|
Вода поступает в корневые волоски растения вследствие осмоса и испаряет из листьев путем транспирации, поэтому совершенно ясно, что существует довольно постоянный ток воды в растении.
Поглощенная корнями вода и питательные вещества подаются в надземные части растения с большой силой. Это легко наблюдать, если срезать стебель какого-нибудь растения или весной сделать углубление в стволе березы.
Корневое давление может обеспечить подачу воду и питательных веществ на 2-3 м. Существует предел давления, при котором разрывается столб воды – 1 кг на 1 см2, и самая большая высота, на которую насос может поднять воду, равен примерно 10 м.
Вертикальное движение воды в стеблях растений объясняется явлением когезии – взаимного притяжения молекул, в сил которого молекулы воды прочно держатся вместе и противодействуют разъединению. Так, растительной клетке необходимо приложить усилие во много тысяч килограммов на 1 см2, чтобы разорвать нитевидный, заключенный в трубку, столб воды и создать вакуум.
Следовательно, лист может всасывать воду из проводящей системы растения с силой в сотню атмосфер. Благодаря этому вода поднимается до вершины таких деревьев-великанов, как калифорнийские секвойи высотой более ста метров.
Еще два столетия назад полагали, что передвижение веществ из надземной части растения в корни происходит под влиянием силы тяжести самого сока. Но такое толкование не объясняло механизм переброса веществ в те части растения, которые находились в горизонтальном направлении. Поэтому были предприняты попытки иного объяснения – путем диффузии. Но дальнейшие исследования показали, что этим путем вещества передвигаются очень медленно. Например, 1 мг сахара путем диффузии проходит расстояние в 1 м за 2 года и 7 месяцев. Понятно, что, двигаясь с такой скоростью, сахара не могли бы попасть из листьев в корни за весь период вегетации растений.
Для объяснения механизма флоэмного транспорта была выдвинута гипотеза тока под давлением, которая дает самое простое и наиболее широко признанное объяснение дальнего транспорта ассимилятов по ситовидным трубкам.
В кратком изложении гипотеза тока под давлением утверждает, что ассимиляты транспортируются от источника (листьев) к месту потребления (например, корню) по градиенту тургорного давления, возникающего в результате осмоса.
В растении сахароза, образовавшаяся в листе, активно секретируется в ситовидные трубки. Этот активный процесс, называемый загрузкой флоэмы, уменьшает водный потенциал в ситовидных трубках и приводит к тому, что в них путем осмоса поступает вода, попадающая в лист с транспирационным током. В результате поступления воды в ситовидные трубки донора (т.е. листа) сахароза пассивно переносится водой к акцептору (например, в запасающий корень), где сахароза удаляется (разгружается) из ситовидных трубок. Сахароза может здесь либо использоваться, либо откладываться, но основная часть воды возвращается в ксилему и рециркулирует в транспирационном токе.
|
Вода надходить у рослини кореневі волоски внаслідок осмосу і випаровує з листя шляхом транспірації, тому цілком зрозуміло, що існує досить постійний струм води в рослині.
Поглинена корінням вода і поживні речовини подаються в надземні частини рослини з великою силою. Це легко спостерігати, якщо зрізати стебло якої-небудь рослини або навесні зробити поглиблення в стовбурі берези.
Кореневе тиск може забезпечити подачу воду і поживних речовин на 2-3 м. Існує межа тиску, при якому розривається стовп води – 1 кг на 1 см2, і найбільша висота, на яку насос може підняти воду, дорівнює приблизно 10 м.
Вертикальний рух води в стеблах рослин пояснюється явищем когезії – взаємного тяжіння молекул, сил якого молекули води міцно тримаються разом і протидіють роз'єднання. Так, рослинній клітині необхідно докласти зусилля у багато тисяч кілограмів на 1 см2, щоб розірвати ниткоподібний, укладений в трубку, стовп води і створити вакуум.
Отже, лист може всмоктувати воду з провідної системи рослини з силою до сотні атмосфер. Завдяки цьому вода піднімається до вершини таких дерев-велетнів, як каліфорнійські секвої заввишки більше ста метрів.
