Испарение воды растительными организмами. Испарение воды растением
Испарение воды растениями
Каждый представитель царства флоры испаряет внушительные объемы влаги. Вода необходима растениям для осуществления процессов жизнедеятельности и поглощается ими через корневую систему. По стеблям она перекачивается в листья, откуда, следовательно, и испаряется. Как показывают научные исследования, растения усваивают только 3% поступающей к ним воды, а остальное – испаряют.
Процесс испарения воды с поверхности растений называется транспирацией. Фактически, это избавление живого организма от излишков воды, а также аналог потоотделения у представителей царства животных. Основная часть растений испаряет воду обратной стороной листьев, где находятся особые зеленые клетки (устьица), образующие между собой небольшие щели.
Роль испарения воды в жизни растений
- Когда растение всасывает воду, оно поглощает различные минеральные компоненты из жидкости. В самой воде их не очень много, поэтому через стебли прогоняется большой объем жидкости за сутки. Постепенно из-за корневого давления уровень воды в растении поднимается, и она поступает в листья, откуда и испаряется.
- Благодаря испарению жидкости растение может охлаждать себя. Это связано с эффектом максимальной теплоемкости воды. Если представитель флоры долгое время находится на солнце, начинается автоматическая транспирация, и водяной пар уносит лишнее тепло с собой.
- Испарение влаги является также необходимостью для растений, поскольку вода должна подниматься вверх для осуществления разных биохимических процессов, например, фотосинтеза.
Для окружающей среды, и в частности, для человека, испарение воды растениями тоже весьма значимо. Интенсивность этого явления, например, снижает питательность и вкусовые качества сельскохозяйственных культур. Чем чаще испаряется влага, тем скуднее становится почва, постоянно отдающая воду, обогащенную минеральными компонентами. Отсюда возникает необходимость регулярного облагораживания земель и их удобрения.
Процесс испарения воды растением
Как уже было обозначено, испарение воды возможно за счет наличия устьиц на листьях. Их количество у каждого организма неодинаковое и определяется ареалом обитания и характеристиками того или иного представителя флоры (уровнем воды в клетках, возрастом, осмотическим давлением клеточного сока). Интенсивность испарения влаги также зависит от наличия тени, воздушных масс и уровня воды в грунте.
Когда растение накапливает излишки воды, устьица расширяются, и их клетки образуют отверстия, откуда выходит водяной пар. В межклетниках жидкость всегда пребывает в состоянии пара, но выйти за пределы листа она может только при открытии устьиц. Обычно процесс транспирации происходит днем, когда устьица автоматически открыты. Но если растение страдает от засухи, оно меняет свой режим и минимизирует испарение воды.
Растения, которые произрастают в теплом климате, например, в тропиках, всегда имеют большие листья, чтобы с их поверхности испарялся максимальный объем воды в короткие сроки. В холодном или засушливом климате, соответственно, наоборот. Также, если растение не заинтересовано в регулярном избавлении от избытков воды, его листья в процессе эволюции покрываются восковым налетом или мелкими ворсинками. Нередки случаи, когда листья скручиваются при солнечном освещении, чтобы испарение уменьшилось.
Покрытосеменные растения испаряют воду не только с обратной, но и лицевой стороны листовых пластин. Это связано с тем, что устьица размещены по обеим сторонам, однако изнанка листа практически всегда находится в воде и испарение невозможно.
Испарение воды растениями — Науколандия
Растения испаряют большое количество воды; больше, чем используют на процессы жизнедеятельности. Испарение осуществляется в основном через листья. Вода поступает в листья из корней по стеблям. Корни всасывают воду из почвы.
Испарение воды растениями также называют транспирацией.
Значение испарения
Зачем же растениям всасывать большое количество воды из почвы, если потом они всё-равно ее испаряют?
Во-первых, растения всасывают не только воду, но и растворенные в ней минеральные вещества. Их не так много. Поэтому, чтобы удовлетворить потребность в минеральных веществах, растению требуется «прогнать» через себя большое количество воды. Излишки воды при этом испаряются. А сам процесс испарения, наряду с корневым давлением, способствует поднятию воды из корней в листья.
Во вторых, испарение способствует охлаждению растения. Принцип тот же, что потоотделение у животных. Вода обладает большой теплоемкостью («вмещает», «поглощает» в себя большое количество тепла). Поэтому, когда растение на солнце начинает перегреваться, оно испаряет большое количество воды. Водяной пар уносит из растения излишки тепла.
