Водный обмен растений реферат

Обновлено: 05.07.2024

СТРУКТУРА, СОСТОЯНИЕ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ И ЗНАЧЕНИЕ ВОДЫ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ РАСТИТЕЛЬНОГО ОРГАНИЗМА.

В жизни растений, как и всех других организмов нашей пла­неты, воде принадлежит исключительная роль. По справедливо­му утверждению А.Сент-Дьёрди, все проявления жизни нераз­рывно связаны с водой. Жизнь зародилась в воде, развилась в воде и возможна лишь при ее участии.

Содержание воды зависит от типа и возраста органов, их функционального состояния (в среднем 80-90 % массы растения). Осо­бенно богаты водой сочные плоды (80-95 % сырой массы), молодые корни (70-90 %) и молодые листья (80-90 %). Наибо­лее бедны водой зрелые семена (в воздушно-сухом состоянии они содержат 5-15 % воды). Активное проявление жизнедеятельности без воды вообще невозможно. Высушенные семена и споры находятся в состоянии анабиоза.

Пороговое содержание в тканях воды, ниже которого растение уже не в состоянии поддерживать основные физиологические функции, повреждается и погибает, называется гомеостатической. Содержание гомеостатической воды неодинаково у растений раз­ных экологических групп: у гигрофитов-65-70 % сырой массы, мезофитов - 45-60 %, ксерофитов - 25-27 %. Эти вели­чины, тесно коррелирующие с устойчивостью растений к обезво­живанию.

Зачем же нужна вода растению в таком большом количестве, если в биохимических пре­вращениях (фотосинтезе, дыхании, гидролитических и других процессах) принимает участие не более 1 % содержащейся в растении воды?

Широкое распространение и биологи­ческая роль воды во многом обусловлены строением и физико-химическими свойствами этого замечательного природного со­единения.

Структура и свойства воды. Вода может находиться в трех агрегатных состояниях - газообразном, жидком и твердом. В каждом из них структура воды неодинакова. Но в основе любой структурной организации лежит молекулярное строение воды. Молекула воды обладает большим дипольным моментом за счет смещения электронов к кислороду и способностью образовывать во­дородные связи с соседними молекулами (См. рисунок! ). Водородная связь осуществляется за счет электростатического взаимодействия по донорно-акцепторному механизму, ее энергия составляет 16-20 кДж/моль (энергия О-Н связи 460,4 кДж/моль). Эта величина позволяет созда­вать динамичную, лабильную, но в то же время достаточно проч­ную надмолекулярную структуру: хН20(Н20)х. Наименьший угол между отрезками, соединяющими молекулу воды с ближай­шими соседями, из-за направленного характера водородных связей должен быть равен 104,5 С, т. е. валентному углу при атоме кислорода. Только при таком условии водородные связи могут быть линейными. Отсюда следует, что конструкции из молекул воды представляют не плотные упаковки шаров, а имеют форму тетраэдров, для которых угол между связями центра с вершина­ми равен 109,2°.

Согласно современным представлениям, в основе надмолеку­лярной организации воды лежит сочетание упорядоченной структуры с размытым тепловым движением состоянием части молекул. В модели О. Я. Самойлова (1957) основой упорядочен­ной решетки воды является кристаллическая структура льда, в которой реализуются все четыре возможности молекул воды об­разовывать водородные связи, за счет этого формируется ажур­ная гексагональная решетка, пустоты которой в 2 раза превосхо­дят размеры молекул воды (См. рисунок! 68). При плавлении льда с по­вышением температуры кристаллическая решетка частично разрушается, пустоты увеличиваются и заполняются молекулами воды, находящимися на более близком расстоянии друг от друга. Эти плотно упакованные молекулы имеют меньшее количество водородных связей или вообще не имеют их.

Структурированностью объясняются уникальные физико-хи­мические свойства, выделяющие воду среди жидкостей:

сжатие при плавлении, увеличение плотности с повышением температу­ры до 4 С и последующее уменьшение ее;

понижение теплоем­кости при повышении температуры до 36 °С и последующее увеличение ее,

высокие температуры плавления и кипения.

Уста­новлены резкие изменения свойств воды при происходящих в ней биологических процессов при температурах О, 15, 30, 45, 60 °С. Предполагается, что при этих температурах происходит структурная перестройка воды. Между 30 и 45 С структура воды наиболее благоприятна для гидратации органических молекул, в частности белка.

Функции воды и относительное ее содержание в клетках. Молекулярная структура и физические свойства воды. Явление потери тургора клетками. Водообмен у растений, корневая система как орган поглощения воды. Движущие силы восходящего тока в растении.

