водный обмен растений. водный обмен. Водный обмен растений 1 вода в жизни растений
 Скачать 23.29 Kb.
|
|
Водный обмен растений 2.1 вода в жизни растений Вода является основным компонентом живого, составляя в среднем 80-90% массы растения. Особенно богаты водой сочные плоды (80-95% сырой массы). Наиболее бедны водой зрелые семена. Гомеостатическая вода -это пороговое содержание в тканях воды, ниже которого растение уже не в состоянии поддерживать основные физиологические функции, повреждается и погибает. В биохимических превращениях (фотосинтез, дыхание) принимает участие не более 1% воды в растении. 2.1.1 структура воды Воды может находиться в трех агрегатных состояниях - газообразном, жидком и твердом. На основе любой структуры лежит молекулярное строение воды. Молекула воды обладает большим дипольным моментом за счет смещения электронов к кислороду и способностью образовывать водородные связи с соседними молекулами. Водородная связь осуществляется за счет электростатистического взаимодействия по донорно-акцепторному механизму. Структурированностью объясняются физико-химические свойства, выделяющие воду среди жидкостей: сжатие при плавлении, увеличение плотности с повышением температуры, понижение теплоёмкости, высокие температуры плавления и кипения. Общепринято, что вода состоит из молекул Н2О, объединённых в группы так называемыми водородными связями. Их наличие обусловлено притяжением между положительно заряженными атомами водорода и отрицательно заряженными атомами кислорода. Свойства воды: высокая теплоемкость, высокая растворяющая способность, структурированность, поглощает инфракрасную радиацию. 2.1.2 влияние ионов на состояние воды При взаимодействии ионов с молекулами воды происходит ориентация диполей воды электрическом поле иона. Ионы понижают трансляционное движение воды а другие его наоборот усиливают. в первом случае говорят о положительной гидратации во 2 об отрицательной. Катионы взаимодействует с отрицательно заряженными атомами кислорода молекул воды, тогда как анионы с положительными зарядами диполя воды. Воду, связанную ионами и низкомолекулярными соединениями называют осмотически связанной. 2.1.3 уровень макромолекул взаимодействие высокополимерных веществ с водой включает следующие способы: Гидратацию ионизированных и полярных групп, стабилизацию структуры воды около неполярных групп, иммобилизацию воды. Гидратация ионизированных и гетерополярных групп состоит в электростатическом притяжении молекул воды. Особое положение занимает иммобилизованная макромолекулами вода. Иммобилизация представляет собой механический захват воды при конформационных изменениях макромолекул или их комплексов, при этом вода оказывается заключенной в замкнутом пространстве внутри макромолекулы или между макромолекулами. Белки могут иммобилизовать воды в 30 раз больше, чем весят сами. 2.1.4 уровень мембран возможности взаимодействия воды с неводными компонентами расширяются при переходе к более сложным структурам. мембраны содержат 30% воды. при обезвоживании происходит изменение структуры мембраны закрывание гидрофильных пор и снижение проницаемости. 2.1.5 клеточный уровень В зрелой растительной клетке можно выделить 3 основных компартмента, различающихся по состоянию воды: клеточные стенки, протоплазма и вакуоль. клеточные стенки составляют 10% воды от объема ткани. Протоплазма 65%. пипольфен вытесняя кальций из плазмалеммы разрыхляет её, увеличивая проницаемость как для воды так и для ионов. 2.1.6 уровень целостного растения вода в растении существует в форме конституционной(химически связанной), гидратационной, резервной, заполняющей водосборные полости в вакуолях и в форме интерстициальной, которая выполняет транспортные функции в проводящих путях. роль воды в растительном организме заключается в следующем: Вода структурообразователь протоплазмы. макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, мембраны могут сохранять свою структуру и функциональную активность только при наличии водородных связей с водным матриксом. вода - растворитель разнообразных веществ ,обеспечивает транспорт минеральных и органических веществ и газов по растению. Вода - активный участник биохимических превращений, принимает участие в фотосинтезе и дыхании. Способствует стабилизации температуры растений. Поддерживает тургесцентное состояние растений, что обеспечивает сохранение формы травянистых растений, определенную ориентацию органов в пространстве. Обеспечивает связь органов друг с другом. 