В третьих, вода нужна самому растению. Много воды содержится в клетках, она участвует во многих химических реакциях в клетках, является средой для протекания остальных реакций. Если бы на Земле не было воды, то жизнь бы не возникла. Это связано с тем, что в клетке протекает множество химических реакций, которые возможны лишь в водной среде. Следует особо отметить, что вода участвует в процессе фотосинтеза. В частности, из воды и углекислого газа образуется органическое вещество.
Устьица
Большинство растений испаряют воду в основном нижней стороной листа. Здесь среди бесцветных клеток покровной ткани есть особые образования — устьица. Они состоят из пары зеленых клеток, способных образовывать между собой щель.
Количество устьиц на листе большое, у разных видов растений разное. Все зависит от приспособленности растений к конкретным условиям обитания.
Когда растению требуется испарить воду, устьица открываются, между их клетками образуется щель, и через нее выходят водяные пары. Внутри листа есть много межклетников, куда из клеток выходит часть воды. В межклетниках вода находится в виде пара. Когда устьица открываются, вода из межклетников выходит за пределы листа.
Обычно у растений устьица открыты днем, а ночью закрыты. Однако, если растению не хватает воды, то оно закрывает устьица, стараясь уменьшить испарение.
Листья и испарение
У растений произрастающих в разных условиях окружающей среды выработались некоторые свои приспособления к испарению воды листьями.
У растений обитающих во влажном теплом климате большие листовые пластинки. Такие растения испаряют много воды.
Растения засушливых жарких мест имеют очень маленькие листья. Это позволяет им испарять меньшее количество воды. Тем же самым приспособлением обладают растения, произрастающие в холодном климате. Здесь воды в жидком состоянии также недостаточно.
Существуют и другие (не только размер листовой пластинки) приспособления к увеличению или уменьшению испарения. Так листья многих растений покрыты волосками, восковым налетом. Это препятствует испарению.
scienceland.info
Испарение воды листьями | Биология
Растения постоянно испаряют воду. Делают они это в основном листьями. Вода в листья поступает по стеблям из корней, которые всасывают ее из почвы.
Испарение воды листьями имеет следующее значение:
-
Благодаря испарению вода из корней поднимается вверх. Можно сказать, листья действуют как насос. Кроме испарения, воду толкает вверх и корневое давление. Вода в листьях не только испаряется, она нужна для многих биохимических процессов в клетках, в том числе для фотосинтеза.
-
При испарении вместе с водой в стебель и листья поднимаются растворенные минеральные вещества. Эти вещества были поглощены корнями вместе с водой. Далее с током воды они перемещаются вверх и используются в клетках в различных химических реакциях, обеспечивающих жизнедеятельность растения.
-
В результате испарения происходит охлаждение листьев. Дело в том, что вода обладает большой теплоемкостью (можно сказать, забирает тепло). Когда капельки воды испаряются с поверхности листа, то уносят с собой излишки тепла и, следовательно, предохраняют растение от перегрева. Это особенно важно днем, когда в листьях происходит фотосинтез под палящими лучами Солнца, отчего листья могут сильно нагреваться.
Испарение воды листьями можно увидеть, поставив разные опыты. Например, если одеть на ветку растения стеклянную емкость, то через некоторое время на ее стенках можно увидеть капельки воды. Если же ветку растения поставить в воду, а на воду сверху налить масла (чтобы она не испарялась), то объем воды будет уменьшаться. Это свидетельствует о том, что вода поглощается корнями и далее испаряется листьями.
В листьях водяной пар выходит из клеток в межклетники. Из них через устьица пар испаряется с поверхности листа. Открываясь и закрываясь, устьица регулируют испарение воды листьями. Как известно, у большинства растений устьица находятся на нижней поверхности листа. Следовательно, у большинства растений вода в основном испаряется на нижней поверхности листовой пластинки.
Количество воды, которое испаряют растения, зависит от многих факторов. В любом случае это почти всегда достаточно большое количество в пересчета на массу тела растения. Так, например, капуста испаряет за сутки около одного литра воды. На интенсивность испарения влияют возраст растения (молодые испаряют больше), в тени оно растет или нет (в тени испарение меньше), дует ветер или нет (в ветреную погоду испарение больше), достаточно воды в почве или нет.