Рубрика Биология и естествознание
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 01.05.2014
Размер файла 2,9 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Функции воды и относительное содержание воды в клетках

В тканях растений вода составляет 70 - 95% сырой массы. Содержание воды в растительных тканях сильно различается у разных видов, в различных частях растений, претерпевая сезонные и суточные изменения в одних и тех же тканях. Изменения обусловливаются возрастом ткани, доступностью почвенной влаги и соотношением поглощения воды и транспирации.

Вода обладает уникальными свойствами и играет первостепенную роль во всех процессах жизнедеятельности.

Основные функции воды в биологических объектах:

Водная среда объединяет все части организма в единое целое. В теле растения водная фаза представляет собой непрерывную среду на всем протяжении от влаги, извлекаемой корнями из почвы, до поверхности раздела жидкость - газ в листьях, где она испаряется.

Вода - важнейший растворитель и среда для биохимических реакций.

Вода участвует в упорядочении структур в клетках. Например, она входит в состав молекул белков, определяя их конформацию.

Вода - метаболит и непосредственный компонент биохимических процессов. Например, в фотосинтезе вода является донором электронов, в цикле Кребса она принимает участие в окислительных процессах. Вода необходима для гидролиза и для многих синтетических процессов.

Вода - главный компонент в транспортной системе высших растений при перемещении веществ по симпласту и апопласту.

Вода - терморегулирующий фактор. Она защищает ткани от резких колебаний температуры благодаря высокой теплоемкости и большой удельной теплоте парообразования.

Вода - хороший амортизатор при механических воздействиях на организм.

Благодаря явлениям осмоса и тургора (напряжения) вода обеспечивает упругое состояние клеток и тканей растительных организмов.

Чтобы вода могла выполнять свои функции, все части растения должны быть в достаточной степени оводнены. Степень оводненности клеток тканей и органов растений определяется относительным содержанием воды (ОСВ).

где тсыр и тсух - соответственно сырая и сухая масса ткани, тсыр.нас - сырая масса в состоянии полного насыщения водой. Когда потребление и потери воды у растения сбалансированы, ОСВ поддерживается на постоянном уровне. У большинства мезофитов ОСВ составляет 85 - 95 %. Если ОСВ падает ниже некоторого критического значения, ткань отмирает. Критическое значение ОСВ зависит от вида растения и ткани; для тканей мезофитов оно близко в среднем к 50%.

Молекулярная структура и физические свойства воды

Физические свойства воды

Плотность. Все вещества увеличивают объем при нагревании, уменьшая при этом плотность. Однако при давлении 0,1013 МПа (1 атм) у воды в интервале от 0 до 4°С при увеличении температуры объем уменьшается и максимальная плотность наблюдается при 4°С (при этой температуре 1 см3 воды имеет массу 1 г). При замерзании объем воды резко возрастает на 11 %, а при таянии льда при 0°С так же резко уменьшается. С увеличением давления температура замерзания воды понижается через каждые 13,17 МПа (130 атм) на 1 °С. Поэтому на больших глубинах при минусовых температурах вода в океане не замерзает. С увеличением температуры до 100 °С плотность жидкой воды понижается на 4% (при 4°С плотность ее равна 1).

Точки кипения и замерзания (плавления). При давлении 0,1013 МПа (1 атм) температура замерзания воды 0°С, температура кипения - 100 °С, что резко отличает Н2О от соединений водорода с элементами VI группы периодической системы Менделеева. Температура кипения воды возрастает с увеличением давления, а температура замерзания (плавления) - падает.

Теплота плавления. Скрытая теплота плавления льда очень высока - около 335 Дж/г (для железа - 25, для серы - 40). Это свойство выражается, например, в том, что лед при нормальном давлении может иметь температуру от - 1 до - 7°С. Скрытая теплота парообразования воды (2,3 кДж/г) почти в 7 раз выше скрытой теплоты плавления.

Теплоемкость. Величина теплоемкости воды (т. е. количество теплоты, необходимое для повышения температуры на 1 °С) в 5 - 30 раз выше, чем у других веществ. Лишь водород и аммиак обладают большей теплоемкостью. Кроме того, лишь у жидкой воды и ртути удельная теплоемкость с повышением температуры от 0 до 35 °С падает (затем начинает возрастать). Поскольку теплоемкость песка в 5 раз меньше, чем у жидкой воды, то при одинаковом нагреве солнцем вода в водоеме нагревается в 5 раз слабее, чем песок на берегу, но во столько же раз дольше сохраняет теплоту. Высокая теплоемкость воды защищает растения от резкого повышения температуры при высокой температуре воздуха, а высокая теплота парообразования участвует в терморегуляции у растений.

