Передвижение воды по растению кратко: Передвижение веществ в растении — урок. Биология, 6 класс.

Передвижение воды по растению

Высшее растение расчленено на органы, которые выполняют разные функции, но имеют много общих свойств, в числе которых можно назвать необходимость питательных, веществ и воды для протекания физиологических процессов. Так как вода поглощается не всеми органами, а в основном корневой системой, возникает необходимость ее передвижения по растению. Этот процесс составляет так называемый восходящий ток. Следует отметить, что это название отражает не направление, а характер передвижения и его локализацию в растении. Он проходит главным образом по мертвым тканям стебля или черешка — сосудам или трахеям у покрытосеменных растений и трахеидам у голосеменных. Однако эта локализация не абсолютна: вода способна перемещаться и по другим анатомическим элементам, например по флоэмной системе.

Вода с растворенным и в ней минеральным и веществами поднимается по сосудам древесины.

Если принять во внимание всю протяженность пути восходящего тока, то его можно будет разбить на два не равных по длине участка.

1. Мертвые гистологические элементы в середине проводящего пути сосуды или трахеиды. Протяженность этого участка значительна, но вода проходит по нему сравнительно легко, так как двигается пассивно по мертвым элементам, не испытывая с их стороны значительного сопротивления.

2. Живые клетки корня и листа, находящиеся в начале и в конце пути передвижения. Этот путь пространственно короток, но преодолевается он с большим трудом, так как клеточные мембраны препятствуют передвижению воды.

Передвижение воды в восходящем токе имеет важное значение в жизни растения. Этот ток снабжает водой все органы и ткани, приводя их в состояние тургора. Восходящий ток воды захватывает минеральные ионы, поглощенные корнем, переносит их и тем самым облегчает распределение (но не поглощение!) по растению.

Для того чтобы вода двигалась по растению (и не просто двигалась, а поднималась вверх), необходимы затраты некоторого количества энергии, точки приложения которой располагаются по концам тока, вследствие чего они получили название концевых двигателей.

Нижний концевой двигатель, или корневое давление. Его роль проявляется в основном при активном поглощении — нагнетании воды. При участии сократительных белков он не только подает воду в корневую систему, но и проталкивает ее дальше в сосуды корня и вверх по стеблю. Нагнетание воды

— активный энергозависимый процесс, который сильнее всего выражен в коре корня. Сила, развиваемая концевым двигателем, невелика (около 0,15 МПа), она может обеспечить подъем воды на высоту не более одного метра, т. е. достаточна для травянистых растений и небольших кустарников.

Симпласт — это система взаимосвязанных протопластов растения. Протопласты соседних клеток соединяются между собой плазмодесмами — цитоплазматическими тяжами, проходящими через поры в клеточных стенках. Вода с любыми растворенными в ней веществами, попав в протопласт одной клетки, может двигаться дальше по симпласту, не пересекая никаких мембран. Это движение иногда облегчается благодаря упорядоченному току цитоплазмы.

Апопласт — это система соприкасающихся клеточных стенок, образующая непрерывную сеть по всему растению. До 50% такого целлюлозного каркаса представляет собой как бы « свободное пространство», которое может быть занято водой. При ее испарении в межклетники с поверхности клеток мезофилла в непрерывном апопластном слое воды возникает натяжение, и весь он по механизму объемного потока подтягивается к месту убывания благодаря когезии (« сцеплению») водных молекул. В апопласт вода поступает из ксилемы.

Верхний концевой двигатель, или присасывающая сила транспирации. При постоянном испарении воды в листьях растений разбивается сосущая сила (1 — 1,5 МПа), отсасывающая воду от ближайших клеток и передающаяся последующим клеткам, по которым передвигается вода, вплоть до сосудов. В сосудах нет цитоплазмы, поэтому нет и осмотического давления, и всасывание жидкости происходит при участии всей величины сосущей силы. Она позволяет поднять воду на несколько метров, действуя подобно гидравлическому насосу. Этой силы достаточно для обеспечения водой кустарников и сравнительно небольших деревьев.