При достаточном количестве воды у растения устьица в листьях могут быть открыты и днем, и ночью. У ряда растений устьица открываются только днем. Если же воды в почве недостаточно, то растения закрывают устьица даже днем. Листья некоторых растений могут скручиваться при ярком освещении, в результате испарение также уменьшается.
У растений, произрастающих в теплых влажных местообитаниях (например, тропиках), обычно крупные листовые пластинки. Поэтому такие растения испаряют большие объемы воды. Но поскольку воды в окружающей среде достаточно, это не является проблемой. Другое дело — растения засушливых мест обитания (например, полупустынь и пустынь). У них листья либо мелкие, либо видоизменены в колючки (кактус) или мясистые образования, накапливающие воду про запас (алоэ). В любом случае такие листья испаряют мало воды.
biology.su
Испарения воды растениями. Листопад. | Биология
Вода всегда присутствует в клетке. Она обеспечивает сложные процессы жизнедеятельности. Без воды клетка погибает.
Испарение воды листьями
Вода поступает в растение из почвы в больших количествах, но для фотосинтеза ее надо совсем немного. Большая часть воды испаряется. Доказать процесс испарения и роль листьев в нем можно опытным путем. Для этого необходимо срезать два одинаковых побега с листьями. У одного из них листья удалить. Побеги поместить в две пробирки, заполненные водой до одинакового уровня. Добавить несколько капель растительного масла (чтобы исключить испарение с поверхности воды). Третью пробирку с таким же количеством воды и масла оставить без побега, используя в качестве контроля. Уже на следующие сутки будет получен результат: уровень воды в пробирке с побегом, несущим листья, понизится значительно сильнее, чем в пробирке с безлистным побегом. Очевидно, что побег с листьями испаряет воды больше, чем побег без листьев, значит, большая часть воды, поступающей в растение, испаряется листьями.
Водяной пар образуется на поверхности клеток мякоти листа, скапливается в межклетниках и выходит через устьичные щели. Открывая или уменьшая устьичные щели, растение увеличивает или уменьшает скорость испарения. При закрытых устьицах пар не выходит наружу, а накапливается в межклетниках.
Условия, влияющие на испарения
Интенсивность испарения зависит от условий обитания растений: силы ветра, температуры и влажности. При высокой температуре, ярком освещении, небольшой влажности, ветре испарение сильнее, чем в тихую пасмурную погоду. У растений, испытывающих недостаток влаги, небольшие листовые пластинки и, соответственно, небольшое число устьиц.
Значение испарения для растений
Испарение поддерживает непрерывный ток воды с растворенными минеральными веществами по растению в восходящем направлении. Чем интенсивнее испарение, тем быстрее передача воды от корней к листьям. При испарении происходит охлаждение организма, что особенно важно для растений жарких и солнечных мест обитания. Если нарушен процесс испарения, растение на солнце страдает от ожогов.
Листопад
Листопадом называют естественное отделение листьев от стебля при их отмирании. На стебле в безлистном состоянии остаются почки. Многолетние растения, которые какой-то отрезок времени в году лишены листьев, называют листопадными (липа, береза, лиственница). Растения, у которых листья сохраняются в течение всего года, называют вечнозелеными (ель, сосна, можжевельник, брусника). С листопадом прекращается испарение. Если бы зимой сохранялись листья у листопадных деревьев и кустарников, то растения погибли бы от иссушения. Игольчатые листья хвойных растений приспособлены к уменьшению испарения: имеют небольшую поверхность хвоинок, толстые оболочки клеток кожицы, мощный восковой налет. Название «вечнозеленые» не означает, что растения сохраняют листья в течение всей жизни. Листопад у таких растений происходит, но опадают только старые листья, а молодые сохраняются. Например, листья у ели сохраняются 5—7 лет, у сосны — 3—4 года, у брусники — больше года.
ebiology.ru
Исследовательская работа "Как растения испаряют воду?"
Школьный конкурс проектных и исследовательских работ учащихся
«Мои первые шаги»
МБОУ «Смоленская СОШ №2»
Проектно-исследовательская работа
« Как растения испаряют воду?»
Выполнила:
Карташова Александра
ученица 6А класса
Руководитель:
Люсева Елена Владимировна
учитель биологии и химии.
с. Смоленское
2017 г.