Высокие температуры плавления и кипения, высокая теплоемкость свидетельствуют о сильном притяжении между соседними молекулами, вследствие чего жидкая вода обладает большим внутренним сцеплением.

Поверхностное натяжение и прилипание. На поверхности воды из-за нескомпенсированности сцепления (когезии) ее молекул создается поверхностное натяжение. Вода обладает также свойством адгезии (прилипания), которое обнаруживается при ее подъеме против гравитационных сил. В капиллярах сочетаются силы сцепления молекул воды в пограничном с воздухом слое с ее адгезией с материалом стенок капилляра. В результате в капилляре образуется вогнутая поверхность воды выше ее исходного уровня.

Многие биологические свойства воды определяются ее структурой, то есть соотношением мономерных (одиночных) и ассоциированных (сгруппированных) молекул воды в жидком состоянии

Каждая молекула воды является диполем с тетраэдрическим распределением электронов вокруг атома кислорода и может взаимодействовать с четырьмя другими молекулами воды за счет электростатического взаимодействия атомов Н и О соседних молекул, образуя водородные связи.

Водородная связь - это сравнительно слабая связь, так как в жидкой воде энергия, необходимая для ее разрыва, равна 18,84 кДж/моль (энергия ковалентной связи Н-О в молекуле воды составляет 460,4 кДж/моль). Водородные связи непрерывно возникают и разрушаются. Время полужизни каждой из них - менее 1 • 10-9с.

Ионизация. В результате диссоциации молекул воды образуются ионы водорода (Н+) и гидроксила (ОН ). При 25 °С концентрация водородных или гидроксильных ионов в чистой воде составляет 1 • 10-7 моль/л, что соответствует рН 7.

Вода как растворитель. Полярность молекулы воды обусловливает ее свойство растворять вещества лучше, чем другие жидкости. Растворение кристаллов неорганических солей осуществляется благодаря гидратации входящих в их состав ионов. Хорошо растворяются в воде органические вещества, с карбоксильными, гидроксильными, карбонильными и с другими группами которых вода образует водородные связи.

Структура льда и жидкой воды. Вода может находиться в трех агрегатных состояниях - газообразном, жидком и твердом. Твердое состояние воды бывает кристаллическое -- лед и некристаллическое -- стеклообразное, аморфное (состояние витрификации), когда при мгновенном замораживании с помощью, например, жидкого азота молекулы не успевают построиться в кристаллическую решетку. Именно это свойство воды позволяет замораживать без повреждения живые организмы, такие, как одноклеточные водоросли, листочки мха Mnium, состоящие из двух слоев клеток. Замораживание же с образованием кристаллической воды приводит к повреждению клеток. Для кристаллического состояния воды характерно большое разнообразие форм.

В структуре льда, полученного при нормальных условиях давления (лед I), каждая молекула воды окружена четырьмя другими, образующими тетраэдр, в центре которого располагается молекула воды, связанная четырьмя водородными связями с молекулами воды, расположенными в вершинах тетраэдра. Так образуется гексагональная кристаллическая структура льда. При плавлении льда увеличивается расстояние между атомами кислорода. Одновременно разрушается около 15% водородных связей.

Растворы электролитов. В растворах, содержащих ионы, структура воды существенно меняется. В разбавленных растворах (

Вода, получаемая растением из почвы, поглощается не всей поверхностью корней, а только молодыми их окончаниями, так называемыми корневыми мочками и корневыми волосками. Клетки всасывающей зоны корня обладают по отношению к воде своеобразной полярностью. Наружная их сторона всасывает воду, а внутренняя выталкивает её в сосуды корня. Так в растений создаётся корневое давление , нагнетающее воду вверх по корню и стеблю с силой 2—3 и более атмосфер. С такой же примерно силой корень растения сосет воду из почвы и преодолевает сопротивление почвенных частиц, удерживающих воду на своей поверхности силами адсорбции и набухания почвенных коллоидов. По мере уменьшения толщины слоя воды, облекающей почвенные частицы, силы адсорбции, удерживающие воду, быстро возрастают и становятся равными, а затем и большими, чем всасывающая сила корневых клеток, поэтому корни растений не могут отнять от почвы всю находящуюся в ней воду и в почве всегда остаётся некоторое количество недоступной для растения воды . В таком случае дальнейшая потеря растением воды уже не может возмещаться за счёт поступления её из почвы: содержание воды в растении падает и оно увядает.