Поднятие воды по стволу дерева

Концевые двигатели могут поднять воду на высоту до 10 м. Но многие древесные растения имеют гораздо большую протяженность ствола, и тогда оба концевых двигателя не могут обеспечить подъем воды. У таких растений на помощь приходят силы сцепления между молекулами воды, которые очень велики и могут достигать 30 — 35 МПа. Этой силы достаточно для того, чтобы поднять воду на 1 — 2 км, что значительно превышает высоту любого дерева.

Силы сцепления молекул воды действуют только при определенных условиях: водные струи в сосудах должны идти непрерывно, без пузырьков воздуха. Если же в них попадает воздух, что возможно при их поранении или перерезке, передвижение воды прерывается. Этим объясняется завядание побегов древесных растений с листьями и цветками (например сирени), когда их после срезания помещают в воду не сразу, а спустя некоторое время.

Передвижение воды по растению | Биология.

Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Поданная корнем вода быстро перемеща­ется по растению к листьям. Возникает вопрос, как передвигается вода по растению? Поглощенная корневыми волосками вода проходит рас­стояние в несколько миллиметров по живым клеткам, а затем уже поступает в мертвые сосуды ксилемы.

Передвижение воды по живым клеткам возмож­но благодаря наличию сосущей силы, возрастающей от корневого волоска к живым клеткам, прилегающим к сосудам ксилемы. Такое же распределение сосущей силы имеется и в живых клетках листа (рис. 124).

При передвижении воды по живым клеткам лис­та сосущая сила каждой последующей клетки должна отличаться на 0,1 атм. В одном из опы­тов удалось установить, что в листе плюща в третьей клетке от жилки имелась сосущая сила, равная 12,1 атм, а в 210-й клетке — 32,6 атм. Та­ким образом, на преодоление сопротивления 207 клеток разница в сосущей силе составила 20,5 атм, т. е. как раз около 0,1 атм на каж­дую клетку. Из этих данных следует, что сопро­тивление осмотическому передвижению воды по живым клеткам равняется около 1 атм на 1 мм проходимого водой пути. Отсюда становится понят­ным, почему растения, не имеющие сосудов (мхи, лишайники), не достигают больших размеров. Только в связи с появлением трахеид (папоротникообразные и голосеменные) и сосудов (по­крытосеменные) в процессе эволюции создалась возможность для растения достигать высоты в несколько десятков и даже свыше сотни метров (эвкалип­ты, секвойи).

Только небольшую часть своего пути в растении вода проходит по живым клеткам — в корнях, а затем в листьях. Большую часть пути вода проходит по сосудам корня, стебля и листа. Испарение воды с поверх­ности листьев создает наличие сосущей силы в клетках листа и корня и поддерживает постоянное передвижение воды по растению. Поэтому листья растений и получили название верхнего концевого двигате­ля, в отличие от корневой системы растения, — нижнего конце­вого двигателя, который нагнетает воду в растение.

Рис. 124. Схема передви­жения воды по парен­химе

О значении передвижения воды по мертвым клеткам древесины — сосу­дам и трахеидам — можно судить по такому опыту.

Если мы срежем ветку какого-либо травянистого растения и поставим ее в воду, то вода будет поступать к листьям, передвигаясь по сосудам бла­годаря испарению с их поверхности. Если закупорить полости сосудов погружением ветви в расплавленную желатину, а затем, когда желатина втянется в сосуды и застынет, соскоблить ее с поверхности среза и опустить ветку в воду, то листья быстро завянут. Этот опыт показывает, что по жи­вым клеткам паренхимы вода не может быстро перемещаться к листьям.

Испаряя воду с поверхности своих листьев, растения автоматически тянут воду по сосудам. Чем интенсивнее транспирация, тем сильнее сосет воду растение. Присасывающее действие транспирации легко обнаружить, если срезанную ветку герметически укрепить в верхнем конце стеклянной трубки, наполненной водой, нижний конец которой погружен в чашку со ртутью. По мере испарения воды на ее место в трубку будет втягиваться ртуть (рис. 125). Конец поднятию ртути кладет воздух, выделяющийся из межклетников, который прерывает сообщение сосудов с водой. Обычно, однако, в подобном опыте удается поднять ртуть на значительную высоту. Работа верхнего концевого двигателя играет значительно большую роль для растения по сравнению с нижним, так как она идет автоматически, за счет энергии солнечных лучей, нагре­вающих лист и повышающих испарение. Работа нижнего концевого двигателя связана с затратой энергии за счет расходования накопленных в процессе фотосинтеза ассимилятов. Однако вес­ной, когда еще не распустилась листва, или во влажных тенистых местообитани­ях, где транспирация очень невелика, основную роль в передвижении воды играет корневая система, нагнетающая воду в растение. Материал с сайта http://worldofschool.ru


