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
Лекция 6. Водный режим растений
- Роль воды в жизни растений
- Характеристика водообмена растений
- Передвижение воды по растению
- Транспирация. Значение транспирации
Много добрых слов сказано о воде. Французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери в книге «Планета людей» писал: «Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя не опишешь, тобою наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть жизнь. ты — величайшее в мире богатство. Ты —; божество, которое так легко спугнуть. ». Растительные организмы возникли в воде, которая очень длительное время оставалась для них единственной средой обитания. После выхода растений на сушу водную среду сменила воздушная. В новых условиях существования усложнились механизмы добывания и расходования воды. Наличие или отсутствие достаточного количества воды часто служит единственным фактором, определяющим распространение растительности на поверхности Земли, темпы ее роста, внешнее и внутреннее строение. И это неудивительно, ибо без воды не могут осуществляться процессы фотосинтеза, гидролиза различных веществ (например, крахмала), дыхания, роста и т.д., нарушается структура цитоплазмы клеток. Прекращение испарения ведет к перегреву и даже гибели растений. Вода в биологических объектах выполняет следующие основные функции: 1. Водная среда объединяет все части организма, начиная от молекул в клетках и кончая тканями и органами, в единое целое. В теле растения водная фаза представляем собой непрерывную среду на всем протяжении от влаги, извлекаемой корнями из почвы, до поверхности раздела жидкость — газ в листьях, где она испаряется. 2. Вода — важнейший растворитель и важнейшая среда для биохимических реакций. 3. Вода участвует в упорядочении структур в клетках. Она входит в состав молекул белков, определяя их конформацию. Удаление воды из белков высаливанием или с помощью спирта приводит к их коагуляции и выпадению в осадок. В поддержании структур гидрофобных участков белковых молекул и липопротеинов, возможно, существенна роль структурированной ВОДЫ. 4. Вода — метаболит и непосредственный компонент биохимических процессов. Так, при фотосинтезе вода является донором электронов. При дыхании, например в цикле Кребса, вода принимает участие в окислительных процессах. Вода необходима для гидролиза и для многих синтетических процессов. 5. Возможно, существенную роль в жизненных явлениях, особенно в мембранных процессах, играет относительно высокая протонная и электронная проводимость структурированной воды. 6. Вода — главный компонент в транспортной системе высших растений — в сосудах ксилемы и в ситовидных трубках флоэмы, при перемещении веществ по симпласту и апопласту. 7. Вода — терморегулирующий фактор. Она защищает ткани от резких колебаний температуры благодаря высокой теплоемкости и большой удельной теплоте парообразования. 8. Вода — хороший амортизатор при механических воздействиях на организм. 9. Благодаря явлениям осмоса и тургора (напряжения) вода обеспечивает упругое состояние клеток и тканей растительных организмов. Водный обмен растений складывается из нескольких процессов: поглощения воды, передвижения ее по растению, усвоения и выделения. Обычно большинство наземных цветковых растений поглощает воду с помощью корней, в то время как водные (и часть наземных: мхи, лишайники) — всей поверхностью. Растения-паразиты добывают влагу с помощью особых присосок. Растительная клетка как осмотическая система. Растительная клетка окружена клеточной стенкой, которая обладает определенной эластичностью и может растягиваться. Вакуоль содержит большое количество осмотически активных веществ — сахаров, органических кислот, солей. При изучении осмотических явлений в растительных клетках обычно рассматривается упрощенная модель, в которой полупроницаемой мембраной считается система, состоящая из плазмалеммы и тонопласта одновременно. Поскольку мембрана избирательно проницаема и вола проходит через нее значительно легче, чем вещества, растворенные в клеточном соке и цитоплазме, при помещении клетки в воду последняя по законам осмоса будет поступать внутрь клетки. Осмотическое давление (Р) разбавленных растворов подчиняется газовым законам и зависит от температуры, их молярной концентрации и относительного числа частиц (У). Р = RСТУ, где R — универсальная газовая постоянная, равная 0,0821 атм/градмоль; С — концентрация раствора в молях; Т — абсолютная температура (273°+ t°); У — изотонический коэффициент. Последний для неэлектролитов равен 1, а у электролитов зависит от числа частиц, на которые диссоциируют молекулы и от степени диссоциации. Для NaCl он примерно равен 1,5. Силу, с которой клетка втягивает воду называют сосущей силой (S) . Она тождественна водному потенциалу клетки (
). Величина сосущей силы определяется осмотическим давлением клеточного сока (P) и тургорным (гидростатическим) давлением в клетке (T), которое равно противодавлению клеточнойстенки, возникающему при ее эластическом растяжении: S = P – T; 
= — Р. В условиях разной оводненности соотношения между всеми компонентами этого уравнения меняются. Когда клетка полностью насыщена водой (полностью тургесцентна), ее сосущая сила равна нулю, а тургорное давление равно потенциальному осмотическому. Состояние полного тургора наблюдается в клетках при достаточной влажности почвы и воздуха.
Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:
Источник