2. Водный режим растений
Водный режим растений включает процессы поступления, передвижения и расхода воды. Вода поступает в растения в результате работы двух двигателей водного тока: нагнетающего действия корней и присасывающего действия транспирации листьев. Последнее передается корням в форме гидростатического напряжения, связывающего работу обоих двигателей.
2.1. Водообмен побега
Водный баланс растения определяется соотношением поглощения и выделения воды. Для того, чтобы водообмен проходил без дефицита, поступление воды не должно превышать расход.
Цель работы. Изучить особенности трех основных процессов: поступление воды в растение, передвижение воды по проводящим тканям и транспирацию.
Материалы и оборудование: 1. Побеги хвойных и лиственных растений (срезанные ветки могут храниться не более трех суток в холодном месте). 2. Банки на 100 – 200 мл. 3. Раствор эозина (0,002 – 0,003 %). 4. Корковые или бумажные пробки. 5. Парафин. 6. Кристаллизатор. 7. Скальпель. 8. Секатор. 9. Весы технические с разновесами. 10. Бумага и клей для этикеток. 11. Электроплитка. 12. Кипяченая вода.
Растения (побег) помещают в банку с определенным количеством воды. Через некоторое время по потере массы определяют количество транспирированной воды, а по убыли в банке жидкости вычисляют количество поглощенной воды. Для определения путей движения воды в нее добавляют небольшое количество краски (эозина), которая окрашивает ткани.
Работа рассчитана на два занятия. На первом осуществляется постановка, на втором – учет и анализ результатов. Каждой бригаде дается индивидуальное задание. При этом берут разные виды растений, помещают приборы в различные условия освещенности и температуры, выбирают разные варианты для изучения направления передвижения воды ( ветка в перевернутом положении, со снятыми полосками коры над уровнем жидкости, а также разными надрезами древесины).
Порядок работы
1. Выбрать побег и вариант опыта.
2. Отмерить мерным цилиндром 200 или 100 мл (в зависимости от объема сосуда) подкрашенной эозином воды и налить в банку.
3. Вставить ветку в бумажную или корковую пробку так, чтобы нижний конец не доходил до дна банки на 1 – 2 см.
4. Обновить срез ветки под водой в кристаллизаторе с кипяченой водой. Секатором резать наискось, отступив на 2 – 4 см от конца. Продержать конец под водой 1 – 2 минуты. Не намочить транспирирующей части! У сосны очистить нижний конец ветви от хвои до мутовки или на 10–12 см.
5. Вставить побег в банку, заткнуть пробку плотнее (можно обернуть ватой), покрыть вату и пробку тонким слоем расплавленного парафина.
6. Написать и приклеить этикетку, указать группу, фамилии членов бригады, время закладки.
7. Взвесить всю установку с точностью до 0,1 г. Записать вес на этикетку и в тетрадь.
8. Для определения интенсивности испарения с открытой водной поверхности налить стакан воды, приклеить этикетку и взвесить его. Записать в тетрадь.
9. Для учета испарения через пробирку можно поставить контрольную банку с подкрашенной водой, закрытой, залитой парафином пробкой, но без побега. Взвесить ее.
10. Для изучения динамики транспирации в течение недели ежедневно (или через день) взвешивать установку и стакан с водой.
Вести запись об изменениях (понижение уровня, ослизнение поверхности среза, распускание и набухание почек, подсыхание и опадение хвои).
1. Осмотреть установку. Отметить замеченные особенности. Записать дату и время учета, определить продолжительность опыта (часов, суток).
2. Определить потерю воды через пробку, для чего взвесить контрольные колбы и найти разницу между начальной и конечной массой (п).
3. Определить количество транспирированной воды (Т). Взвесить установку, найти разность между начальной (М1) и конечной массой (М2) и ввести поправку на потерю воды через пробку (Т = (М1-М2) — п ).
4. Определить количество поглощенной веткой воды за время опыта. Вынуть побег с пробкой, измерить мерным цилиндром количество оставшейся в банке воды (А2) и по разности определить количество поглощенной воды (А = А1-А2).
5. Определить транспирирующую поверхность. Побеги лиственных пород разбить на участки равномерной толщины, измерить длину каждого участка и окружность на середине (полоской миллиметровой бумаги). Перемножив длину на окружность, получим поверхность участков, а сложив их поверхность, получим поверхность побега (S = S1+S2+S3 … )
Для определения поверхности хвои, ее взвешивают и умножают на переводной коэффициент (поверхность 1 г хвои сосны – 33 см 2 ). При этом поверхностью самого стебля можно пренебречь.
Для более точного определения переводной коэффициент находят следующим образом : берут 20 хвоинок, взвешивают на торзионных весах и измеряют длину их. По данным Н. В. Лобанова, поверхность хвои равна: для сосны 2,16, для ели 1,41, для лиственницы 2,76 (1– суммарная длина 20 хвоинок).
Поверхность почек (если они крупные) определяют по формуле поверхности конуса (1/3 высоты умноженная на окружность основания).
Путем сложения получают суммарную испаряющую поверхность
6. Вычислить интенсивность транспирации по формуле
Итр= Т х 10000 / S х B (г/м 2 · час). Записать данные в таблицу 7.
Таблица 7 — Интенсивность транспирации
Источник
Водный режим растений
Вода является основной составной частью растительных организмов. Ее содержание доходит до 90% от массы организма, и она участвует прямо или косвенно во всех жизненных проявлениях. Вода — это та среда, в которой протекают все процессы обмена веществ. Она составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает ее структуру, устойчивость входящих в состав цитоплазмы коллоидов, обеспечивает определенную конформацию молекул белка. Высокое содержание воды придает содержимому клетки (цитоплазме) подвижный характер. Вода — непосредственный участник многих химических реакций. Все реакции гидролиза, многочисленные окислительно-восстановительные реакции идут с участием воды.
