Содержание
-
Лекция 16Транспорт воды в растении
Людмила Алексеевна Барахтенова, Доктор биологических наук, профессор
-
Основные вопросы
Водный баланс растений, понятие, общая характеристика Механизмы поступления воды Показатели транспорта воды (водный потенциал, осмотический потенциал, потенциал давления, матричный потенциал, условия водного режима) Поступление воды в растение, роль корневой системы (симпласт, апопласт). Механизмы подъема воды Транспирация, типы, этапы и суточный ход. Влияние внешних факторов на транспирацию Верхний и нижний концевые двигатели. Взаимосвязи показателей водного режима и фотосинтеза Заключение
-
Водный баланс растений- это
непрерывно идущие два процесса — поступление и испарение воды. Для нормального роста и развития растений необходимо, чтобы расход воды примерно соответствовал приходу, Приспособления для сохранения водного баланса : к поглощению воды (развитая корневая система), к передвижению воды (проводящая система), к сокращению испарения (система покровных тканей и система автоматически закрывающихся устьичных отверстий).
-
Поступление воды
Растительная клетка –осмотическая система. Осмос наблюдается при наличии двух систем с различной концентрацией веществ. По законам термодинамики выравнивание концентраций происходит за счет вещества, для которого мембрана более проницаема. Выравнивание концентраций в системе 1 и 2 возможно только за счет перемещения воды. В системе 1 концентрация воды выше, поэтому поток воды направлен от системы 1 к системе 2.
-
Показатели транспорта воды.1. Водный потенциал
Водный потенциал(Ψв) – показатель термодинамического состояния воды. Молекулы воды обладают кинетической энергией, в жидкости и водяном паре они беспорядочно движутся. Водный потенциал больше в той системе, где выше концентрация молекул и больше их общая кинетическая энергия. Максимальным водным потенциалом обладает чистая (дистиллированная) вода. Водный потенциал такой системы условно принят за нуль. Единицей измерения водного потенциала являются единицы давления: атмосферы, паскали, бары: 1 Па = 1 Н/м2 (Н- ньютон); 1 бар=0,987 атм =105 Па=100 кПА; 1 атм =1,0132 бар; 1000 кПа = 1 МПа
-
2. Осмотический потенциал
При растворении в воде другого вещества: понижается концентрация воды, уменьшается кинетическая энергия молекул воды, снижается водный потенциал. Количественно это понижение выражают величиной, которая называется осмотическим потенциалом (Ψосм.). Осмотический потенциал – это мера снижения водного потенциала за счет присутствия растворенных веществ. Чем больше в растворе молекул растворенного вещества, тем ниже осмотический потенциал. Растворенное вещество
-
3. Потенциал давления
При поступлении воды в клетку: ее размеры увеличиваются, внутри клетки повышается гидростатическое давление, плазмалемма прижимается к клеточной стенке, Клеточная оболочка оказывает противодавление, которое характеризуется потенциалом давления (Ψдавл.) или гидростатическим потенциалом. Он обычно положителен и тем выше, чем больше воды в клетке. Клеточная оболочка Плазмолемма
-
4.Матричный потенциал
Вода в клетку может поступать также за счет сил набухания. Белки и другие вещества, входящие в состав клетки, имея положительно и отрицательно заряженные группы, притягивают диполи воды. К набуханию способны клеточная стенка, имеющая в своем составе гемицеллюлозы и пектиновые вещества, цитоплазма, в которой высокомолекулярные полярные соединения составляют около 80% сухой массы. Вода проникает в набухающую структуру путем диффузии, движение воды идет по градиенту концентрации. Сила набухания – это матричный потенциал (Ψматр.), он: зависит от наличия высокомолекулярных компонентов клетки, всегда отрицательный, имеет большое значение при поглощении воды структурами, в которых отсутствуют вакуоли (семена, клетки меристем).
-
5. Условия водного режима
Ψв. = Ψосм - вода не давит на клеточную оболочку, состояние плазмолиза или увядания. Ψв.= Ψосм.- Ψдавл.- противодавление клеточной оболочки, вода поступает в клетку. Ψосм. = Ψдавл., Ψв.= 0 - клеточная оболочка растягивается до предела, осмотический потенциал целиком уравновешивается противодавлением клеточной оболочки, водный потенциал становиться равным нулю, вода в клетку перестает поступать.