Загрузка…



Рис. 125. Присасывающее действие листьев

Присасывающая сила листьев настолько велика, что если перерезать облиственную ветку, то наблюдается не вытекание, а заса­сывание воды. В высоких деревьях это сосание воды листьями передается вниз на десятки метров. В то же вре­мя известно, что любой всасывающий насос не может поднять воду на вы­соту, превышающую 10 м, так как вес этого водяного столба будет соответ­ствовать атмосферному давлению и им уравновешиваться. Наблюдаемое раз­личие между всасывающим насосом и стеблем растения зависит от сцепле­ния воды со стенками сосудов. Опыты с кольцом спорангия папоротника показали, что сила сцепления воды здесь составляет 300—350 атм. Как известно, кольцо на спорангии папоротника состоит из мертвых клеток, у которых внутренние и боковые стенки утолще­ны, а наружные тонки. При созревании спорангиев клетки эти, наполнен­ные водой, теряют ее и уменьшаются в размерах. При этом происходит втягивание внутрь тонкой стенки и сближение концов толстых стенок меж­ду собой. Получается как бы натянутая пружина, стремящаяся оторвать от стенок воду. Когда происходит отрыв воды, то пружина распрямляется и споры с силой разбрасываются из спорангия, как из метательной машины. Вызвать этот отрыв воды можно погружением спорангиев в концентрирован­ные растворы некоторых солей. Измерения показали, что сила, производя­щая отрыв воды, оказалась равной примерно 350 атм. Из изложенного понятно, что сплошные водяные столбы, заполняющие сосуды, крепко спа­яны благодаря силе сцепления. Вес столба воды в 100 м высоты соответству­ет всего лишь 10 атм. Таким образом, огромная сила сцепления позволяет воде в стеблях растений подниматься на высоту, значительно превышающую барометрическую. Корневое давление и присасывающее действие листьев двигают водяной ток на значительную высоту. Большое значение при этом имеют также поперечные перегородки в сосудах, так как воздух, попадая в сосуды, изолируется и из общей системы водоснабжения исключаются лишь небольшие участки.

Скорость движения воды по сосудам сравнительно невелика. Для лиственных древес­ных пород она составляет в среднем 20 см3 в час на 1 см2 поперечного се­чения древесины, а для хвойных всего 5 см3 в час. В то же время кровь по артериям движется со скоростью 40—50 см3 в секунду, а вода по водопровод­ным магистралям 100 см3 на 1 см2 сечения в секунду.


Как вода движется через растения

Нельзя недооценивать важность растений в повседневной жизни. Они обеспечивают кислород, пищу, убежище, тень и бесчисленное множество других функций.

Они также способствуют движению воды в окружающей среде. Сами растения могут похвастаться своим уникальным способом поглощения воды и выделения ее в атмосферу.

TL;DR (слишком длинно, не читал)

Растениям требуется вода для биологических процессов. Движение воды через растения включает путь от корня к стеблю и листу с использованием специализированных клеток.

Транспорт воды в растениях

Вода необходима для жизни растений на самых основных уровнях метаболизма. Чтобы растение имело доступ к воде для биологических процессов, ему нужна система для перемещения воды из земли в разные части растения.

Основное перемещение воды в растениях осуществляется посредством осмоса от корней к стеблям и к листьям. Как происходит транспорт воды в растениях? Движение воды в растениях происходит потому, что растения имеют специальную систему для втягивания воды, проведения ее через тело растения и, в конечном счете, выделения ее в окружающую среду.

Жидкости циркулируют в организме человека через кровеносную систему вен, артерий и капилляров. Существует также специализированная сеть тканей, которая помогает процессу движения питательных веществ и воды в растениях. Они называются ксилемой и флоэмой .