Общая характеристика водного обмена растительного организма
Водный ток обеспечивает связь между отдельными органами растений. Питательные вещества передвигаются по растению в растворенном виде. Насыщенность водой (тургор) обеспечивает прочность тканей, сохранение структуры травянистых растений, определенную ориентировку органов растений в пространстве. Рост клеток в фазе растяжения идет главным образом за счет накопления воды в вакуоли.
Таким образом, вода обеспечивает протекание процессов обмена, коррелятивные взаимодействия, связь организма со средой. Для нормальной жизнедеятельности клетка должна быть насыщена водой.
Физические и химические свойства воды
Вода играет важную роль в жизнедеятельности организма, благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам. Молекула воды состоит из двух атомов водорода, присоединенных к одному атому кислорода. Атом кислорода оттягивает электроны от водорода, благодаря этому заряды в молекулах воды распределены неравномерно. Один полюс молекулы воды оказывается заряженным положительно, а другой — отрицательно. Иначе говоря, вода представляет собой диполь. Молекулы воды могут ассоциировать друг с другом. Положительный заряд атома водорода одной молекулы воды притягивается к отрицательному заряду другой. Это приводит к возникновению водородных связей. Благодаря наличию водородных связей вода имеет определенную упорядоченную структуру. Каждая молекула воды притягивает к себе еще четыре молекулы, которые стремятся расположиться как бы по вершинам тетраэдра. Число ассоциированных молекул может быть неопределенно большим. В жидкой воде упорядоченные участки чередуются с неупорядоченными — хаотически распределенными молекулами. Таким образом, большая часть молекул организована в виде тетраэдров, меньшая часть заполняет полости этих тетраэдров. Высокая скрытая теплота испарения воды обусловливается наличием водородных связей. Для того чтобы в процессе испарения произошел отрыв молекул от водной поверхности, необходимо затратить дополнительное количество энергии для разрыва водородных связей. Поэтому испарение воды растением (транспирация) сопровождается охлаждением транспирирующих органов. Понижение температуры листьев при транспирации имеет важное физиологическое значение.
Вода обладает очень высокой теплоемкостью, поэтому поглощение или потеря значительного количества тепла тканями растений сопровождается сравнительно небольшими колебаниями их температуры. Это позволяет растительному организму воспринимать колебания температуры окружающей среды в смягченном виде. Вода в растении находится как в свободном, так и в связанном состоянии. Свободной называют воду, сохранившую все или почти все свойства чистой воды. Свободная вода легко передвигается, вступает в различные биохимические реакции, испаряется в процессе транспирации и замерзает при низких температурах. Связанная вода имеет измененные физические свойства вследствие взаимодействия с неводными компонентами. Эти взаимодействия представляют собой процессы гидратации, вследствие чего связанную воду нередко называют гидратной водой. Различают два основных процесса гидратации: 1) притяжение диполей воды к заряженным частицам (как к ионам минеральных солей, так и к заряженным группам белка С00 — и NН2 + ); 2) образование водородных связей с полярными группами органических веществ — между водородом воды и атомами О или N.
Воду, гидратирующую коллоидные частицы (прежде всего белки, называют коллоидно-связанной, а растворенные вещества (минеральные соли, сахара, органические кислоты и др.) — осмотически связанной.
Вода обладает исключительно высокой растворяющей способностью. В воде анионы и катионы какой-либо соли оказываются разъединенными. Гидратные оболочки, окружающие ионы, ограничивают их взаимодействие. Положительно заряженные ионы притягивают полюс молекулы воды с отрицательно заряженными атомами кислорода, тогда как ионы, несущие отрицательный заряд, притягивают полюс с положительно заряженными атомами водорода. Одновременно нарушается и структура самой воды. При этом, чем крупнее ион, тем это нарушение сильнее.
Источник
ВО́ДНЫЙ РЕЖИ́М РАСТЕ́НИЙ
ВО́ДНЫЙ РЕЖИ́М РАСТЕ́НИЙ (водный обмен растений), совокупность тесно связанных между собой процессов поглощения, передвижения и выделения воды. Благодаря В. р. р. клетки и ткани содержат количество воды, необходимое для поддержания всех процессов жизнедеятельности (фотосинтеза, дыхания, роста, развития и др.). Насыщенность клеток водой придаёт тканям упругость (тургор) и помогает ориентации органов в пространстве. Вода составляет 80–95% массы растения, но лишь незначит. её количество образуется в самих клетках, напр. при дыхании. Осн. масса воды поступает из почвы в корень через покрывающую его однослойную ткань – эпиблему. В клетки растения вода поступает под действием осмотич. сил, в результате набухания биополимеров и через спец. водные каналы (см. Аквапорины ). Попав в клетки эпиблемы, вода далее движется по корню, переходит в ткани стебля и листья. Достигнув последних, меньшая часть воды используется на рост и метаболизм клеток листьев, а бо́льшая (до 90%) выделяется в виде пара ( транспирация ) или жидкости ( гуттация ). В тканях органа (ближний транспорт) вода передвигается по симпласту (совокупность протопластов, соединённых цитоплазматич. каналами – плазмодесмами) и апопласту (совокупность клеточных стенок, межклетников и сосудов), а между органами (дальний транспорт) – по проводящим тканям. При водном дефиците она передвигается преим. по симпласту.
Источник