-
6. Резюме:
Вода всегда поступает в сторону более отрицательного водного потенциала: от той системы, где энергия больше, к той системе, где энергия меньше.
-
Поступление воды в растение
У сосудистых растений передвижение веществ осуществляется по двум системам: ксилеме (вода и минеральные соли) и флоэме (органические вещества). Передвижение веществ: по ксилеме направлено от корней к надземным частям растения; по флоэме питательные вещества движутся от листьев к корням.
-
Корни, морфология
Корневой волосок Плотоядное растение
-
Корень, строение
-
Подъем воды, роль корня
апопласт симпласт Основная масса воды поглощается молодыми зонами корней растений в области корневых волосков – трубчатых выростов эпидермиса. Благодаря им значительно увеличивается всасывающая воду поверхность. Вода поступает в корень за счёт осмоса и движется вверх к ксилеме по апопласту(по клеточным стенкам), и по симпласту(по цитоплазме и плазмодесмам), а также через вакуоли. В клеточных стенках имеются полоски, называемые поясками Каспари. Они состоят из водонепроницаемого суберина, препятствуют продвижению воды и растворённых веществ. В этих местах вода вынуждена проходить через плазматические мембраны клеток; таким образом растения защищаются от проникновения токсичных веществ, патогенных грибов и т. п.
-
Механизмы подъема воды, двигатели
1. Первая сила подъёма воды по ксилеме - верхний концевой двигатель - испарение воды в листьях: в процессе испарения в кроне образуется недостаток воды. Скорость подъёма воды составляет около 1 м/ч (до 8 м/ч в высоких деревьях); чтобы поднять воду к вершине высокого дерева, требуется давление порядка 40 атм. Капиллярные эффекты способны поднять воду на высоту не более 3 м. 2. Вторая важная сила- корневое давление. Оно составляет 1–2 атм. (в исключительных случаях – до 8 атм.). Доказательства корневого давления: гуттация и плач - связаны с наличием одностороннего тока воды через корневые системы, не зависящего от транспирации Листья растений, клетки которых насыщены водой, в условиях высокой влажности воздуха, препятствующей испарению, выделяют капельно-жидкую воду с небольшим количеством растворенных веществ — гуттируют. Выделение жидкости идет через специальные водные устьица — гидатоды. Выделяющаяся жидкость — гутта. – результат корневое давление Если срезать побеги растения и к срезанному концу присоединить стеклянную трубку, то по ней будет подниматься жидкость - это — вода с растворенными веществами, получившая название пасоки («плач»). 3. Основные механизмы подъема– когезия(сцепление молекул воды между собой), и адгезия- сцепление молекул воды с другими веществами.
-
Испарение воды (транспирация)
Попадая по ксилеме в листья, вода и минеральные вещества распределяются через разветвлённую сеть проводящих пучков по клеткам. Движение по клеткам листа осуществляется, как и в корне, тремя способами: по апопласту, симпласту и вакуолям. Растение использует менее 1 % поглощаемой им воды.
-
Испарение воды
Основная масса воды испаряется : через восковый слой на поверхности листьев и стеблей – кутикулу (около 10 % воды) через особые поры – устьица (90 % воды). Травянистые растения теряют в день около литра воды, а у больших деревьев эта цифра может доходить до сотен литров.
-
Транспирация слагается из двух процессов:
Передвижения воды в листе из сосудов ксилемы по симпласту, преимущественно, по клеточным стенкам, так как в стенках транспорт воды встречает меньшее сопротивление. Испарения воды из клеточных стенок в межклетники и подъустьичные полости с последующей диффузией в атмосферу через устьичные щели.
-
Устьичная транспирация
Устьица представляют собой щель в подъустьичную полость, окаймленную двумя замыкающими клетками серповидной формы. Устьица находятся на обеих сторонах листа, но есть виды растений, у которых устьица располагаются только на нижней стороне листа. Количество устьиц колеблется от 50 до 500 на 1 мм². Транспирация через устьица идет почти с такой же скоростью, как и с поверхности чистой воды. Это объясняется законом И. Стефана: через малые отверстия скорость диффузии газов пропорциональна не площади отверстия, а диаметру или длине окружности. Поэтому, хотя площадь устьичных отверстий мала по отношению к площади всего листа (0,5-2 %), испарение воды через устьица идет очень интенсивно.