Что такое Ксилем?

Корни растений проникают в почву и ищут воду и минералы для роста растений. Как только корни находят воду, вода проходит через растение к его листьям. Структура растения, используемая для этого движения воды в растениях от корня к листу, называется ксилемой.

Ксилема — это разновидность растительной ткани, состоящей из вытянутых мертвых клеток. Эти клетки, названные трахеидами , имеют прочный состав и состоят из целлюлозы и эластичного вещества лигнина . Клетки сложены друг на друга и образуют сосуды, позволяющие воде двигаться с небольшим сопротивлением. Ксилема водонепроницаема и не имеет цитоплазмы в своих клетках.

Вода поднимается по растению по трубкам ксилемы, пока не достигает клеток мезофилла , представляющих собой губчатые клетки, которые выделяют воду через крошечные поры, называемые устьица . В то же время устьица также позволяют углекислому газу поступать в растение для фотосинтеза. Растения имеют несколько устьиц на листьях, особенно на нижней стороне.

Различные факторы окружающей среды могут быстро вызвать открытие или закрытие устьиц. К ним относятся температура, концентрация углекислого газа в листе, вода и свет. Ночью устьица закрываются; они также закрываются в ответ на слишком большое количество внутреннего углекислого газа и для предотвращения слишком большой потери воды в зависимости от температуры воздуха.

Свет заставляет их открываться. Это сигнализирует замыкающим клеткам растения о необходимости втягивания воды. Затем мембраны замыкающих клеток откачивают ионы водорода, и ионы калия могут проникать в клетку. Осмотическое давление снижается, когда накапливается калий, что приводит к притяжению воды к клетке. При высоких температурах эти замыкающие клетки не имеют достаточного доступа к воде и могут закрываться.

Воздух также может заполнять трахеиды ксилемы. Этот процесс, называемый кавитацией , может привести к образованию крошечных пузырьков воздуха, которые могут препятствовать потоку воды. Чтобы избежать этой проблемы, ямки в клетках ксилемы позволяют воде двигаться, предотвращая выход пузырьков газа. Остальная часть ксилемы может продолжать движение воды в обычном режиме. Ночью, когда устьица закрываются, газовый пузырь может снова раствориться в воде.

Вода выходит в виде водяного пара из листьев и испаряется. Этот процесс называется транспирацией .

Что такое флоэма?

В отличие от ксилемы клетки флоэмы являются живыми клетками. Они также образуют сосуды, и их основная функция заключается в перемещении питательных веществ по всему растению. Эти питательные вещества включают аминокислоты и сахара.

Например, в течение сезона сахара могут перемещаться из корней в листья. Процесс перемещения питательных веществ по растению называется транслокация .

Осмос в корнях

Кончики корней растений содержат клетки корневых волосков. Они имеют прямоугольную форму и длинные хвосты. Сами корневые волоски могут проникать в почву и поглощать воду в процессе диффузии, называемом осмосом.

Осмос в корнях приводит к перемещению воды в клетки корневых волосков. Как только вода попадает в клетки корневых волосков, она может перемещаться по всему растению. Сначала вода попадает в кору корня и проходит через эндодерма . Оказавшись там, он может получить доступ к трубкам ксилемы и обеспечить транспортировку воды в растениях.

Существует несколько путей прохождения воды через корни. Один метод удерживает воду между ячейками, чтобы вода не попадала в них. В другом методе вода проникает через клеточные мембраны. Затем он может перемещаться из мембраны в другие клетки. Еще один метод движения воды от корней включает в себя прохождение воды через клетки через соединения между клетками, называемые плазмодесмами 9.0016 .

Пройдя через кору корня, вода проходит через эндодерму, или восковидный клеточный слой. Это своего рода барьер для воды, который пропускает ее через энтодермальные клетки подобно фильтру. Затем вода может получить доступ к ксилеме и двигаться к листьям растения.

Определение потока транспирации

Люди и животные дышат. У растений есть свой процесс дыхания, но он называется транспирацией.

Когда вода проходит через растение и достигает его листьев, она может в конечном итоге выделяться из листьев посредством транспирации. Вы можете увидеть доказательства этого метода «дыхания», закрепив прозрачный пластиковый пакет вокруг листьев растения. В конце концов вы увидите капли воды в мешке, демонстрирующие испарение листьев.

