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
Значение воды для жизни растений
Вода составляет до 95% массы растений, в ней или с ее использованием протекают все процессы жизнедеятельности. Поэтому вода необходимое условие для жизни организма. При недостатке воды у растения нарушается обмен веществ.
- Вода обеспечивает поток питательных и минеральных веществ по проводящей системе растения.
- Прорастание семян зависит от наличия воды.
- Вода участвует в процессе фотосинтеза.
- Водные растворы, наполняющие клетки и межклетники, обеспечивают растению упругость, таким образом растение сохраняет свою форму.
Растение обязательно должно поглощать воду. Иначе, рано или поздно, жизнь его прервется. Обычно растение поглощает воду исключительно своей корневой системой из почвы. В этом участвуют корневые волоски корней. Листья же через устьица испаряют воду. Смысл поглощения излишек воды, чтобы потом ее испарить, по большей части сводится к тому, что ток воды обеспечивает перенос веществ.
Если испарение воды растением превышает поступление воды, то у растения наблюдается увядание. Так нередко бывает днем, когда жарко. Ночью растение восполняет недостаток, так как испарение в это время суток снижено.
Вода в растение поглощается путем осмоса. При осмосе вода, в которой меньше растворенных веществ как бы засасывается в более насыщенные веществами растворы. Клеточные растворы растений более насыщенные, поэтому клетки впитывают воду.
В результате постоянного поглощения и испарения воды в растении существует постоянный водный обмен, включающий три этапа: поглощение воды корнями, передвижение ее по сосудам проводящей ткани, испарение воды листьями. Ток воды идет через все органы растения. Сколько растение всасывает воды, приблизительно столько оно его испаряет. Лишь доли процента от поступившей воды идут на синтез веществ. Это достаточно большие объемы воды. Так, например, только одно растение пшеницы в поле испаряет около 50 г воды в сутки.
Когда корни поглощают воду, они вместе с ней поглощают и растворенные минеральные соли. Когда вода испаряется, то соли в ней уже отсутствуют, они остаются в растении и используются в обмене веществ.
Водный ток идет снизу вверх. Его сила зависит от интенсивности всасывания корней и испарения листьями. Водный ток объединяет все органы растения, переносит различные соединения, питает клетки водой.
Источник
04. Роль воды в жизни растений. Экологическое значение различных форм воды. Вода в почве, ее состояние
Вода является очень важным экологическим фактором в жизни растений, поскольку все физиологические процессы происходят при её участии.
Роль воды в жизни растений заключается в следующем:
- Вода играет важную роль как растворитель, поскольку минеральные вещества поступают в растение и перемещаются в нём в виде растворов.
- Вода участвует в процессе синтеза органических веществ.
- Количество поступающей в растение воды определяет облик растения, его жизненное состояние;
- Вода влияет на распространение растений на Земле.
- Для многих растений вода является средой обитания.
Вода воздействует на растения извне в различных формах: в виде дождя, тумана, искусственного полива, грунтовых вод. Получают растения воду из почвы и атмосферы. Но атмосферная влага в большинстве случаев играет косвенную роль, уменьшая испарение воды из почвы. Лишь немногие растения способны поглощать воду из атмосферы: мхи, лишайники, эпифиты, растущие в тропиках на стволах деревьев. В пустынях большое значение в жизни растений имеет роса, которая является основным источником воды в летний период.
Дождь, основной источник воды, поступающей в почву, а влажность почвы имеет первостепенное значение в жизни растений. Поскольку режим влажности на разных участках земной поверхности неодинаков, это ведёт к появлению разнообразных экологических групп растений, приспособленных к тому или иному водному режиму.
Наземные растения отличаются от наземных животных в двух существенных отношениях. Во-первых, надземные части растений испытывают такие же потери воды, как и животные, зато их подземные части (корни) непосредственно соприкасаются со средой, из которой с большей или меньшей легкостью (в зависимости от содержания воды в почве) они могут сразу же получить воду. Во-вторых, вода для растений в равной мере является и условием, и ресурсом, поскольку в основе питания растений лежит реакция между водой и двуокисью углерода в процессе фотосинтеза.
Наземные растения поглощают воду из почвы специализированными органами — корнями или ризоидами (мхи). 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 высших растений есть дополнительные пути поступления воды. Мхи, как и лишайники, могут поглощать воду всей поверхностью. Семена поглощают воду из почвы. Многие эпифиты (растения, живущие на поверхности других растений) поглощают воду из воздуха, насыщенного водяными парами (листьями, воздушными корнями). Поступившая в растение вода, расходуется на жизненные процессы.
Среди основных адаптаций растений в отношении к водному фактору можно выделить следующие:
- уменьшение потери воды (толстая восковая кутикула, опушенные листья, листья превращены в колючки или иглы, погруженные устьица, сбрасывание листьев);
- увеличение поглощения воды (длинные корни, обширная корневая система);
- запасание воды;
- переживание неблагоприятного периода (в виде семян, луковиц или клубней).
В почве вода находится в разных физических состояниях: жидком, газообразном (водяной пар), твердом (лед), химически и физико-химически связанном с другими веществами и твердыми минеральными, органическими и органо-минеральными частицами. Зависимости от физического состояния и характера связей воды в почвенном среде различают категории, формы и виды грунтовой воды. В почве выделяют следующие категории воды:
- химически связанная вода, входящая в состав других веществ (например, гипса) и недоступна для использования растениями;
- жесткая вода (лед) — находится в этом состоянии по низкой (отрицательной) температуры и недоступна для растений, однако становится доступной после таяния;
- водяной пар, содержащийся в почвенном воздухе и после конденсации становится доступной для растений;
- прочно связанная вода, которая содержится адсорбционными силами на поверхности частиц почвы в виде пленки толщиной в два-три диаметра молекул воды, находится в газообразном состоянии (водяной пар) и недоступна для растений;
- непрочно связанная вода, которая представляет собой пленки влаги вокруг частичек грунта толщиной до 10 диаметров молекул воды, перемещается между грунтовыми частицами под воздействием сорбционных сил и является труднодоступной для растений;
- свободная вода, которая не связана молекулярными силами с частицами почвы, поэтому свободно или под влиянием менисковых сил движется в грунтовых порах и доступна для растений.
Источник