Шпаргалка по "Биологии"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. корневая система как орган поглощения воды растением.

Наземные растения, в основном, поглощают воду из почвы. 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.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. Радиальный транспорт-транспорт по радиусу корня и в листьях от сосудов жилок листа до испаряющейся поверхности. Путь по живым клеткам связан с преодолением мембран, поэтому имеет низкую скорость(1 ммв час)

Через клетки коры возможны два пути транспорта воды и растворов  минеральных солей: по симпласту  и апопласту. Более быстрый транспорт  воды происходит по апопласту, так как  в цитоплазме вода отвлекается на нужды клетки.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.Вода пассивно диффундирует в сосуды ксилемы благодаря осмотическому механизму. Осмотически активными веществами в сосудах являются минеральные ионы и метаболиты, выделяемые насосами плазмалеммы паренхимных клеток, окружающих сосуды. Сосущая сила сосудов выше, чем у окружающих клеток из-за повышающейся концентрации ксилемного сока и отсутствия значительного противодавления со стороны малоэластичных клеточных стенок. В результате поступления воды в сосудах ксилемы развивается гидростатическое давление, получившее название корневого давления. Оно участвует в поднятии ксилемного раствора по сосудам ксилемы из корня в надземную часть растения. Поднятие воды по растению вследствие развивающегося корневого давления называют нижним концевым двигателем.Примером работы нижнего концевого двигателя служат плач растений. Весной у кустарников и деревьев с еще нераспустившимися листьями можно наблюдать интенсивный ксилемный ток снизу вверх через надрезы ствола и веток. У травянистых растений при отрезании стебля из пенька выделяется ксилемный сок, называемый пасокой.Поступление воды через корневую систему сокращается с понижением температуры. Это происходит по следующим причинам: 1) повышается вязкость воды и поэтому снижается ее подвижность, 2) уменьшается проницаемость протоплазмы для воды, 3) тормозится рост корней, 4) уменьшается скорость метаболических процессов. Поступление воды снижается при ухудшении аэрации почвы. Это можно наблюдать, когда после сильного дождя почва залита водой, но при ярком солнце из-за сильного испарения растения завядают. Большое значение имеет концентрация почвенного раствора. Вода поступает в корень только тогда, когда водный потенциал корня меньше водного потенциала почвы. Если почвенный раствор имеет более отрицательный потенциал, вода не будет поступать в корень, а выходить из него.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Передвижение воды  в системе почва — растение — атмосфера. Движущей силой восходящего тока в растениях явл. Разность водных потенциалов в системе почва-растение-атмосфера. Вода у деревьев поступает на большую высоту благодаря когезии- сцепления молекул воды между собой и адгезии- силы сцепления молекул воды со стенками сосудов проводящей системы. Теория сцепления разработана рус. Ученым Вотчалом и англ. Диксоном. По теории сцепления  молекулы воды соединяясь друг с другом образуют в растении сплошные водяные нити. Которые  проходят от клеток корневых волосков до испаряющих клеток листовых пластинок, поэтому испарение воды с поверхности листа заставляет двигаться вверх всю водяную нить и поглощать новые порции воды из почвы. Силы сцепления достигают 3 мегапаскалей.наличие силы сцепления воды со стенками сосудов демонстрируется тем что у деревьев летом при высокой температуры воздуха в дневные часы диаметр ствола меньше чем ночью. Это объясняется тем что днем транспирация идет интенсивно, происходит более сильное напряжение и истомление водяных нитей суживаются сосуды вызывая уменьшение диаметра ствола. Ночью при замедленной транспирации вод. Нити менее натянуты и диаметр ствола увеличивается. Подсчитано что благодаря когезии и адгезии поднятие воды у древесных растений возможно на высоту 144м.Практически вся вода и минеральные вещества поступают в растение через корневую систему. Поэтому важно знать те силы, которые регулируют этот процесс. Для характеристики сил различной природы, влияющих на почвенную влагу, обычно используют понятие водный потенциал, который определяется как количество работы, которую надо затратить, чтобы переместить единицу количества воды из сосуда со свободной чистой водой в данную точку почвенной системы. Водный потенциал, значение которого представляет собой отрицательную величину, во влажной почве приближается к нулю. По мере высыхания почвы ее водоудерживающие силы растут, т. е. водный потенциал уменьшается (увеличиваются его абсолютные отрицательные значения). Размерность водного потенциала эквивалентна размерности давлениям может быть выражена в Паскалях (Па). Потенциал почвенной воды на границе между почвой и корнем является очень важной почвенной характеристикой, определяющей доступность воды для растений. Вода поступает в корень в том случае, если водный потенциал корня ниже водного потенциала почвы, т. е. при наличии градиента водного потенциала, величина которого определяется соотношением скорости притока воды к корням и скорости поглощения ее корнями. Корневая система постоянно осваивает новые участки почвы. Зона наиболее быстрого поглощения воды находится обычно вблизи кончиков удлиняющихся корней. Поэтому как содержание воды, так и водный потенциал почвы сильно различаются в разных частях зоны обитания корней. вода передвигается в почве к поверхности корней и поступает затем через растение в атмосферу в направлении градиента водного потенциала. По мере иссушения почвы ее водный потенциал падает, и для того чтобы сохранился градиент и вода могла бы поступать к корню, сосущая сила корней должна возрастать (т. е. водный потенциал корней должен уменьшаться). В конечном итоге сосущая сила корней достигает некоторой максимальной для данного вида величины, и после того как водный потенциал почвы достигнет такой же величины, поступление воды в корень прекращается, растение начинает завядать. Обычно внутри растения, от поглощающих зон корня до тех участков в листьях, где происходит испарение воды через устьица (транспирация), также существует градиент потенциала. Наиболее низкий потенциал (т. е. наиболее высокий водный дефицит) типичен для листьев, в которых транспирация идет интенсивнее всего; затененные листья обнаруживают меньший водный