Поток транспирации описывает процесс переноса воды из ксилемы потоком от корня к листу. Он также включает в себя метод перемещения ионов минералов, поддержание устойчивости растений за счет тургора воды, обеспечение листьев достаточным количеством воды для фотосинтеза и возможность испарения воды, чтобы листья оставались прохладными при высоких температурах.

Воздействие на транспирацию

Когда транспирация растений сочетается с испарением с суши, это называется эвапотранспирацией . Поток транспирации приводит к выбросу в атмосферу Земли примерно 10 процентов влаги.

Растения могут терять значительное количество воды в результате транспирации. Несмотря на то, что этот процесс нельзя увидеть невооруженным глазом, эффект потери воды поддается измерению. Даже кукуруза может выделять до 4000 галлонов воды в день. Большие лиственные деревья могут выпускать до 40 000 галлонов в день.

Интенсивность транспирации зависит от состояния атмосферы вокруг растения. Погодные условия играют важную роль, но транспирация также зависит от почвы и топографии.

Только температура сильно влияет на транспирацию. В теплую погоду и при ярком солнце устьица открываются и выделяют водяной пар. Однако в холодную погоду происходит обратная ситуация, и устьица закрываются.

Сухость воздуха напрямую влияет на интенсивность транспирации. Если погода влажная и воздух полон влаги, растение с меньшей вероятностью будет выделять столько воды через транспирацию. Однако в засушливых условиях растения легко транспирируют. Даже движение ветра может увеличить транспирацию.

Разные растения приспосабливаются к разным условиям роста, в том числе к скорости транспирации. В засушливом климате, таком как пустыни, некоторые растения могут лучше удерживать воду, например, суккуленты или кактусы.

30.15: Транспорт воды и растворенных веществ в растениях – движение воды и минералов в ксилеме

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    13762
    • Безграничный
    • Безграничный
    Цели обучения
    • Описание движения воды и минералов в ксилеме

    Движение воды и минералов в ксилеме

    Большинство растений получают необходимую им воду и минералы через свои корни. Пройденный путь: почва -> корни -> стебли -> листья. Минералы (например, K+, Ca2+) перемещаются растворенными в воде (часто в сопровождении различных органических молекул, поставляемых клетками корней). Вода и минеральные вещества попадают в корень отдельными путями, которые в конечном итоге сходятся в стеле или центральном сосудистом пучке в корнях.

    Транспирация – это потеря воды растением в результате испарения с поверхности листьев. Это основной двигатель движения воды в ксилеме. Транспирация вызывается испарением воды на границе листа или атмосферы; на поверхности листа создается отрицательное давление (напряжение), эквивалентное –2 МПа. Однако эта величина сильно варьирует в зависимости от дефицита давления пара, который может быть незначительным при высокой относительной влажности (ОВ) и существенным при низкой ОВ. Это напряжение вытягивает воду из корней. Ночью, когда устьица закрываются и транспирация прекращается, вода удерживается в стебле и листе за счет сцепления молекул воды друг с другом, а также прилипания воды к клеточным стенкам сосудов ксилемы и трахеид. Это называется теорией восхождения сока сцеплением и напряжением.

    Теория сцепления-натяжения объясняет, как вода движется вверх по ксилеме. Внутри листа на клеточном уровне вода на поверхности клеток мезофилла насыщает целлюлозные микрофибриллы первичной клеточной стенки. Лист содержит много крупных межклеточных воздушных пространств для обмена кислорода на углекислый газ, необходимый для фотосинтеза. Влажная клеточная стенка подвергается воздействию внутреннего воздушного пространства, и вода с поверхности клеток испаряется в воздушные пространства. Это уменьшает тонкую пленку на поверхности клеток мезофилла. Уменьшение создает большее напряжение воды в клетках мезофилла, тем самым увеличивая притяжение воды в сосудах ксилемы. Сосуды ксилемы и трахеиды структурно адаптированы, чтобы справляться с большими изменениями давления. Небольшие перфорации между элементами сосуда уменьшают количество и размер пузырьков газа, которые образуются в результате процесса, называемого кавитацией. Образование пузырьков газа в ксилеме вредно, так как прерывает непрерывный поток воды от основания к верхушке растения, вызывая перерыв (эмболию) оттока ксилемного сока. Чем выше дерево, тем больше силы натяжения, необходимые для вытягивания воды в непрерывный столб, что увеличивает количество кавитационных явлений. В более крупных деревьях возникающие в результате эмболии могут закупоривать сосуды ксилемы, делая их нефункциональными.