Лист растений обладает рядом физиологических особенностей, позволяющих ему в значительной степени регулировать отдачу воды. Испарение воды с поверхности растений получило название транспирации . Понижая со держание воды в клетках листовой мякоти и создавая состояние ненасыщенности водой, транспирация способствует возникновению значительной сосущей силы, обеспечивающей ток воды из сосудов листовых жилок в клетки. Это обусловливает движение воды вверх по растению, нередко значительно превосходящее по скорости накачивание воды клетками корневых мочек. В силу свойственного молекулам воды сцепления друг с другом вода, переходящая из сосудов в живые клетки мякоти листа тянет за собой весь столб воды, заполняющей проводящую систему вплоть до самого корня. В результате во всём растений создаётся натяжение воды в сосудах, способствующее поступлению воды из почвы в корень.

Для получения высоких и устойчивых урожаев чрезвычайно важное значение имеют мероприятия по накоплению запасов влаги в почве и уменьшению ее расходования (например, снегозадержание, вспашка под зябь, раннее боронование весной для задержания влаги, посадка полезащитных лесных полос и т.д.). В засушливых областях прибегают к ирригации или искусственному орошению земель.

Избыток влаги в почве может, однако, оказаться вредным для растений, поскольку при затоплении почвы в её капиллярах не остаётся воздуха, необходимого для дыхания корней и их нормальной жизнедеятельности. Кроме того, в затопленной почве усиливаются анаэробные бактериальные процессы, приводящие к накоплению веществ, отравляющих корни. Излишнее количество влаги можно удалить осушением почвы. Оптимальным является увлажнение почвы, при котором в почве будет содержаться достаточное количество доступной для растения воды, а также и воздуха.

Различные растения в неодинаковой мере нуждаются в увлажнении почвы. Например, ксерофиты приспособлены к жизни в условиях аридного климата (в степях, пустынях, полупустынях) и в более влажном климате в условиях низкого водоснабжения. В водоёмах, на болотах растут гидрофиты и гигрофиты . Промежуточное положение между этими крайними группами растений занимают мезофиты , представляющие собой наиболее многочисленную группу растений, к которой принадлежит и большая часть культурных растений.
2. Какие органы служат для поглощения воды?
Корневая система как орган поглощения воды.
Рост корня, его ветвление продолжается в течение всей жизни растительного организма, то есть практически он не ограничен. Меристемы- образовательные ткани- расположены на верхушке каждого корня. Доля меристематических клеток сравнительно велика (10% по массе против 1% у стебля).

Рост корней отличается большой скоростью. Только благодаря такому интенсивному росту корневые системы растения могут использовать скудно рассеянную в почве воду. Важное значение имеет явление гидротропизма, при котором рост корневой системы как бы идет из более иссушенных слоев почвы к более влажным. В зависимости от типа растений распределение корневой системы в почве различно. У некоторых растений корневая система проникает на большую глубину, у других главным образом распространяется в ширину.
С физиологической точки зрения корневая система не однородна. Довольно не вся поверхность корня участвует в поглощении воды. В каждом корне различают несколько зон. Правда, не всегда все зоны выражены одинаково четко.

Окончание корня снаружи защищено корневым чехликом, напоминающим округлый колпачок, таящий из живых тонкостенных продолговатых клеток. Корневой чехлик служит защитой для точки роста. Клетки корневого чехлика суживаются, что уменьшает трение и способствует проникновению корня в глубь почвы.
Под корневым чехликом расположена меристематическая зона. Меристема состоит из многочисленных мелких, усилено делящихся, плотно упакованных клеток, почти целиком заполненных протоплазмой.

Следующая зона - зона растяжения. Здесь клетки увеличиваются в объеме (растягиваются). Одновременно в этой зоне появляются дифференцированные ситовидные трубки, затем следует зона корневых волосков.

При дальнейшем увеличении возраста клеток, а так же расстояния от кончика корня корневые волоски исчезают, начинается кутинизация и опробковение клеточных оболочек. Поглощение воды происходит главным образом клетками зоны растяжения и зоны корневых волосков.
Поверхность корня в зоне корневых волосков покрыта ризодермой. Это однослойная ткань с двумя видами клеток, формирующими и не формирующими корневые волоски. В настоящее время показано, что клетки, формирующие корневые волоски, отличаются особым типом обмена веществ. У большинства растений клетки ризодермы обладают тонкими стенками.

Вслед за ризодермой до перицикла идут клетки коры. Кора состоит из нескольких слоев паренхимных клеток. Важной особенностью коры является развитие системных крупных межклетников.