Содержание Введение………………. ………………………………..…………………3Глава 1. Обзор литературы……………………………..…………………4-5Глава 2. Экспериментальная часть……………………….……………….6-8Заключение………………………………………………………………....9Список использованной литературы………………………………..…….10
Введение
В нашем школе очень много комнатных растений. Много раз наблюдала, что если в течение нескольких дней не поливать цветы, то они начинают вянуть, значит, растения не могут долго жить без воды.
Растениям вода необходима для нормального роста и развития. Меня заинтересовал вопрос, куда исчезает вода из горшка с цветком? И для чего это им нужно? Меня заинтересовал этот вопрос, и я решила узнать об этом побольше.
Гипотеза: разные растения испаряют разное количество воды.
Цель работы:
1)выяснить, испаряют ли растения воду и для чего это им надо?
2) определение количества воды, испаряемой разными растениями.
Задачи:1)изучить литературу по данному вопросу;2)изучить методику поставки опытов;3)провести эксперимент;4)сделать выводы на основании полученных данных.
Методы: эксперимент, анализ литературы.Объект исследования: растения.
Предмет исследования: испарение воды разными растениями
Глава 1 . Обзор литературы
Известно, что растения не только поглощают воду из почвы. Листья, находясь на воздухе, теряют влагу путем испарения, за исключением тех периодов, когда воздух насыщен водяными парами. Солнечное тепло вызывает испарение воды с поверхности клеток основной ткани, и образующийся водяной пар выходит из листа через устьица. Такая потеря воды, называется транспирацией. Она может проходить во всех органах растения, находящихся на воздухе, но в основном осуществляется листьями. При испарении листья охлаждаются, и растение не перегревается. Испарение способствует передвижению воды в растении. С токами воды передвигаются и минеральные вещества. Испаряясь, вода в виде водяного пара попадает в воздух, увлажняя его. Это свойство очень полезно для помещений с центральным отоплением, воздух которых очень сухой.Транспирация (от транс и лат. spiro — дышу, выдыхаю) - испарение воды растением. Основной орган транспирации — лист, клетки основной ткани листа (мезофилла) которого постоянно выделяют в межклетники водяной пар, проникающий затем в окружающую атмосферу через устьица или через кутикулу.
В ночное время транспирация очень незначительна, потому что большинство устьиц закрыто, и испарение воды с поверхности клеток мезофилла замедлено из-за более низкой температуры. Устьица часто бывают также закрыты и во второй половине жаркого солнечного дня. Это приспособление уменьшает транспирацию, и растение сберегает воду. Если снабжение растения водой достаточно, устьица остаются открытыми и растения за счет транспирации выделяют большое количество влаги. При нормальном водном обмене в благоприятных условиях растение испаряет до 95 % воды, полученной из почвы. В процессе фотосинтеза на создание органического вещества используется совсем небольшая её часть (из 1 литра – 1,5–2 г). А остальная влага проходит через устьица в виде водяного пара в процессе транспирации. Если же растение получает от корней мало воды, то устьица закрываются, сохраняя воду.Множество устьиц очень эффективно для испарения водяного пара. Общая площадь их составляет около 1—3% всей поверхности листовой пластинки, но интенсивность испарения через устьица только на 25—50% ниже, чем через открытую поверхность, равную поверхности листа. На солнце растение за 1 ч испаряет в среднем около 50 см3 воды на 1 м2 листовой поверхности. Разные растения испаряют разное количество воды. Так, кукуруза за сутки испаряет 0,8 л воды, капуста-1 л, дуб-50 л, а берёза 60 л воды. Чем крупнее листья растений, чем больше их поверхность, тем больше испаряется влаги. У растений одного вида в сходных условиях количество испаряемой воды тем выше, чем больше листовая поверхность. Например, с 1 га посева пшеницы выделяется около 2 тыс. т воды, кукурузы — 3,2 тыс. т, капусты — 8 тыс. т. Количество воды, испаряемое листьями деревьев в лесу, в значительной мере зависит также от осадков, влажности и температуры в данной области. 
Транспирация — необходимое условие для возникновения и сохранения в растении тока воды и растворённых в ней минеральных солей, поглощаемых растением из почвы; предотвращает перегрев листьев, поддерживает ткани листьев в состоянии, недостаточно насыщенном водой, и тем способствует сохранению на определённом уровне сосущей силы клеток. Величина транспирации зависит от числа устьиц, их размещения, степени открытости, строения эпидермиса, степени развития проводящей системы, величины осмотического давления клеточного сока, насыщенности цитоплазмы водой, а также от интенсивности освещения, температуры, влажности воздуха, силы ветра и от содержания в почве азота и др. элементов питания. Если температура высокая, солнце яркое, ветрено, влажность воздуха небольшая – испарение идёт очень интенсивно. В тихую, пасмурную погоду, при умеренной температуре испарение уменьшается.
