обстоятельств даже при недостатке воды связь между молекулами воды и стенками сосудов не нарушается.
Таким образом, при нормальном водоснабжении создается непрерывность воды в системе почва — растение — атмосфера. Скорость передвижения воды определяется разностью водных потенциалов в начале и конце пути, а также сопротивлением, которое она встречает. Было предложено распространить на этот процесс закон Ома, тогда
Где V— скорость движения воды, Ψв1 и Ψв2 — водные потенциалы, r1,r2— сопротивления. Согласно полученным данным, скорость движения воды в течение суток изменяется и в дневные часы она значительно больше. При этом разные виды растений отличаются по скорости передвижения воды.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник
Общая характеристика водообмена растений
Водный режим (водообмен) растений представляет собой совокупность ряда процессов: поглощение воды растением; проведение воды по растению; потеря воды в процессе транспирации (испарения); усвоение воды клетками.
Сравнение прихода воды и ее расхода носит название водного баланса растения. Если расход воды превышает ее приход, то в растении возникает водный дефицит.
Оводненность тканей растений выражают в процентах на общую сырую или сухую массу, причем первое более предпочтительно.
Относительное содержание воды в тканях определяется по формуле (a — b) / a ·100, где а — сырая масса; b — абсолютно сухая масса. Расчеты содержания воды на сухую массу в ряде случаев не дают желаемых результатов. Сезонные изменения влажности листьев нередко являются в большей мере следствием увеличения или уменьшения сухой массы, нежели содержания воды. Сухая масса растущего листа, например, быстро увеличивается благодаря постоянному утолщению клеточных стенок. Колебания сухой массы наблюдаются при различной интенсивности фотосинтеза, дыхания, оттока продуктов фотосинтеза и т. д.
Выражают оводненность и через водный дефицит — отношение недостатка насыщения клеток водой к количеству воды при полном насыщении. Водный дефицит рассчитывают по формуле d = (с — а) / (с — b) · 100, где d — водный дефицит, %; с — масса исследуемой ткани при полном насыщении; остальные величины идентичны тем, которые используются при расчете относительной влажности тканей.
В растениях поддерживается постоянный ток воды, обеспечивающий водой живые клетки на протяжении всей жизни растения. Жидкая фаза воды в растении непрерывна от всасывающей поверхности корней до испаряющих клеток листа. Водообмен растения сложен и многообразен. Корневая система поглощает воду из почвы, затем вода движется по растению и, наконец, теряется в атмосфере. Небольшая часть воды принимает участие в процессе гидратации и в метаболизме клеток непосредственно (фотосинтез и другие процессы).
В настоящее время при оценке водного режима в системе почва — растение — атмосфера стал использоваться термодинамический аспект системно-структурного подхода. Общее количество энергии в системе носит название внутренней или потенциальной энергии. Но в любой системе наряду с потенциальной энергией есть и так называемая свободная энергия, которая в любой момент способна осуществить ту или иную работу. Она представляет собой кинетическую энергию постоянно движущихся молекул. Свободную энергию воды называют также химическим или водным потенциалом и обозначают греческой буквой пси (Ψ).
Водный потенциал в почве измеряют специальными приборами тензиометрами; в растениях — с помощью особых камер или бомб давления, в атмосфере — по справочным таблицам. Сущность метода определения водного потенциала побега древесных растений с помощью камер давления сводится к следующему. Как известно, в ксилеме побега существует натяжение воды и при перерезании его ксилемная жидкость втягивается внутрь, образуя мениск. С помощью внешнего давления мениск жидкости в побеге можно переместить к поверхности среза. По манометру, вмонтированному в камере, отмечают давление, соответствующее этому положению жидкости. Эта величина, но с отрицательным знаком, отражает степень натяжения водных нитей в побеге до его срезания с дерева, т,е. его водный потенциал.
Самый высокий Ψ у чистой воды, условно принятый равным нулю. Водный потенциал почвы приближается к таковому при полной ее влагоемкости. В растворах по мере увеличения их концентрации он уменьшается. Если водный потенциал почвы выше, чем в растении, а в растении выше, чем в атмосфере, то вода постоянно будет перетекать из почвы в растение, а из него в атмосферу.
Рано утром при оптимальных для растений внешних условиях водный потенциал почвы равен таковому растения, а тот — водному потенциалу атмосферы. Движение воды по растению приостанавливается. Если же водный потенциал почвы ниже, чем водный потенциал растения, то вода должна, наоборот, выходить из растения наружу. Растение при продолжительном действии таких условий засыхает.
Для деревьев сосны обыкновенной таежной зоны получены следующие цифровые значения водного потенциала в системе почва — различные части растения атмосфера: почва — от — 0,1 до -0,5, корень — от -2 до -4, хвоя — от -3 до -15, атмосфера — до -1000 атм.
Как видим, наиболее резкий перепад водного потенциала наблюдается между листом и атмосферой. Здесь, очевидно, с особой силой проявляется регуляторная роль устьиц, ибо они расположены на том участке пути, по которому вода движется в виде пара. Иначе говоря, контроль за общим потоком воды в рассмотренной системе происходит в первую очередь на участке от испаряющих поверхностей в листьях до окружающего их воздуха. Повышение сопротивления водному току на любом другом участке пути окажет влияние на скорость потока только в этой зоне и не будет непосредственно воздействовать на общий водоток до тех пор, пока изменение Ψ данной зоны не достигнет значительной величины по отношению к разнице Ψ листа и Ψ атмосферы.
В определенном смысле такой термодинамический подход оправдан, так как используются одни и те же единицы измерения. Кроме того, в этом случае не обязательно измерять влажность почвы и отдельных частей растения, скорость поглощения воды, интенсивность транспирации.
Содержание воды в различных частях растений сильно варьирует в зависимости от структуры этих частей, вида, возраста растения и условий внешней среды. Наибольшее количество воды содержится в молодых листьях и сочных плодах (до 95%). Чуть меньше оводнены кончики поглощающих корней как травянистых, так и древесных растений (до 90%). Меньше всего воды содержат воздушно-сухие семена растений (6-14 %). В коре стебля наиболее обеспечена водой флоэмная часть. Влажность листьев достигает максимальных значений в начале вегетации, а к концу ее постепенно снижается.
Количество воды, аккумулированное в биомассе целого лесного насаждения, получило название водоемкости леса. Хвойные и лиственные леса средней продуктивности в возрасте 100- 200 лет содержат воды в надземной и подземной частях от 200 до 450 м 3 /га. Водоемкость достаточно хороших лугов, например в Ленинградской области, равна 40 — 60 м 3 /га.
У всходов древесных растений наибольшей оводненностью обладают корни, затем гипокотиль и эпикотиль. В меньшей степени оводнены первичные листья и семядоли. Водозапасы последних по ходу онтогенеза всходов с гипокотилярным прорастанием отличаются большей стабильностью.
Источник