На границе коры и центрального цилиндра развивается один слой плотно прилегающих друг к другу клеток- эндодерма, для которой характерно наличие поясков Каспари. Цитоплазма в клетках эндодермы плотно прилегает к клеточным оболочкам. По мере старения вся внутренняя поверхность клеток эндодермы, за исключением пропускных клеток, покрывается суберином .При дальнейшем старении сверху могут накладываться еще слои. По-видимому, именно клетки эндодермы служат основным физиологическим барьером для передвижения, как воды, так и питательных веществ. В центральном цилиндре расположены проводящие ткани корня. При рассмотрении структуры корня в продольном направлении важно отметить, что начало роста корневых волосков, появление волосков Каспари в стенках эндодермы и дифференциация сосудов ксилемы происходят на одном и том же расстоянии от апикальной меристемы. Именно эта зона является основной зоной снабжения растений питательными веществами. Обычно поглощающая зона составляет 5-10 см в длину. Величина ее зависит от скорости роста корня в целом. Чем медленнее растет корень, тем зона поглощения короче.
Надо отметить, что в целом корневые системы значительно менее разнообразны по сравнению с надземными организмами, в связи с тем что среда их обитания более однородна. Это не исключает того, что корневые системы изменяются под влиянием тех или иных условий.

Хорошо показано влияние температуры на формирование корневых систем. Как правило, оптимальная температура для роста корневых систем несколько ниже по сравнению с ростом надземных органов того же растения. Все же сильное понижение температуры заметно тормозит рост корней и способствует образованию толстых, мясистых, мало ветвящихся корневых систем.

Большое значение для формирования корневых систем играет влажность почвы. Распределение корней по горизонтам почвы часто определяется распределением воды в почве. Обычно в первый период жизни растительного организма корневая система растет чрезвычайно интенсивно и, как следствие, скорее достигает более влажных слоев почвы. Некоторые растения развивают поверхностную корневую систему. Располагаясь близко к поверхности, сильно ветвящиеся корни перехватывают атмосферные осадки. В засушливых районах часто глубоко и мелко укореняющиеся виды растений растут рядом. Первые обеспечивают себя влагой за счет глубоких слоев почвы, вторые за счет усвоения выпадающих осадков.

Важное значение для развития корневых систем имеет аэрация. Именно недостаток кислорода является причиной плохого развития корневых систем на заболоченных почвах. Растения, приспособленные к росту на плохо аэрируемых почвах, имеют в корнях систему межклетников, которые вместе с межклетниками в стеблях и листьях составляют единую вентиляционную систему.

Большое значение имеют условия питания. Показано, что внесение фосфорных удобрений способствует углублению корневых систем, а внесение азотных удобрений - их усиленному ветвлению.

3. Какой процесс называется транспирацией и каково ее биологическое значение?

В основе расходования воды растительным организмом лежит процесс испарения -- переход воды из жидкого в парообразное состояние, происходящий при соприкосновении органов растения с ненасыщенной водой атмосферой. Однако этот процесс осложнен физиологическими и анатомическими особенностями растения, и его называют транспирацией.
Количество воды, испаряемой растением, во много раз превосходит объем содержащейся в нем воды. Экономный расход воды составляет одну из важнейших проблем сельскохозяйственной практики. К. А. Тимирязев назвал транспирацию, в том объеме, в каком она идет, необходимым физиологическим злом. Действительно, в обычно протекающих размерах транспирация не является необходимой. Так, если выращивать растения в условиях высокой и низкой влажности воздуха, то, естественно, в первом случае транспирация будет идти со значительно меньшей интенсивностью. Однако рост растений будет одинаков или даже лучше там, где влажность воздуха выше, а транспирация меньше.
Вместе с тем транспирация в определенном объеме полезна растительному организму:
1. Транспирация спасает растение от перегрева, который ему грозит на прямом солнечном свете. 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 около 30-33°С). Именно благодаря высокой транспирирующей способности многие растения хорошо переносят повышенную температуру.

2. Транспирация создает непрерывный ток воды из корневой системы к листьям, который связывает все органы растения в единое целое.

3. С транспирационным током передвигаются растворимые минеральные и частично органические питательные вещества, при этом, чем интенсивнее транспирация, тем быстрее идет этот процесс.

Как уже говорилось, механизм поступления питательных веществ и воды в клетку различен. Однако некоторое количество питательных веществ может поступать пассивно, и этот процесс может ускоряться с увеличением транспирации.