Растения, которые произрастают в условиях постоянного недостатка влаги, выработали специальные приспособления для уменьшения испарения. Это небольшие листовые пластинки (кактусы), а также утолщённые стенки клеток кожицы, восковой налёт (крассула), густые волоски, отражающие солнечные лучи (узамбарская фиалка). Транспирация облегчает передвижение воды вверх по стеблю, способствует концентрированию в листьях разбавленных растворов минеральных солей, поглощаемых корнями и необходимых для синтеза новых клеточных компонентов. Испарение воды листьями разных растений нужно для самого растения, когда вода испаряется то растение охлаждается. Лист поглощает около 75% падающего на него солнечного света, примерно 3% поглощенного света используется в процессе фотосинтеза. Остальная часть световой энергии превращается в тепловую, если её не удалить, то произойдет гибель тканей листа. Часть этого тепла затрачивается на испарение воды (на превращение 1 л воды в водяной пар расходуется 540 ккал), а часть удаляется другими путями (излучение и конвекция).Благодаря испарению листьями вода непрерывно поступает из почвы в проводящую систему корня и поднимается по стеблю и черешку к жилкам листовой пластинки. Поднимается вода в листья и силой корневого давления. Водный ток в растении идёт снизу вверх – от корней к листьям. Снизу вода подаётся корнем, вверху листья её испаряют. Таким образом, ток воды с растворёнными веществами становится непрерывным.
Глава 2. Экспериментальная часть
Для того чтобы выяснить, испаряет ли растение воду, мы провели несколько опытов.
Опыт 1. 
Для эксперимента взяли цветок в горшке и полили его водой. Вода проникла в землю горшка.
Затем горшок с цветком накрыл целлофановым пакетом.
Края пакета прикрепили к стенкам горшка резинкой, чтобы воздух из пакета не смог выйти. 
Пакет с растением оставил на столе на сутки.
Через сутки увидели, что стенки пакета на горшке с цветком побелели. На пакете увидели маленькие капельки воды.
Сняли пакет и обследовали листья цветка. Листья цветка были влажными, а на некоторых листьях можно было увидеть капельки воды.
Опыт 2.
Взяли 2 листа герани, 4 пробирки с одинаковым количеством воды. В первую пробирку поставили лист герани и налили немного растительного масла, во вторую – налили масла, с третьей ничего не делали, в четвертую поставили лист герани, нижнюю поверхность которого смазали маслом (для закрытия устьиц), и налили масла. Масло не дает воде испаряться с поверхности. Пробирки поставили на окно.
Через несколько дней смазанный маслом лист стал местами коричневым и подсох от перегрева, т.к. не смог охлаждаться за счет испарения воды.
В первой и в третьей пробирке уровень воды изменился, во второй и четвертой нет. Через 5 дней уровень воды заметно снизился в пробирке под номером 1 и 3.
Опыт 3.
Взяли два растения: Эсхинантус прекрасный и Гибискус китайский.
Измерили с помощью палетки площадь листьев. Провели несколько взвешиваний растений (результаты представлены в таблице) для определения количества испаряемой воды листьями.
воды испарив
шейся растением,
г
Интенсивность транспирации
T =(m2 –m1) /t*S, (г/дм2ч)
Испарение воды, г/см2
Эсхинантус прекрасный
141
85,6
85,4
85
0,6
0,00887
0,0042
Гибискус китайский
465
83,3
80
78,1
5,2
0,0233
0,01112
Мы видим, что все растения испаряют воду. Но Гибискус китайский испаряет воды больше, чем Эсхинантус прекрасный . Это связано с тем, что у Эсхинантуа прекрасного листья кожистые, слегка покрыты восковым налетом, что снижает испарение воды. Испаряя воду, растения повышают влажность воздуха класса, делая микроклимат помещения более благоприятным.