    Рисунок \(\PageIndex{1}\): Теория сцепления-натяжения сокоподъема: Показана теория сцепления-натяжения сокодвижения. Испарение из клеток мезофилла создает отрицательный градиент водного потенциала, который заставляет воду двигаться вверх от корней через ксилему.

    Контроль транспирации

    Транспирация является пассивным процессом: метаболическая энергия в форме АТФ не требуется для движения воды. Энергия транспирации – это разница в энергии между водой в почве и водой в атмосфере. Однако транспирация строго контролируется. Атмосфера, которой подвергается лист, стимулирует транспирацию, но также вызывает массовую потерю воды растением. до 90% воды, поглощаемой корнями, может быть потеряно с транспирацией.

    Листья снаружи покрыты восковой кутикулой, предотвращающей потерю воды. Таким образом, регуляция транспирации осуществляется главным образом за счет открывания и закрывания устьиц на поверхности листа. Устьица окружены двумя специализированными клетками, называемыми замыкающими клетками, которые открываются и закрываются в ответ на сигналы окружающей среды, такие как интенсивность и качество света, состояние воды в листьях и концентрация углекислого газа. Устьица должны открываться, чтобы воздух, содержащий углекислый газ и кислород, диффундировал в лист для фотосинтеза и дыхания. Однако, когда устьица открыты, водяной пар теряется во внешней среде, увеличивая скорость транспирации. Следовательно, растения должны поддерживать баланс между эффективным фотосинтезом и потерей воды.

    Со временем растения эволюционировали, приспосабливаясь к окружающей среде и уменьшая испарение. Пустынные растения (ксерофиты) и растения, произрастающие на других растениях (эпифиты), имеют ограниченный доступ к воде. Такие растения обычно имеют гораздо более толстую восковую кутикулу, чем растения, растущие в более умеренной, хорошо обводненной среде (мезофиты). Водные растения (гидрофиты) также имеют свой набор анатомо-морфологических приспособлений листьев.

    Рисунок \(\PageIndex{1}\): Уменьшение транспирации: растения приспособлены к местным условиям. (а) Ксерофиты, такие как этот кактус опунция ( Opuntia sp.) и (b) эпифиты, такие как этот тропический Aeschynanthus perrottetii , приспособились к очень ограниченным водным ресурсам. Листья опунции преобразованы в колючки, что снижает отношение поверхности к объему и уменьшает потерю воды. Фотосинтез происходит в стебле, который также хранит воду. (b) Листья A. perrottetii имеют восковую кутикулу, предотвращающую потерю воды. (c) Золотарник ( Solidago sp.) — мезофит, хорошо подходящий для умеренной среды. (d) Гидрофиты, такие как эта душистая кувшинка ( Nymphaea odorata ), приспособлены к жизни в водной среде.

    Ксерофиты и эпифиты часто имеют толстый покров из трихом или устьиц, погруженных под поверхность листа. Трихомы — это специализированные волосовидные клетки эпидермиса, которые выделяют масла и другие вещества. Эти приспособления препятствуют потоку воздуха через устьичную пору и уменьшают транспирацию. Множественные эпидермальные слои также обычно встречаются у этих типов растений.

    Ключевые моменты

    • Теория сцепления и натяжения сокодвижения объясняет, как вода поднимается от корней к верхушке растения.
    • Испарение из клеток мезофилла в листьях создает отрицательный градиент водного потенциала, который заставляет воду и минеральные вещества двигаться вверх от корней через ксилему.
    • Пузырьки газа в ксилеме могут прерывать ток воды в растении, поэтому их необходимо уменьшить через небольшие отверстия между элементами сосуда.
    • Транспирация регулируется открытием и закрытием устьиц в ответ на сигналы окружающей среды.