Основным транспирирующим органом является лист. Средняя толщина листа составляет 100-200 мкм. Паренхимные клетки листа расположены рыхло, между ними имеется система межклетников, составляющая в общей сложности от 15 до 25% объема листа.

Эпидермис -- покровная ткань листа, состоит из компактно расположенных клеток, наружные стенки которых утолщены. Кроме того, листья большинства растений покрыты кутикулой, в состав которой входят оксимонокарбоновые кислоты, содержащие по 16-28 атомов углерода и по 2-3 гидроксильные группы. Эти кислоты соединены друг с другом в цепочки с помощью эфирных связей. Кутикула варьирует как по составу, так и по толщине.

Более развитой кутикулой характеризуются листья светолюбивых растений по сравнению с теневыносливыми и засухоустойчивых по сравнению с влаголюбивыми. Кутикула вместе с клетками эпидермиса образует как бы барьер на пути испарения паров воды. Особенно значительную преграду составляет кутикула. Удаление кутикулы во много раз повышает интенсивность испарения. Все эти особенности выработались в процессе эволюции как приспособление к сокращению испарения. Для соприкосновения листа с атмосферой имеются поры – устьица.
4. От каких внешних факторов зависит интенсивность транспирации?
1.Доступность воды растениям. При недостатке воды в почве интенсивность транспирации снижается. При ее избытке происходит то же самое из-за плохой аэрации корней.
2.Засоление почвы также снижает транспирацию из-за отсутствия нужного градиента сосущих сил между почвенным раствором и клетками корневых окончаний.
3.Сильное охлаждение или перегрев почвы и воздуха. Низкие температуры инактивируют ферменты, затрудняя поглощение воды и замедляя транспирацию. Высокие температуры способствуют перегреву листьев, усиливая транспирацию.
4.Свет. На свету температура листа повышается и транспирация усиливается, а физиологическое действие света – это его влияние на движение устьиц – на свету растения траспирируют сильнее, чем в темноте
5.Ветер способствует повышению транспирации благодаря уносу паров воды, создавая их дефицит у поверхности листьев.
6.Влажность воздуха. При избыточной влажности транспирация снижается (в теплицах), в сухом воздухе – повышается.
Интенсивность транспирации — это количество воды, испаряемой растением (в мг) за единицу времени (ч) единицей поверхности листа (в дм2). Транспирационный коэффициент — количество воды (в г), испаряемой растением при накоплении им 1 г сухого вещества (транспирационные коэффициенты обычно колеблются от 300 до 1500). Продуктивность транспирации — величина, обратная транспирационному коэффициенту,— это количество сухого вещества (в г), накопленного растением за период, когда оно испаряет 1 кг воды. Относительная транспирация — отношение воды, испаряемой листом, к воде, испаряемой со свободной водной поверхности той же площа­ди за один и тот же промежуток времени. Экономность транспира­ции — количество испаряемой воды (в мг) на единицу (1 кг) воды, содержащейся в растении.
5. Какие типы устьичных движений вам известны? Каков их механизм?
Устьице -- это отверстие (щель), ограниченная двумя замыкающими клетками.
Устьица встречаются у всех наземных органов растения, но больше всего у листьев. Каждая замыкающая клетка устьица имеет хлоропласты, в отличие от клеток эпидермиса. В них осуществляется фотосинтез, хотя с меньшей интенсивностью, чем в клетках мезофилла.
Устьица -- одно из оригинальных приспособлений, обладающих способностью открываться и закрываться в зависимости от насыщенности замыкающих клеток водой. Обычно устьичные отверстия ограничены двумя замыкающими клетками, стенки которых неравномерно утолщены. У двудольных растений замыкающие клетки бобовидной, или полулунной, формы, при этом их внутренние прилегающие друг к другу стенки более толстые, а внешние -- более тонкие. Когда воды мало, замыкающие клетки плотно прилегают друг к другу и устьичная щель закрыта. Когда воды в замыкающих клетках много, то она давит на стенки и более тонкие стенки растягиваются сильнее, а более толстые втягиваются внутрь, между замыкающими клетками появляется щель.
Механизмы движения устьиц в темноте и на свету.
1.Фотоактивные движения устьиц. С восходом солнца количество углекислоты уменьшается из-за фотосинтеза, что приводит к повышению рН до 7,3, активизируется фермент фосфорилаза, расщепляющий крахмал до простых сахаров. Накопление которых в клетках вызывает повышение осмотического давления и сосущей силы замыкающих клеток, активируя поглощение ими воды. Объем замыкающих клеток увеличивается, устьица открываются и транспирация увеличивается. Вечером идет обратный процесс.
2.Гидроактивные движения устьиц. Наблюдаются в полуденные часы при большой сухости почвы и воздуха, когда количество воды в замыкающих клетках снижается и устьица закрываются.
3.Гидропассивные движения устьиц. Гидропассивное закрывание устьиц происходит в период продолжительных дождей, когда клетки настолько насыщены водой и увеличены в объеме, что сдавливают замыкающие клетки и устьица закрываются