2.2 осмотические процессы в растительной клетке 2.2.1 осмотическое и тургорное давление. Сосущая сила клетки Осмотическое давление – это сила, которая заставляет воду переходить через полупроницаемую мембрану в раствор. Когда раствор отделен от воды полупроницаемой мембраной, которая пропускает только растворитель и непроницаема для растворенных веществ, возникает односторонний ток воды по градиенту, ее активности направлении раствора-этот процесс называется осмос Растворы с одинковым давлением называются изотоническими. Раствор имеющий большее осмотическое давление называется гипертоническим. Меньшее - гипотоническим. Тургорное давление — внутреннее давление, которое развивается в растительной клетке, когда в неё в результате осмоса входит вода, и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку. СОСУЩАЯ СИЛА КЛЕТКИ — величина, выражающая разность между осмотическим потенциалом клетки растения (Р) и противодавлением клеточной оболочки тургором (Т) при данном содержании в клетке воды. 2.2.2 плазмолиз и условия его возникновения. Формы плазмолиза. Осмотическое давление методом плазмолиза. Плазмолиз – сокращение объема вакуоли и отделение протопласта от клеточной стенки при недостатке воды в растении (или в отдельной клетке) . Плазмолиз наступает из-за выхода воды из вакуоли из вакуоли через цитоплазму и клеточную стенку наружу. Плазмолиз может быть вызван искусственно при погружении клетки в гипертонический раствор какой-либо соли или сахара. Плазмолиз возможен в клетках, имеющих плотную клеточную стенку (у растений, грибов, крупных бактерий) формы плазмолиза — начальная стадия; — вогнутый; — выпуклый (время перехода от вогнутого плазмолиза к выпуклому служит показателем вязкости цитоплазмы); — судорожный (при быстром действии концентрированного плазмолитика и высокой степени вязкости цитоплазмы). При определении осмотического давления пользуются методом плазмолиза. Известно, что при погружении растительной ткани в раствор соли, концентрация которого выше (гипертонический), чем концентрация клеточного сока, будет наблюдаться явление, плазмолиза — отставание цитоплазмы от клеточных стенок. В изотоническом и гипотоническом растворах плазмолиза не будет. 2.2.3 проницаемость протоплазмы для различных веществ. Действие одновалентных и двухвалентных ионов на проницаемость протопламзы Проницаемость протоплазмы — это способность протоплазмы поглощать определенные вещества из внешней среды и выделять некоторые вещества, содержащиеся в ней, во внешнюю среду. Одновалентные ионы калия вызывают гидратацию (обводнение) протоплазмы, и она делается более жидкой, а двухвалентные ионы оказывают противоположное действие, обезвоживая протоплазму. Такое различное действие ионов легко наблюдается при получении плазмолиза, форма и время получения которого зависят от плазмолитика — вещества, вызывающего плазмолиз. 2.3 поглощение воды сухим семенем Сухие семена, находящиеся в состоянии покоя, поглощают воду из воздуха (если его относительная влажность больше 75%) или из какого-либо субстрата до наступления критической влажности, которая является строго определенной величиной для каждой культуры. Поступающую воду поглощают гидрофильные коллоиды семени. 2.4 двигатели водного потока в растении. Восходящий поток продвижения веществ в растении Поглощение воды корневой системой идет благодаря работе двух концевых двигателей водного тока: верхнего концевого двигателя, или присасывающей силы испарения (транспирации) , и нижнего концевого двигателя, или корневого двигателя. Основной силой, вызывающей поступление и передвижение воды в растении, является присасывающая сила транспирации, в результате которого возникает градиент водного потенциала. Водный потенциал - это мера энергии, используемой водой для передвижения. Водный потенциал и сосущая сила одинаковы по абсолютному значению, но противоположны по знаку. 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, возникает сосущая сила (водный потенциал падает) . поступление воды идет в сторону большей сосущей силы, или меньшего водного потенциала. верхний концевой двигатель водного тока в растении - это присасывающая сила транспирации листьев, и его работа мало связана с жизнедеятельностью корневой системы. в растениях существует нижний концевой двигатель. Это хорошо доказывается на примере таких явлениях, как гуттация. Вода и растворенные в ней минеральные соли в растении поднимаются по сосудам древесины снизу вверх- от корней к листьям. Восходящий ток определяется силой всасывания воды корневыми волосками и скоростью ее испарения листьями. Корни добывают из почвы и снабжают другие части растения водой и минеральными солями. Вода испаряется листьями, а соли остаются в клетках ив месте с продуктами фотосинтеза составляют сухое вещество. Восходящий ток веществ имеет важное значение для объединения всех частей растения в единый организм. Кроме того он нужен для обеспечения всех клеток водой. Особенно важно достаточное поступление воды для зеленых листьев в которых происходит фотосинтез. 2.5 гуттация,условия ее возникновения Листья растений, клетки которых насыщены водой, в условиях высокой влажности воздуха, препятствующей испарению, выделяют капельно-жидкую воду с небольшим количеством растворенных веществ - гуттация. Выделение жидкости идет через специальные водные устьица - гидаторы. Выделяющаяся жидкость - гутта. Таким образом, процесс гуттации является результатом одностороннего тока воды, происходящего в отсутствие транспирации. 2.6 поглощение воды корневой системой Различают пассивное и активное поглощение воды корневой системой. Пассивное поглощение воды осуществляется за счет сосущих сил листьев, теряющих воду в процессе испарения (транспирации). Активное поглощение связано с метаболизмом клеток корня и проявляется в явлениях «плача» и гуттации. 