-
ЭТАПЫ устьичной ТРАНСПИРАЦИИ
Первый этап — переход воды из клеточных оболочек (капельножидкое состояние) в межклетники (парообразное состояние) – это собственно процесс испарения: отрыв молекул воды с поверхности клеточных стенок. Регуляция (внеустьичная): вовлечение воды в обменные процессы. Соотношение свободной воды к связанной падает, водоудерживающая сила растет, интенсивность испарения уменьшается. Второй этап— выход паров воды из межклетников или через кутикулу, или, через устьичные щели, 80—90% от всего испарения листа Регуляция: степень открытости устьиц, а также факторы влияющие на открытость устьиц. Третий этап— диффузия паров воды от поверхности листа в более далекие слои атмосферы. Регуляция: условия внешней среды.
-
Суточный ход транспирации
Транспирация без ограничения; транспирация с полуденным снижением из-за сужения устьиц; то же, при полном закрытии устьиц; полное исключение устьичной транспирации из-за длительного закрывания устьиц; снижение кутикулярной транспирации из-за изменения проницаемости мембран. Стрелки, направленные вниз, — закрывание устьиц; стрелки, направленные вверх, — открывание устьиц. Пунктир — дневной ход испарения со свободной водной поверхности. Штриховка — область кутикулярной транспирации
-
Кутикулярная транспирация
Снаружи листья имеют однослойный эпидермис, внешние стенки клеток которого покрыты кутикулой и воском, образующие эффективный барьер на пути движения воды. На поверхности листьев часто развиты волоски, которые также влияют на водный режим листа, так как снижают скорость движения воздуха над его поверхностью и рассеивают свет и тем самым уменьшают потери воды за счет транспирации. Интенсивность кутикулярной транспирации варьирует у разных видов растений. Кутикулярная транспирация регулируется главным образом толщиной и целостностью кутикулы и других защитных покровных слоев на поверхности листьев в ряду: молодые зрелые стареющие.
-
Значение транспирации
Защита от перегрева. Температура сильно транспирирующего листа может примерно на 7°С быть ниже температуры листа завядающего, нетранспирирующего. Это особенно важно в связи с тем, что перегрев, разрушая хлоропласты, резко снижает процесс фотосинтеза (оптимальная температура для процесса фотосинтеза 20—25°С). Именно благодаря высокой транспирирующей способности многие растения хорошо переносят повышенную температуру. Создание непрерывного тока воды из корневой системы к листьям, который связывает все органы растения в единое целое. Передвижение растворимых минеральных и частично органических питательных веществ, при этом чем интенсивнее транспирация, тем быстрее идет этот процесс.
-
Количественные характеристики транспирации
Интенсивность транспирации — это количество воды, испаряемой растением в граммах за единицу времени в часах единицей поверхности в дм². Эта величина колеблется от 0,15 до 1,5. Транспирационный коэффициент — это количество воды в граммах, испаряемой растением при накоплении им 1 грамма сухого вещества. Продуктивность транспирации — это величина, обратная транспирационному коэффициенту и равна количеству сухого вещества в граммах, накопленного растением за период, когда оно испаряет 1 кг воды. Относительная транспирация — это отношение количества воды, испаряемой листом, к количеству воды, испаряемой со свободной водной поверхности той же площади за один и тот же период времени. Экономность транспирации — это количество испаряемой воды в мг на 1 кг воды, содержащейся в растении. Подсчитано, что с 1 га посева растений выделяется, в т.ч. у: пшеницы - 2 тыс. т воды, кукурузы - 3,2 тыс. т, капусты - 8 тыс. т.