Фотоактивная реакция. Фотоактивные движения проявляются в открывании устьиц на свету и закрывании в темноте; особенное значение имеют красные и синие лучи, т. е. те, которые наиболее эффективны в процессе фотосинтеза. Это имеет большое приспособительное значение, так как благодаря открытию устьиц на свету к хлоропластам диффундирует СО2, необходимый для процесса фотосинтеза.
(Механизм фотоактивных движений устьиц не является вполне ясным. Свет оказывает косвенное влияние через изменение концентрации СО2 в замыкающих клетках устьиц. Если концентрация СО2 в межклетниках падает ниже определенной величины (эта величина зависит от вида растений), устьица открываются. При повышении концентрации СО2 устьица закрываются. В замыкающих клетках устьиц всегда имеются хлоропласта и происходит фотосинтез. На свету СО2 ассимилируется в процессе фотосинтеза, содержание ее падает. Согласно гипотезе канадского физиолога У. Скарса, СО2 оказывает влияние на степень открытости устьиц через изменение рН в замыкающих клетках. Уменьшение содержания СО2 приводит к повышению рН (сдвигу в щелочную сторону). Напротив, темнота вызывает повышение содержания СО2 (вследствие того, что СО2 выделяется при дыхании и не используется в процессе фотосинтеза) и снижение рН (сдвиг в кислую сторону). Изменение рН приводит к изменению активности ферментных систем

Открывание устьиц предупреждается, а закрывание стимулируется фитогормоном -- абсцизовой кислотой (АБК). Интересно в связи с этим, что АБК тормозит образование ферментов, участвующих в распаде крахмала. Имеются данные, что под влиянием абсцизовой кислоты содержание АТФ падает. Вместе с тем АБК уменьшает поступление К+, возможно, за счет уменьшения выхода ионов Н+ (торможение Н+ -- помпы).)
Движение устьичных клеток оказалось зависимым от температуры. При исследовании ряда растений показано, что при температуре ниже 0°С устьица не открываются. Повышение температуры выше 30°С вызывает закрытие устьиц. Возможно, это связано с повышением концентрации СО в результате увеличения интенсивности дыхания. Вместе с тем имеются наблюдения, что у разных сортов пшеницы реакция устьиц на повышенную температуру различна. Длительное воздействие высокой температуры повреждает устьица, в некоторых случаях настолько сильно, что они теряют способность открываться и закрываться.
Замыкающие клетки называются так потому, что они путем активного периодического изменения тургора меняют свою форму таким образом, что устьичная щель то открывается, то закрывается. Для этих устьичных движений большое значение имеют следующие две особенности.

Во-первых, замыкающие клетки в отличие от остальных клеток эпидермиса содержат хлоропласты, в которых на свету происходит фотосинтез и образуется сахар. Накопление сахара как осмотически деятельного вещества вызывает изменение тургорного давления замыкающих клеток по сравнению с другими клетками эпидермиса.

Вода — важнейшее условие жизни растений. Благодаря воде в растении совершаются жизненно необходимые физиологические и биохимические процессы. Она участвует в образовании органического вещества в процессе фотосинтеза. Вода служит средством связи растения с внешней средой, так как в ней растворяются нужныеминеральные соли, что обеспечивает их поступление из почвы в растение через его корни. С помощью воды внутри растения передвигаются поглощенные корнями минеральные вещества и образующиеся в листьях органические вещества.

Вода поддерживает все ткани растения в состоянии тургора (напряжения), что является важнейшим условием его нормальной жизнедеятельности. Наконец, вода входит в состав всехчастей клеток и тканей растения. Процент содержания воды в разных частях растения колеблется в широких пределах, но везде он достигает весьма значительной величины.

2) Поглощение воды растительной клеткой:
А) набухание коллоидов;
Б) осмотические процессы в растительной клетки;

Вода поглощается корневым волоском как пассивно (по законам осмоса), так и активно. Проникнув в корневой волосок,далее вода поступает в эндодерму. Переход воды по клеткам паренхимы корня до эндодермы осуществляется также по законам осмоса.