2.6.1 доступность почвенной воды для растений. Формы воды в почве. Коэффициент завядания Доступность почвенной воды растениям определяется в основном двумя гидрофизическими характеристиками почвы: потенциалом (давлением) почвенной воды и способностью почвы проводить поток воды, т. е. коэффициентом влагопроводности. В зависимости от подвижности и доступности растениям различают несколько форм воды в почве: 1) гравитационную; 2) капиллярную; 3) сорбированную; 4) парообразную; 5) грунтовую; 6) твердую; 7) химически связанную и кристаллизационную. для питания растений имеет значение только гравитационная и капиллярная вода, а остальные формы почвенной влаги, кроме небольшой части пленочной, растениям недоступны. Гравитационная вода заполняет капиллярные поры между структурными — отдельностями, по которым она передвигается под влиянием силы тяжести Капиллярная вода заполняет капиллярные поры, главным образом, внутри структурных отдельностей. Она может передвигаться в почве во всех направлениях. Сорбированная вода удерживается на поверхности почвенных частиц сорбционными силами, то есть молекулы воды притягиваются к твердым частицам почвы и прочно удерживаются ими. Эту форму воды подразделяют на два вида: пленочную и гигроскопическую. Пленочная вода окружает твердые частицы почвы в виде пленки, притягиваясь к ним под действием поверхностной энергии. Она передвигается только под влиянием молекулярных сил в разных направлениях, но всегда от более толстых пленок к тонким. Гигроскопическая влага представляет собой молекулы водяного пара, удерживаемые поверхностным притяжением почвенных частиц подобно тому, как удерживается пленочная вода. Поэтому гигроскопическая влага не принимает участия в газовом давлении окружающей среды и не способна передвигаться. Для растений она недоступна, полностью удаляется при высушивании почвы в течение нескольких часов при температуре 100—105 °С. Свободная парообразная влага входит в состав почвенного воздуха в виде отдельных молекул водяного пара и поэтому принимает участие в газовом давлении и передвигается из мест с большей упругостью пара в места с меньшей упругостью. Она недоступна для растений, но при переходе в капельно жидкую может усваиваться ими. Грунтовая вода — это влага водоносного слоя почвы, лежащего ниже почвенной толщи, удерживаемая слоем водоупора. Использование грунтовой воды растениями возможно, но при близком залегании и поднятии до корнеобитаемого слоя. Твердая вода (лед) — переход влаги из жидкого состояния в твердое происходит у свободных форм влаги при температуре ниже 0 °С. Химически связанная и кристаллизационная вода входит в состав молекул минералов в виде ионов. Кристаллизационная вода находится в составе кристаллических веществ в виде молекул. Растениям эти формы воды недоступны. Коэффициент завядания - показатель, который характеризует почву, а не особенность растения. Чем легче почва, тем полнее используется растениями имеющаяся в ней вода, тем меньше ее влагоемкость. Влагоемкость тяжелых глинистых почв выше, следовательно, и мертвый запас воды в них больше. 2.6.2 плач растений. Влияние внешних условий на качество выделяемой пасоки. корневое давление, его величины, зависимость от внешних и внутренних условий Если перерезать стебель травянистого растения или молодого всхода древесного растения (клен, яблоня) на небольшом расстоянии от поверхности почвы (под корень) то легко обнаружить, что через некоторое время из места разреза начинают вытекать капли жидкости. Это явление называют «плачем» растения, а вытекающую жидкость – соком плача, или пасокой. Влияние внешних условий характеризует плач как явление, связанное с жизнедеятельностью растения. Устранение кислорода, хлороформирование растения останавливают истечение пасоки; выделение её усиливается при повышении температуры и, обратно, останавливается при низких температурах. В отсутствии кислорода, под влиянием дыхательных ядов, при понижении температуры плач приостанавливается Сила, заставляющая пасоку подниматься от корней вверх по стеблю, называется корневым давлением. Важным фактором, влияющим на поглощение воды, является аэрация (обеспечение корней свободным кислородом воздуха). На очень плотных почвах, почвах затопленных водой, интенсивность поглощения воды резко тормозится. Основная причина снижения водопоглощения при недостатке кислорода – ингибирование дыхания и токсическое действие недоокисленных продуктов, накапливающихся в почве при плохой аэрации. Нижние границы концентрации кислорода в почвенном воздухе находятся в пределах 6-8%. Корни лучше всего поглощают воду при высоком содержании кислорода. 2.6.3 механизм явлений плача и гуттации процесс гуттации является результатом одностороннего тока воды, происходящего в отсутствие транспирации. Если перерезать стебель травянистого растения или молодого всхода древесного растения (клен, яблоня) на небольшом расстоянии от поверхности почвы (под корень) то легко обнаружить, что через некоторое время из места разреза начинают вытекать капли жидкости. Это явление называют «плачем» растения. |