Заключение
Таким образом, в ходе работы мы подтвердили, что листья растений испаряют воду. Мы доказали, что при испарении лист охлаждается, при потере этого свойства, он получает ожоги или погибает. Выдвинутая нами гипотеза полностью подтвердилась: разные растения испаряют разное количество воды. Работу можно продолжить в направлении выяснения, насколько повышается влажность воздуха помещения при испарении воды, сколько растений необходимо для создания благоприятного микроклимата по показателю влажности.В ходе работы над проектом, я научилась ставить биологический эксперимент, проводить наблюдения и делать выводы, а так же находить информацию по теме в разных источниках.
Список использованной литературы:
1.Биология: Растения 6-7кл. –Учебник для 6-7 классов - Серебрякова, Шорина, Гуленкова-1992.2. Ботаника - Учебник для 5-6 классов - Корчагина В.А. - 1985.Транспирация [электронный ресурс] режим доступ
3. http://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/111/792.htm 4. Процесс транспирации растений [электронный ресурс] режим доступ http://biofile.ru/bio/4613.html 5. Транспирация - Большая советская энциклопедия. М.: Советская энциклопедия. 1969—1978. [электронный ресурс] режим доступ http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/140779/Транспирация
infourok.ru
Испарение воды растением (транспирация)
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.
Значение транспирации для растений
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.
Лист как орган 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.
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.
В последнее время показано, что для движения устьиц большое значение имеет также радиальное расположение микрофибрилл целлюлозы. Значение такого расположения было доказано на модели.
У злаков строение замыкающих клеток несколько иное. Они представлены двумя удлиненными клетками, на концах которых стенки более тонкие. При насыщении водой более тонкие стенки на концах растягиваются и раздвигают замыкающие клетки, благодаря чему образуется щель.
Число устьичных отверстий колеблется в зависимости от вида растений от 10 до 600 на 1мм2 листа. У многих растений (75% видов), в том числе для большинства древесных, устьица расположены на нижней стороне листа. Диаметр устьичных щелей составляет всего 3-12мкм. Устьица соединяют внутренние пространства листа с внешней средой. Вода поступает в лист через сеть жилок, в которых расположены сосудистые элементы. Возможны три пути испарения: через устьица — устьичная, через кутикулу — кутикулярная и через чечевички — лентикулярная транспирация. Впервые разграничение на кутикулярную и устьичную транспирацию было введено в 1877г.
В том, что действительно испарение идет не только через устьица, но и через кутикулу, легко убедиться. Так, если взять листья, у которых устьица расположены только с нижней стороны (например, листья яблони), и замазать эту сторону вазелином, то испарение воды будет продолжаться, хотя и в значительно уменьшенном размере. Следовательно, определенное количество воды испаряется через кутикулу. Кутикулярная транспирация обычно составляет около 10% от общей потери воды листом. Однако в некоторых случаях у растений, листья которых характеризуются слабым развитием кутикулы, доля этого вида транспирации может повышаться до 30%. Имеет значение также возраст листа. Молодые листья, как правило, имеют слабо развитую кутикулу и, следовательно, более интенсивную кутикулярную транспирацию. У старых листьев доля кутикулярной транспирации снова возрастает, так как, хотя кутикула и сохраняет достаточную толщину, в ней появляются трещины, через которые легко проходят пары воды.
Трещины в кутикуле могут появляться и после временного завядания листьев, благодаря чему транспирация усиливается. Имеются данные, что кутикулярная транспирация меньше зависит от условий внешней среды по сравнению с устьичной (Н. И. Антипов). Основная часть воды испаряется через устьица. Процесс транспирации можно подразделить на ряд этапов. Первый этап — это переход воды из клеточных оболочек, где она находится в капельножидком состоянии, в межклетники (парообразное состояние). Это собственно процесс испарения, отрыв молекул воды с поверхности клеточных стенок. Важно подчеркнуть, что уже на этом этапе растение обладает способностью регулировать процесс транспирации (внеустьичная регулировка). Так, если в растении недостаток воды, то в сосудах корня и стебля создается сильное натяжение, которое делает их водный потенциал более отрицательным, что оказывает сопротивление передвижению воды в клетку и уменьшает интенсивность испарения. Надо учитывать также, что между всеми частями клетки существует водное равновесие. Чем меньше воды в клетке, тем выше становится концентрация клеточного сока. А это, в свою очередь, уменьшает содержание свободной воды в протопласте и клеточной оболочке. Соотношение свободной воды к связанной падает, водоудерживающая сила растет, интенсивность испарения уменьшается. Второй этап — это выход паров воды из межклетников или через кутикулу, или, главным образом, через устьичные щели. Поверхность всех клеточных стенок, соприкасающихся с межклетными