1. Функції та форми води в рослині.
2. Надходження води в рослини.
3. Пересування води у квіткових рослині.
1. Функції та форми води в рослині.
У тканинах рослин вода складає 70-95% сирої маси. Всі відомі на Землі форми життя не можуть існувати без неї. При зниженні вмісту води в клітинах і тканинах до критичного рівня (наприклад у суперечку, у насіння при їх повному дозріванні) живі структури переходять в стан анабіозу.
Вода в біологічних об'єктах виконує наступні основниефункціі:
1. Водне середовище об'єднує всі частини організму, починаючи від молекул в клітинах і закінчуючи тканинами і органами, в єдине ціле. У тілі рослини водна фаза являє собою безперервну середу на всьому протязі від вологи, що витягується корінням з грунту, до поверхні розділу рідина-газ в листі, де вона випаровується.
2. Вода - найважливіший розчинник і найважливіша середовище для біохімічних реакцій.
3. Вода - метаболіт і безпосередній компонент біохімічних процесів. Так, при фотосинтезі вода є донором електронів. При диханні, наприклад в циклі Кребса, вода бере участь в окислювальних процесах. Вода необхідна для гідролізу і для багатьох синтетичних процесів.
4. Вода - головний компонент в транспортній системі вищих рослин - в судинах ксилеми і в сітовідних трубках флоеми.
5. Вода - терморегулювальний фактор. Вона захищає тканини від різких коливань температури завдяки високій теплоємності і великою питомою теплотою пароутворення.
6. Вода - хороший амортизатор при механічних впливах на організм.
7. Завдяки явищ осмосу і тургору (напруги) вода забезпечує пружний стан клітин і тканин рослинних організмів.
8. Вода бере участь в упорядкуванні структур в клітинах. Вона входить до складу білків, визначаючи їх конформацію. Видалення води з білків висолюванням або за допомогою спирту призводить до їх коагуляції і випадання в осад.
Форми води в рослині.
Наявна в клітинах вода може бути вільною і зв'язаною.
Пов'язана вода утримується силою тяжіння гідрофільних колоїдів. В ході пристосування рослини до несприятливих умов (посухи, зниженнях температури) кількість зв'язаної води збільшується.
Вільна вода служить середовищем, де йдуть процеси життєдіяльності клітини, в яких вона може брати участь. Вона входить до складу клітинного соку, органічних речовин, витрачається на випаровування. Втрата вільної води може порушити метаболізм в клітці.
2. Надходження води в рослину.
Вода надходить в рослину в основному через кореневі волоски по законамосмоса. Розрізняють дифузію і осмос.
Дифузія - це рух молекул або іонів з області з високою концентрацією в область з більш низькою концентрацією, іншими словами як рух по градієнту концентрації. Дифузію рідин або газів можна також визначити як змішування їх при безпосередньому зіткненні (наприклад, поширення запаху парфумів або змішування води з іншою рідиною).
Якщо між двома рідинами помістити продукти рослинного або рослинну мембрану (перетинку), то розчини також будуть проникати через неї, так як вона дрібнопористу. Таке явище отримало назву «осмосу».
Осмос - це перехід молекул розчинника з області з більш високою концентрацією в область з більш низькою концентрацією через напівпроникну мембрану.
У всіх біологічних системах розчинником служить вода.
Таким чином, осмос можна розглядати як особливий вид дифузії, при якому рівновага досягається за рахунок переміщення одних тільки молекул розчинника.
Мембрани, пропускають тільки молекули розчинника і затримують все молекули або іони розчиненої речовини, називають напівпроникними.
Вибірково проникними є мембрани живих клітин, які пропускають певні молекули або іони розчинених речовин.
Так, якщо розчин сахарози в осередку і вибірково проникного матеріалу помістити в чисту воду, то вода кинеться всередину осередки, а частки цукру будуть надходити з осередку в воду. Проникнення частинок води всередину осередки називається ендоосмосом, а надходження звідти частинок цукру - екзоосмосом. Переважання ендосмосом над екзосмосом викликає в системі осмотичнийтиск.
Таким чином, якщо який-небудь розчин відділений вибірково проникною мембраною від чистої води, то гідростатичний тиск, який необхідно прикласти, щоб запобігти осмотичний надходження води в розчин, називається осмотичним тиском цього розчину.
Величина осмотичного тиску залежить від різниці концентрацій розчинів, а також від величини молекул, що беруть участь в осмосу. Частинки води проникають через перетинки (рослинні, тваринні) швидше, ніж частки кристаллоидов, а ті, в свою чергу, рухаються швидше, ніж більші колоїдні частинки. Останні іноді зовсім не проникають в клітку.
Таким чином, рослинні клітини мають осмотичним тиском. Воно полягає в тиску речовини клітинного соку на цитоплазму і оболонку клітини. Цьому тиску протиставляється тиск розтягнулася до межі клітинної оболонки на цитоплазму - тургорное тиск.
Плазмоліз і тургорное тиск.