Ще два століття тому вважали, що пересування речовин з надземної частини рослини до коріння відбувається під впливом сили тяжкості самого соку. Але таке тлумачення не пояснювала механізм перекидання речовин в ті частини рослини, які знаходилися в горизонтальному напрямку. Тому були зроблені спроби іншого пояснення – шляхом дифузії. Але подальші дослідження показали, що цим шляхом речовини пересуваються дуже повільно. Наприклад, 1 мг цукру шляхом дифузії проходить відстань в 1 м за 2 роки і 7 місяців. Зрозуміло, що, рухаючись з такою швидкістю, цукру не могли б потрапити з листків у корені за весь період вегетації рослин.
Для пояснення механізму флоэмного транспорту була висунута гіпотеза струму під тиском, яка дає найпростіше й найбільш широко визнане пояснення далекого транспорту асимілятів по ситовидних трубках.
В короткому викладі гіпотеза струму під тиском стверджує, що ассимиляты транспортуються від джерела (листя) до місця споживання (наприклад, корені) по градієнту тургорного тиску, що виникає в результаті осмосу.
У рослині сахароза, що утворилася в листі, активно секретується в ситовидні трубки. Цей активний процес, званий завантаженням флоеми, зменшує водний потенціал у ситовидних трубках і призводить до того, що в них шляхом осмосу надходить вода, яка потрапляє в аркуш з транспирационным струмом. В результаті надходження води в ситовидних трубках донора (тобто аркуша) сахароза пасивно переносяться водою до акцептору (наприклад, в запасає корінь), де сахароза видаляється (розвантажується) з ситовидних трубок. Сахароза тут може або використовуватися, або відкладатися, але основна частина води повертається в ксилему і рециркулює в транспирационном струмі.
|
|
Многие растения пустынь, например, кактусы, сталкиваются с жизненно важной проблемой. Как известно, растениям для фотосинтеза нужен свет и углекислый газ. Чтобы углекислый газ проникал в растения, устьица должны быть открытыми. Однако открывать устьица небезопасно: растение может потерять слишком много воды.
Кактусам и другим пустынным растениям помогают особенности их метаболизма.
Устьица открываются ночью, когда испарение влаги меньше. Ночью растение запасает углекислый газ в вакуолях в виде яблочной кислоты. Днем устьица плотно закрываются, яблочная кислота разрушается с выделением углекислого газа. Таким образом днем растения получают свет, и углекислый газ, а устьица оставляют закрытыми.
В течение суток из-за периодического накопления и расходования яблочной кислоты изменяется рН клеточного сока. Ночью растения более кислые на вкус, чем днем. Интересно, что еще задолго до выяснения особенностей метаболизма пустынных растений ботаники отмечали различный вкус этих растений в течение суток.
Как вы знаете, в процессе фотосинтеза выделяется кислород. Оказывается, устьица кактусов закрыты так плотно, что кислород не может выходить из растения, и оно увеличивается в объеме (примерно на одну десятую часть). Вечером, когда устьица открываются, растение резко уменьшает свой объем, «выбрасывая» накопленный в течение дня кислород.
Таким образом, растения пустынь занимаются газообменом в ночные часы, что позволяет сильно снизить расходы воды на испарение.
|
Багато рослини пустель, наприклад, кактуси, стикаються з життєво важливою проблемою. Як відомо, рослинам для фотосинтезу потрібен світло і вуглекислий газ. Щоб вуглекислий газ проникав у рослини, продихи повинні бути відкритими. Однак відкривати продихи небезпечно: рослина може втратити занадто багато води.
Кактусів та інших пустельних рослин допомагають особливості їх метаболізму.
Продихи відкриваються вночі, коли випаровування вологи менше. Вночі рослина запасає вуглекислий газ у вакуолях у вигляді яблучної кислоти. Вдень продихи щільно закриваються, яблучна кислота руйнується з виділенням вуглекислого газу. Таким чином днем рослини отримують світло, і вуглекислий газ, а продихи залишають закритими.
Протягом доби за періодичного накопичення і витрачання яблучної кислоти змінюється рН клітинного соку. Вночі рослини більш кислі на смак, ніж вдень. Цікаво, що ще задовго до з'ясування особливостей метаболізму пустельних рослин ботаніки відзначали різний смак цих рослин протягом доби.
Як ви знаєте, у процесі фотосинтезу виділяється кисень. Виявляється, продихи кактусів закриті так щільно, що кисень не може виходити з рослини, і воно збільшується в об'ємі (приблизно на одну десяту). Увечері, коли продихи відкриваються, рослина різко зменшує свій об'єм, «викидаючи» накопичений протягом дня кисень.
Таким чином, рослини пустель займаються газообміном в нічні години, що дозволяє сильно знизити витрати води на випаровування.
|