пространствами, превышает поверхность листа примерно в 10-30 раз. Все же если устьица закрыты, то все это пространство быстро насыщается парами воды и переход воды из жидкого в парообразное состояние прекращается. Иная картина наблюдается при открытых устьицах. Как только часть паров воды выйдет из межклетников через устьичные щели, так сейчас же этот недостаток восполняется за счет испарения воды с поверхности клеток. Поскольку устьичная транспирация составляет 80-90% от всего испарения листа, то степень открытости устьиц является основным механизмом, регулирующим интенсивность транспирации. При открытых устьицах общая поверхность устьичных щелей составляет всего 1-2% от площади листа. Казалось бы, это должно очень сильно уменьшать испарение по сравнению с испарением свободной водной поверхности той же площади, что и лист. Однако это не так. Сравнение испарения листа с испарением со свободной водной поверхности той же площади показало, что оно идет не в 100 раз, как эта следовало, бы, исходя из размеров открытой площади (1%), а всего в 2 раза медленнее. Объяснение этому явлению было дано в исследованиях английских ученых Броуна и Эскомба, которые установили, что испарение из ряда мелких отверстий идет быстрее, чем из одного крупного той же площади. Это связано с явлением краевой диффузии. При диффузии из отверстий, отстоящих друг от друга на некотором расстоянии, молекулы воды, расположенные по краям, рассеиваются быстрее. Естественно, что таких краевых молекул значительно больше в ряде мелких отверстий по сравнению с одним крупным.
Для малых отверстий интенсивность испарения пропорциональна их диаметру, а не площади. Указанная закономерность проявляется в том случае, если мелкие поры расположены достаточно далеко друг от друга. Структура листа удовлетворяет указанным требованиям. Поры (устьица) имеют малый диаметр и достаточно удалены друг от друга. При открытых устьицах выход паров воды идет достаточно интенсивно, закрытие устьиц резко тормозит испарение. Именно на этом этапе вступает в действие устьичная регулировка транспирации. При недостатке воды в листе устьица автоматически закрываются. Полное закрывание устьиц сокращает транспирацию примерно на 90%. Вместе с тем уменьшение диаметра устьичных щелей не всегда приводит к соответственному сокращению транспирационного процесса. Определения показали, что устьица должны закрыться больше чем на 1/2, для того чтобы это сказалось на уменьшении интенсивности транспирации.
Третий этап транспирации — это диффузия паров воды от поверхности листа в более далекие слои атмосферы. Этот этап регулируется лишь условиями внешней среды.
Влияние внешних условий на степень открытости устьиц
Различают три типа реакций устьичного аппарата на условия среды:
1. Гидропассивная реакция — это закрывание устьичных щелей, вызванное тем, что окружающие паренхимные клетки переполнены водой и механически сдавливают замыкающие клетки. В результате сдавливания устьица не могут открыться, и устьичная щель не образуется. Гидропассивные движения обычно наблюдаются после сильных поливов и могут служить причиной торможения процесса фотосинтеза.
2. Гидроактивная реакция открывания и закрывания — это движения, вызванные изменением в содержании воды в замыкающих клетках устьиц.
3. 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. В частности, сдвиг рН в щелочную сторону увеличивает активность ферментов, участвующих в распаде крахмала, тогда как сдвиг в кислую сторону, повышает активность ферментов, участвующих в синтезе крахмала. Распад крахмала на сахара вызывает увеличение концентрации растворенных веществ, в связи с этим осмотический потенциал и, как следствие, водный потенциал становятся более отрицательными. В замыкающие клетки начинает интенсивно поступать вода из окружающих паренхимных клеток. Устьица открываются. Противоположные изменения происходят, когда процессы сдвигаются в сторону синтеза крахмала. Однако это не единственное объяснение. Показано, что замыкающие клетки устьиц содержат значительно больше калия на свету по сравнению с темнотой. Установлено, что активность калия в замыкающих клетках при открытии устьиц повышается в 4 раза при одновременном уменьшении этого показателя в сопутствующих клетках. Происходит как бы перераспределение калия. При открытии устьиц возникает значительный градиент мембранного потенциала между замыкающими и сопутствующими клетками (И. И. Гунар, Л. А. Паничкин). Прибавление АТФ к эпидермису, плавающему на растворе КСl, увеличивает скорость открытия устьиц на свету. Показано также возрастание содержания АТФ в замыкающих клетках устьиц в процессе их открывания (С. А. Кубичик). Можно полагать, что АТФ, образованная в процессе фотосинтетического фосфорилирования в замыкающих клетках, используется для усиления поступления калия. Возможно также, что К+ обменивается на Н+, выделяющийся из замыкающих клеток (Н+ — помпа). Усиленное поступление К+, в свою очередь, способствует поступлению С1 по электрохимическому градиенту, что повышает осмотическую концентрацию. Осмотический потенциал замыкающих клеток устьиц становится более отрицательным. В темноте К+ транспортируется из замыкающих в окружающие клетки и устьица закрываются.