-
Влияние различных факторов на транспирацию
Свет. На свету зеленые листья поглощают определенные участки солнечного спектра, повышается температура листа, и это вызывает усиление процесса транспирации. В связи с этим действие света на транспирацию проявляется тем сильнее, чем выше содержание хлорофилла. У зеленых растений даже рассеянный свет повышает транспирацию на 30—40%. Влажность почвы. С уменьшением влажности почвы транспирация уменьшается. Уменьшение содержания воды в растительном организме автоматически снижает процесс транспирации в силу устьичной регулировки. Ветер оказывает влияние на транспирацию,усиливая перенос насыщенного водой воздуха от поверхности листа. При ветре усиливается, прежде всего, кутикулярная транспирация. Концентрации клеточного сока. Молекулы воды удерживаются осмотическими силами. Чем концентрированнее клеточный сок, тем слабее транспирация. Интенсивность транспирации зависит от эластичности (способности к обратимому растяжению) клеточных стенок. Если клеточные стенки малоэластичны, то уже небольшая потеря воды приводит к сокращению объема клетки до минимума. В этот период клеточные оболочки не растянуты и не оказывают сопротивления, водный потенциал становится равным всей величине осмотического потенциала.
-
Величина листовой поверхности, а также изменение соотношения корни/побеги. Чем больше развита листовая поверхность, больше побеги, тем значительнее общая потеря воды. Однако в процессе естественного отбора у растений выработалась компенсирующая способность к меньшему испарению с единицы поверхности листа (меньшая интенсивность транспирации) при увеличении листовой поверхности. Фаза развития. С увеличением возраста растений транспирация, как правило, падает. Высокая интенсивность испарения у молодых листьев может происходить за счет усиления кутикулярной транспирации, кутикула в этот период еще слабо развита.
-
Классификация растений в отношении суточного хода устьичных движений
Английский исследователь Д. Лофтфельд разделил все растения : 1. Растения, у которых ночью устьица всегда закрыты. Утром устьица открываются, и их дальнейшее поведение в течение дня зависит от условий среды. Мало воды — они закрываются, достаточно воды — открываются. К этой группе относятся в первую очередь хлебные злаки. 2. Растения, у которых ночное поведение устьиц зависит от дневного. Если днем устьица были закрыты, то ночью они открываются, если днем были открыты, то ночью закрываются. К этой группе принадлежат растения с тонкими листьями — люцерна, горох, клевер, свекла, подсолнечник. 3. Растенияс более толстыми листьями, у которых ночью устьица всегда открыты, а днем, как и у всех остальных групп растений, открыты или закрыты в зависимости от условий (картофель, капуста).
-
Продвижение воды http://hrsbstaff.ednet.ns.ca
-
Взаимосвязи
-
a — изменение содержания СО2 в атмосфере за последние 200 млн лет (в относительных величинах; современный уровень – 1). Область, выделенная серым цветом, — неопределенность оценок. b — изменения относительно современного уровня (1.0): скорости фотосинтеза (красная линия), проводимости устьиц (голубая линия), плотности жилкования у покрытосеменных (светло-зеленая линия) и других групп сосудистых растений (темно-зеленая линия), отношения плотности жилкования к скорости фотосинтеза (фиолетовая линия). Стрелкой показано время начала быстрого развития покрытосеменных. Рис. из статьи Beerling, Franks, 2010 // Nature. V. 464. P. 495–496
-
Круговорот воды в природеhttp://festival.1september.ru
Любой водоем. Лужа высохла до дна, будто не было вчера. О каком явлении идет речь? (испарение) Белая вата, по небу плывет куда-то (облака) Биологическое испарение у растений (транспирация) Приходил, стучал по крыше, уходил никто не слышал (дождь) Явление, при котором запотевают очки, когда входишь из холодного помещения в теплое, или дышишь на зеркало, стекло (конденсация)
-
Японец МасаруЭмото фотографирует кристаллы воды после того, как в течение нескольких минут говорит над водой… http://www.milogiya2007.ru/pamiatvoda.htm «Живая» и «Мертвая» вода…
-
Ромашка
картинка кристалла ромашковой воды
-
«Живая» и «мертвая» вода…?
«Спасибо» Музыка Баха Музыка Шопена
-
Музыка тяжелого рока Молитва Народная музыка
-
«Я тебя ненавижу» Японец МасаруЭмото фотографирует кристаллы воды после того, как в течение нескольких минут говорит над водой. Он может говорить «Я тебя люблю», «Спасибо, вода», «Ты выздоровеешь» или «Я тебя ненавижу». Он может играть музыку или просто посылать воде какие-то мысли. После этого – фотография. Мы их видели… Если мыли меняют структуру молекулы воды, что происходит с телом?
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.