дефицит. В течение ночи и на (рассвете внутренние градиенты в растении и в почве сглажены (из-за ночного периода уравновешивания), поэтому водный потенциал почвы равен сосущей силе растения. Утром начинается испарение воды листьями вследствие транспирации, и сосущая сила растения становится выше, чем была на рассвете. Поглощение воды из почвы возобновляется, как только возникнет определенный градиент потенциала от листьев к поверхности раздела между почвой и корнем. Величина внутреннего водного дефицита в растении увеличивается до того момента, когда интенсивность -поглощения воды корнем не сравняется с интенсивностью транспирации. Обычно пока почва остается влажной (например в первые дни после полива или выпадения осадков) для поддержания движения воды требуютсянебольшиеразности потенциалов почвы и растения. В дальнейшем, если сухость почвы увеличивается, т. е. ее водный потенциал продолжает снижаться, то влагопроводимость почвы быстро падает и для поддержания потока воды на нужном уровне уже требуются большие значения разности водного потенциала почвы и сосущей силы растения. Если начинается процесс завядания, то с уменьшением содержания влаги в листьях падает их водный потенциал, слабеет тургор клеток листьев; полное завядание наступает, когда тургорное давление равно пулю. При этом водные потенциалы листьев, корней и почвы становятся одинаковыми, растение находится в состоянии устойчивого завядания, а содержание влаги в почве соответствует влажности устойчивого завядания. Это обычно наблюдается у многих растений (особенно мезофитов) при водном потенциале почвы, близком к величине— 15 бар (—16,8-105 Па). Дальнейшее падение водного потенциала почвы (т. е. ее иссушение) ведет к тому, что лист достигает такого состояния, когда без пополнения воды в почве восстановление тургора уже невозможно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.Транспирация.

Транспирация-физиологический  процесс испарения воды растением.выполняет  нескл. Функций: 1)создает непрерывный  ток воды от корней к листьям, связывая все органы в единое целое. 2)с  током воды питат. Вещества из почвы  попадают в надземные органы. 3)предохраняет от перегрева, сохраняет относительно постоянной температуру листа, испаряет все органы, но главным органом транспирации явл. Лист. Процесс транспирации делят на 2 этапа: 1)переход от молекул воды из оболочек клеток, где находятся в жидком состоянии в межклетнике листа(в парообразном состоянии) 2)выход паров воды из межклетников через устьичные щели или с поверхности эпидермы в атмосферу. В зависимости от того каким путем выходят пары воды в воздух выделяют кутикулярную(испарение с поверхности клеточных стенок эпидермы через кутикулу) или устьичную(испарение через устьица) транспирацию.

Кутикула  покрывает клетки эпидермы и защищает лист от избыточной потери воды. Интенсивность  кутикулярной транспирации зависит  от толщины слоя кутикулы. Обычно кутикулярная транспирация составляет 10% от общей  потери воды листом. У молодых растений, у которых этот слой ещё не сформировался и у растений произрастающих в тени кутикулярная транспирация может составлять до 30-50% общего испарения. Устьичная транспирация явл. Ведущей. Устьица имеются на всех надземных органах, но больше всего на эпидерме листа, особенно на нижней стороне. У некоторых растений(древесных) на верхней стороне листа устьиц нет вовсе. Число устьиц колеблется в среднем от 50 до 500 на 1мм2 эпидермы. Это примерно 1-2% от общей площади листа, но интенсивность испарения воды через них оч. Высока, при полностью открытых устьицах испарение с поверхности листа только в 2 раза ниже чем с открытой водной поверхности. Это объясняется законом Стефана по которому испарение воды из ряда мелких отверстий идет быстрее чес с 1 крупного отверстия той же площади.

Транспирация  характеризуется:1)интенсивность транспирации- количество воды испаряемой с еденицы  листовой поверхности в еденицу  времени. Может выражаться в г  воды на 1м2 иди дм2 иди см2 за 1 час, может выражаться так же мг воды на 1 г*ч. 2)продуктивность транспирации- количество сухого вещества в г созданного на 1 кг испаряемой воды, обычно колеблется от 1 до 8 г, а в среднем 3 г. 3) транспирациооный коэффициент – величина обратная продуктивности транспирации(показывает сколько воды растение затрачивает на создание единицы массы сухого вещества в среднем равно 300.4) коэффициент водопотребления или эвапонтранспирационный коэф. – отношение эвапотранспирации к созданию биомассе. Эвапотранспирация – суммарный расход воды за вегетацию 1 га посевов или насаждений. В неё включаются испарение воды культ. Раст., сорняками и испарением с поверхности почвы. Данный показатель используют в полевых опытах и агрономич. Практике. Для расчета эвапотранспирации определяют разницу в содержании влаги в метровом слое почвы в начале и конце вегетации и к этой разнице прибавляют приход воды с осадками или поливом. Испарение через кутикулу регулируется обводненностью листа. В условиях засухи наружный слой клеток эпидермы подсыхает, оболочки клеток уменьшаются в размерах, слои кутикулы плотно придвигаются друг к другу, испарение уменьшается. При увеличении обводненности кутикула набухает, разрыхляется и испарение увеличивается. Особенности устьиц в том что они могут открываться и закрываться. Щель устьицы ограничена 2 замыкающими клетками бобовидной формы(у двудольных). Внутри стенки примыкающие к щели сильно утолщены, а наружные тонкие. При поступлении воды в клетку  тонкие стенки растягиваются и тянут за собой утолщенные внутренние стенки, приэтом устьичная щель открывается. При потере воды и уменьшении объема замыкающих клеток внутрен. Стенки распрямляются закрывая устьичную щель. Выделяют  3 типа движения устьиц как ответ на изменения условий внешней среды: 1)гидропассивная реакция – закрывание устьичной щели когда окружающие клетки паренхимы переполнены водой и механически сдавливают замыкающие клетки, которые не могут открыться. 2)гидроактивная реакция- движение вызванное изменением содержания воды в замыкающих клетках. 3) фотоактивная реакция- открывание устьиц на свету и закрывание в темоте. Полное закрывание устьиц сокращает транспирацию на 90 
%. Небольшое закрывание их не влияет на транспирацию, устьица должны закрываться более чем на половину. Чтобы это сказалось на интенсивности испарения. На степень открытости устьиц и интенсивность транспирации влияют относительная влажность воздуха и температура. Понижение относительной влажности и повышение температуры вызывает усиление испарения листом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.Водный  баланс растений.Для своего нормального существования клетки и растительный организм в целом должны содержать определенное количество воды. Однако это легко осуществимо лишь для растений, произрастающих в воде. Для сухопутных растений эта задача осложняется тем, что вода в растительном организме непрерывно теряется в процессе испарения. Испарение воды растением достигает огромных размеров. Огромный расход воды связан с тем, что большинство растений обладает значительной листовой поверхностью, находящейся в атмосфере, не насыщенной парами воды. Вместе с тем развитие обширной поверхности листьев необходимо и выработалось в процессе длительной эволюции для обеспечения нормального питания углекислым газом, содержащимся в воздухе в ничтожной концентрации (0,03%).Для того чтобы возместить потери воды при испарении, в растение должно непрерывно поступать большое ее количество. Непрерывно идущие в растении два процесса — поступление и испарение воды — называют водным балансом растений. Для нормального роста и развития растений необходимо, чтобы расход воды примерно соответствовал приходу, или, иначе говоря, чтобы растение сводило свой водный баланс без большого дефицита. Для этого в растении в процессе естественного отбора выработались приспособления к поглощению воды (колоссально развитая корневая система), к передвижению воды (специальная проводящая система), к сокращению испарения (система покровных тканей и система автоматически закрывающихся устьичных отверстий). Несмотря на все указанные приспособления, в растении часто наблюдается водный дефицит, т. е. поступление воды не уравновешивается ее расходованием в процессе транспирации. Физиологические нарушения наступают у разных растений при разной степени водного дефицита. Есть растения, выработавшие в процессе эволюции разнообразные приспособления к перенесению обезвоживания (засухоустойчивые растения).выделяют водный дефецит полуденный и утренний(остаточный) водный дефицит до 10% представляет нормальное явление не приносящее вреда. Водный дефицит более 20-30% вызывает увядание и угнетение растений в ночные часы когда температура воздуха понижается, а относительная влажность воздуха повышается-испарение уменьшается и если в почве воды достаточно растение восстанавливает тургор, если этого не происходит то говорят об остаточном утреннем дефеците.