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.
Наблюдения за степенью открытости устьиц имеют большое значение в физиологической и агрономической практике. Они помогают установить необходимость снабжения растения водой. Закрытие устьиц говорит уже о неблагоприятных сдвигах в водном обмене и, как следствие, о затруднениях в питании растений углекислым газом.
Видео: Испарение воды листьями растений biofile.ru
Испарение воды растительными организмами
Испарение воды, или транспирация, — это очень важная часть жизнедеятельности растения. Вода поглощается корневой системой вместе с растворенными в ней минеральными веществами, которые просто необходимы для нормального роста организма. Большая часть поглощенной воды испаряется листьями.
Роль воды в развитии растительного организма. Вода — очень важный элемент и ее роль в жизнедеятельности растения переоценить трудно. За счет воды поддерживает тургор клеток, благодаря чему листья и стебли становятся эластичными и упругими. Без достаточного количества жидкости растение быстро вянет.
Кроме того, вместе с водой поглощенные корнем минеральные вещества распределяются по всем органам растения. Влага также предохраняет организм от перегрева. Испарение воды растениями происходит в основном через устьица — специализированные образования на листьях. В некой мере транспирация осуществляется и всем телом растения сквозь покровные ткани.
Устьица и их строение. Испарение воды листьями происходит в основном через специализированные структуры под названием устьица. Устьице состоит из двух замыкающих клеток серповидной формы, между которыми есть небольшая щель. Внутренняя стенка замыкающих клеток более толстая, а внешняя — тонкая. Под структурой расположена небольшая полость.
Устьица могут находиться по обе стороны листка. Но у множества растение они расположены на внутренней его части. А вот у водных растений, листья которых контактируют с водой (например, водные лилии), — на внешней стороне листика.
Стоит отметить, что устьица отвечают не только за испарение воды, но и за газообмен с атмосферой — сквозь них проходят кислород и углекислый газ.
Испарение воды: как оно происходит? Как уже упоминалось, транспирация может происходить и через покровы всего тела растительного организма — в этом случае она называется кутикулярной. Листья, стебель и другие органы молодого растения покрыты однослойным эпидермисом — сквозь него и происходит выведение влаги. У более зрелых растений на внешней поверхности откладывается шар кутикулы и воска, что предохраняет организм от излишней потери влаги и пересыхания. Поэтому кутикулярная транспирация у зрелых листьев сводиться к минимуму.
Основное испарение проходит именно сквозь устьица. Для начала вода перемещается по сосудам ксилемы, затем переходит по клеточным стенкам в межклетники, откуда собирается в подустьичные полости.
На открывание и закрывание устьиц в первую очередь влияет количество воды. Когда влага накапливается в замыкающих клетках, они растягиваются и приобретают форму полумесяца — в этом случае щель открывается. Если же воды в клетках недостаточно, они теряют тургор, стенки их спадают и замыкают щелку.
На состояние устьиц влияет и содержание углекислого газа. Если его уровень в тканях растения резко падает, то активируются процессы открывания устьиц. А при слишком большой концентрации этого газа щель закрывается. Именно поэтому устьица закрываются ночью, когда прекращаются процессы фотосинтеза.
Испарение воды и его количественные характеристики. Как и любой другой процесс, транспирация имеет свои количественные показатели, которые используются в сельском хозяйстве, науке и других сферах человеческой жизни.
Например, интенсивность транспирации показывает, сколько грамм воды выделяется частью растения с определенной площадью за единицу времени. Измерив продуктивность транспирации, можно сказать, сколько сухой массы было накоплено растением во время испарения одного килограмма воды. А определив все эти показатели, можно выяснить какие-то индивидуальные характеристики вида растения, установить, какие условия необходимы для его продуктивного роста.
fb.ru