Якщо клітина знаходиться в контакті з гіпертонічним розчином, тобто з розчином, що має більш низький водний потенціал (з більш високою концентрацією розчиненої речовини), ніж власне вміст клітини, вода починає виходити з неї шляхом осмосу через плазматичну мембрану. Спочатку втрачається вода цитоплазми, а потім через тонопласт виходить вода з вакуолі. Протопласт, тобто живе вміст клітини, оточене клітинною стінкою, зморщується і врешті-решт відстає від клітинної стінки. Цей процес називається Плазмоліз, а про таку клітину кажуть, що вона плазмолізірована. При починається Плазмоліз протопласт тільки-тільки перестає чинити будь-який тиск на клітинну стінку, і клітина стає млявою. Вода виходить з протопласта до тих пір, поки його вміст не набуває такого ж водний потенціал, що і навколишній розчин. Після цього клітина перестає зморщуватися далі. Процес плазмолізу зазвичай звернемо, клітина при цьому не отримує ніяких стійких ушкоджень.
Якщо плазмолізірованную клітку помістити в чисту воду або в гіпотонічний розчин з більш високим, ніж у вмісту клітини, водним потенціалом, вода починає надходити в клітину шляхом осмосу.
У міру того як збільшується обсяг протопласта, він починає тиснути на клітинну стінку і розтягує її. Клітинна стінка порівняно жорстка, тому тиск усередині клітини зростає дуже швидко. При поступовому збільшенні тургорного тиску через те, що вода надходить в клітку за рахунок осмосу, клітина стає тургесцентной. Повний набухання клітини, тобто максимальне тургорное тиск, спостерігається тільки тоді, коли клітку поміщають в чисту воду. Коли прагнення води увійти в клітку і тургорное тиск в точності врівноважують один одного, з клітки виходить рівно стільки води, скільки в неї входить, і клітина тепер знаходиться в рівновазі з оточуючим її розчином. У чистій воді тургор відновлюється - це деплазмолізу.
Оскільки цитоплазма є напівпроникною, одні речовини вільно проходять через неї, а інші не проникають, хоча і розчинені у воді. Вода вільно проходить в клітку через оболонку, яка представляє собою дрібнопористу мембрану.
Інтенсивність поглинання клітиною води -сосущая сила клітини (S) залежить від осмотичного тиску в клітині (Р) і тургорного тиску, тобто опору оболонки (Т).
Коли осмотичнийтиск стане рівним тургорного, тобто Р = Т, тоді сосущая сила буде дорівнює 0, тобто S = 0. і вода перестане надходити в клітину. Стан напруги клітини називається тургором.
Крім осмотичного і тургорного тиску на надходження води в клітину впливають електроосмотіческій сили. Цитоплазма здатна адсорбувати, тобто поглинати своєю поверхнею іони води і інших речовин. Це поглинання відбувається завдяки виникненню електричних зарядів в прикордонних шарах плазмолеми, мезоплазми і тонопласта і створення різниці потенціалів.
3. Пересування води у квіткових рослин.
Вода, що знаходиться в рослині, безпосередньо контактує з водою ґрунту і з парами води в навколишньому рослина повітрі. Вона рухається від більш високого водного потенціалу до більш низького, тому вода пересувається по рослині з області з високим водним потенціалом (тобто з грунту) в область з більш низьким водним потенціалом (тобто в атмосферу) відповідно до градієнтом водного потенціалу. Водний потенціал в помірно вологому повітрі на кілька десятків тисяч кілопаскалей нижче, ніж в рослині; звідси і більше прагнення води виходити з рослини.
Основна маса води надходить в рослину через кореневі волоски. Вода проходить через кору кореня в ксиліт, піднімається по ксилемі до листя і випаровується з поверхні клітин мезофіла, а потім дифундує назовні через продихи. Останній процес називається транспирацией, а потік води з кореня до транспірірующей поверхні - Транспіраціонний струмом. Встановлено, що рослина в середньому використовує менше 1% поглиненої їм води (0,2% часто). З усієї кількості води, що проходить по рослині, тільки 0,2% затримується в ньому і йде на побудову органічної речовини. 99,8% поглиненої води випаровується. Щоб створити 1г сухої речовини, рослина має пропустити через себе сотні грамів води. Різні рослини будуть відрізнятися в цьому відношенні один від одного.
Кількість грамів води, витрачений рослиною в процесі транспірації при утворенні 1г сухої речовини, називається Транспіраціонний коефіцієнтом. Він дорівнює 300 - 1000. Величина транспіраційної коефіцієнта залежить від навколишніх умов, від структури рослини і не може бути абсолютною.
Рослини можна порівнювати також по продуктивності транспірації, під яким розуміють кількість грамів сухої речовини, що утворюється при випаровуванні 1л (1000г) води. Зазвичай продуктивність транспірації виражається цифрами 3,4,5 і т.д.
Інтенсивністю транспірації називається кількість води, що випаровується з 1кв.м листкової поверхні за 1 годину. Вона залежить від зовнішніх умов: температури, вологості, сили вітру, а також від будови організму, його захисту від випаровування.