По Д.П. Сабинину переход воды внутри клетки и из клетки в клетку обуславливается разностью осмотического давления. В клетке всегда поддерживается такое состояние, когда в одной части протопласта А непрерывно проходят реакции синтеза, образования веществ, вследствие чегоувеличивается концентрация веществ, а, следовательно, и осмотическое давление, в другой же части протопласта В происходит постоянное превращение осмотически активных веществ в осмотически неактивные (например глюкозы в крахмал), вследствие чего осмотическое давление в этой части клетки уменьшается. Возникающий ток воды и обуславливает возникновение гидростатической силы и передачу воды внутри клетки и от клетки кклетке. Большая часть биоколлоидов клетки принадлежит к гидрофильным соединениям, способным к обратимым изменениям степени своей оводненности. Поглощая воду, коллоидная мицелла набухает, при отдаче же ею воды происходит отбухание. При этом в клетке развиваются весьма значительные силы, достигающие иногда сотен атмосфер.

Сила, которую нужно приложить к коллоидной системе, чтобы предотвратитьпоглощение ею воды, называется давлением набухания. Этому свойству биоколлоидов принадлежит важная роль в процессах поглощения протоплазмой воды, в передаче воды в вакуоль и в выделении воды клеткой. При прорастании семян, например, обусловленном только явлением набухания, поглощение воды идет с силой до 105 кПа.

Эндодерма - самый внутренний слой первичной коры, облекающий центральный цилиндр, частьэндодермы представлена тонкостенными клетками, называющимися пропускными. Именно через эти клетки вода под давлением проникает из клеток коры корня в центральный сосудистый цилиндр (ксилему).

3) Двигатели водного тока в растении.
Основной силой, вызывающей поступление и передвижение воды в растении, является процесс транспирации, в результате которого возникает градиент водного потенциала. Как ужеупоминалось, водный потенциал — это мера энергии, используемой водой для передвижения. Чем меньше насыщенность водой данной системы, тем меньше (более отрицателен) ее водный потенциал. При потере воды растением в процессе транспирации создается ненасыщенность клеток листа водой, как следствие, водный потенциал становится более отрицательным. Поступление воды идет в сторону более отрицательноговодного потенциала. Так называемый верхний концевой двигатель водного тока в растении — это транспирация листьев. Однако вода может поступать в побеги и через мертвую корневую систему, причем в этом случае поглощение воды даже ускоряется. Кроме верхнего концевого двигателя водного тока, в растениях существует нижний концевой двигатель. Это хорошо доказывается на.

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Содержание Введение

. Морфоанотомические основы поглощения и движения воды

.1 Корневая система как орган поглощения воды

.2 Основные двигатели водного тока

.3 Передвижение воды по растению

. Транспирация: физиологические механизмы

.1 Назначение транспирации

.2 Лист как орган транспирации

. Адаптация к дефициту воды

Приложение Введение Вода является основной составной частью растительных организмов. Её содержание доходит до 90 % от массы организмов, и она участвует прямо или косвенно во всех жизненных проявлениях. Вода- это та среда, в которой протекает все процессы обмена веществ. Она составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает ее структуру, устойчивость входящих в состав цитоплазмы коллоидов, обеспечивает определенную конфирмацию 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.[1]

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 организмов 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 насыщенна водой.

Основным источником влаги является вода, находящаяся в почве, и основным органном поглощения воды является корневая система. Роль этого органа прежде всего заключается в том, что благодаря огромной поверхности обеспечивается поступление воды в растения из возможно большого объема почвы. Сформировавшаяся корневая система представляет собой сложный орган с хорошо дифференцированной внешней и внутренней структурой.[1]

Растение может испытывать недостаток влаги не только в тех случаях, когда ее мало в почве. Сильная кислотность почвы и высокая концентрация легкорастворимых солей в почве могут ограничивать всасывающую силу корней при достаточном содержании воды. Такое состояние почвы в отличие от физической сухости называют физиологической сухостью.[13]

Цели и задачи курсовой работы:

Данная курсовая работа посвящена изучению роли воды в жизни растений, водного режима растений. Задача курсовой работы заключается в том, чтобы изучить физические процессы в растении связные с водой и их роль в жизни растений. 1. Морфоанотомические основы поглощения и движения воды .1 Корневая система как орган поглощения воды Рост корня, его ветвление продолжается в течение всей жизни растительного организма, то есть практически он не ограничен. Меристемы- образовательные ткани- расположены на верхушке каждого корня. Доля меристематических клеток сравнительно велика (10% по массе против 1% у стебля).

Определение размеров корневых систем требует специальных методов. Очень много в этом отношении достигнуто благодаря работам русских физиологов В.Г.

Читайте также: