Роль диффузии в жизни растений: Диффузия в жизнедеятельности живых организмов

Диффузия в жизнедеятельности живых организмов

Руководитель проекта: 

Колесниченко Виктория Владимировна

Учреждение: 

МБОУ «Гимназия имени Подольских курсантов»

При проведении исследовательской работы по биологии на тему «Диффузия в жизнедеятельности живых организмов» автором была поставлена цель, доказать общую значимость диффузии для жизнедеятельности человека, животных и растений. Рассмотреть проявление диффузии в луке.

Подробнее о работе:

Учебный проект по биологии на тему «Диффузия в жизнедеятельности живых организмов» дает определение такого явления, как «диффузия», описывает, какие формы проявления диффузии установлены в науке на сегодняшний день, рассматривает влияние диффузии на жизнедеятельность живых организмов и влияние диффузии на жизнь человека. Автором проекта был проведен социологический опрос, с целью узнать знания школьников и взрослых людей в области диффузии. Результаты опроса представлены в тексте работы.

В исследовательском проекте по биологии «Диффузия в жизнедеятельности живых организмов» учащаяся 9 класса школы проводит практическое исследование, в рамках которого изучает особенности проявления диффузии в растениях. Опыты проводились на луке, и рассматривалось протекание диффузии в чешуе репчатого лука, а также в самой луковице. Все этапы исследование представлены в виде фотографий через микроскоп.

Оглавление

Введение
1 Аналитический разбор литературы.
1.1 Явление «диффузия».
1.2 Формы проявления диффузии.
1.3 Влияние диффузии на жизнедеятельность живых организмов.
1.4 Влияние диффузии на жизнь человека.
2. Практическая часть.
2.1 Диффузия в растениях.
2.2 Социологический опрос.
Заключение
Список литературы

Введение

В жизни мы постоянно видим диффузию: при подготовке красящего раствора, заваривании чая или при стирке белья. Кстати, при сгорании чего-нибудь на плите, мы вновь сталкиваемся с диффузией.

Она очень важна для жизнедеятельности живых организмов. Однако не у всех людей есть достаточное представление о протекании диффузии.

Актуальность работы заключается в том, что изучение влияния диффузии на жизнедеятельность растений, животный и человека, расширит спектр знаний о живой природе, а также продемонстрирует тесную связь физики, биологии и экологии.

Цель работы: доказать общую значимость диффузии для жизнедеятельности человека, животных и растений.

Задачи:

1. Найти материалы в литературе, Интернет — сети, изучить и проанализировать их.
2. Познакомится с формами проявления – осмос и диализ.
3. Выяснить, где в жизни встречаются явления диффузии, какие значения они имеют.
4. Описать и спроектировать разные виды исследования, характеризующие закономерности протекания диффузии.
5. Сделать выводы по данной теме.

Предмет исследования: влияние диффузии на процессы, протекающие в природе и в жизни человека.

Аналитический разбор литературы Явление «диффузия»

В 1827 Броун проводил исследования пыльцы растений. Когда он разглядывал под микроскопом выделенные из клеток удлиненные цитоплазматические зерна, Броун увидел, что мельчайшие твердые крупинки, которые едва можно было разглядеть в капле воды, непрерывно передвигаются с места на место, и это было настолько странно, что он подумал об этом движении, как об особом проявление жизни.

Правильно броуновское движение было объяснено полвека спустя. Молекулы воды постоянно хаотично движутся. Поэтому броуновское движение служит наблюдаемым доказательством невидимого даже под микроскопом движения молекул.

Диффузия — это явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.

Скорость протекания диффузии в жидкостях и газах велика, именно поэтому наблюдать ее в этих агрегатных состояниях достаточно просто. Диффузионные процессы могут протекать и в твердых телах, но там они происходят настолько медленно, что становятся незаметными при комнатной температуре.

Однако с ростом температуры движение молекул становится более интенсивным. Поэтому при долгом выдерживании твердых тел при высоких температурах можно убедиться, что диффузия протекает и в них.

Формы проявления диффузии

В мире живых организмов диффузия проявляется всего в двух формах – диализе и осмосе. Диализ – это разделение с помощью мембраны растворенных веществ, различающихся массами. Процесс основан на разных скоростях диффузии этих веществ через мембрану. Осмос – это движение воды через биологическую мембрану, пропускающую воду и не пропускающую растворенные в ней вещества.

Такую мембрану называют полупроницаемой. Оболочки всех живых клеток обладают способностью пропускать молекулы воды и задерживать молекулы растворенных в ней веществ — именно благодаря этому клетка может утолять жажду.

Влияние диффузии на жизнедеятельность живых организмов

Положительное влияние:

Большую роль диффузионные процессы играют в снабжении кислородом природных водоёмов и аквариумов. Кислород попадает в более глубокие слои воды за счёт диффузии через их свободную поверхность. Именно по этой причине нельзя перекрывать ее. Так, например, листья, покрывающие эту самую поверхность, могут совсем перекрыть доступ кислорода к воде и привести к гибели её обитателей.

Так же диффузия играет не менее важную роль в растительном мире. Например, большое развитие листовой кроны деревьев объясняется так: диффузионный обмен сквозь поверхность листьев выполняет не только функцию дыхания, но частично и питания. Сейчас довольно широко практикуется внекорневая подкормка плодовых деревьев путем опрыскивания их кроны. Благодаря диффузии растение получает минеральные вещества и воду из почвы.

Также этот процесс показывает один из механизмов второго закона термодинамики, который объясняет стремление всего живого в более устойчивое состояние. Этот процесс сыграл важную работу в возникновении и дальнейшем развитии планеты.

Естественно без данного явления не было бы и животного мира. Диффузия влияет не только на физиологические процессы. Акулы, например, чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров. Бабочки всегда находят дорогу к красивому цветку, а пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его своим роем.

Стоит ли говорить, что диффузия играет огромную роль в поглощении неорганических веществ из воздуха и почвы растениями, которые участвуют в фотосинтезе для образования органических веществ. А из этого следует, что диффузия лежит в основе обмена веществ между растениями и окружающей средой.

Отрицательное влияние:

К сожалению, развитие человеческой цивилизации оказывает негативное влияние на природу и процессы, которые протекают в ней. Диффузия играет большую роль в загрязнении водоемов. Загрязнение рек, морей и океанов приводит к тому, что в них исчезает жизнь. Температура воды повышается и при этом снижается содержание кислорода, что плохо сказывается на водных организмах.

Вследствие явления диффузии воздух загрязняется отходами разных фабрик, выхлопными газами, и из-за этого вредные отходы жизнедеятельности человека проникают в почву, воду, а затем оказывают вредное влияние на жизнь животных и растений.

Влияние диффузии на жизнь человека

На диффузии основаны многие процессы, которые происходят в организме человека. Одним из процессов является дыхание. Защита организма с помощью лекарств тоже является диффузией. Она широко используется во многих сферах деятельности человека. На этом явлении основана диффузионная сварка металлов. Впервые такая сварка была сделана в 1896 году английским металлургом Робертс-Аустеном.

Он прижал друг к другу золотой диск и свинцовый цилиндр, а после поместил их на 10 дней в печь, где поддерживалась температура 200°С. После того как печь открыли, разъединить диск и цилиндр было невозможно. За счет диффузии свинец и золото приросли друг к другу. Сегодня такая технология соединения деталей носит название диффузионной сварки.

Таким образом, мы видим, что скорость протекания этого процесса также зависит не только от агрегатного состояния вещества, его плотности, но и от температуры. Протекание диффузии от температуры обусловлено увеличением скорости движения молекул. Человек теперь может использовать свойства диффузии даже в целях обеспечения собственной безопасности. Природный газ, который мы используем дома, не имеет запаха. При утечке заметить его невозможно, поэтому на распределительных станциях газ смешивают с особым веществом, обладающим резким, неприятным запахом, который легко ощущается человеком.

Интересные факты о диффузии

Около 27 тонн космической пыли падает на Землю каждый день. За год более 10 000 тонн пыли попадает на Землю. В древнем мире, конечно, не могли наблюдать молекулы, но могли наблюдать диффузию! В сказках диффузия помогает героям. Отрывок из ассирийской сказки «Царь Зимаз»: «Был у царя умный советник Аяз, которого он очень уважал. Как обычно бывает в таких случаях, у Аяза были враги, которые его оклеветали перед царем, и тот, послушав их, заключил его в тюрьму.

Когда к Аязу пришла жена, он велел ей поймать большого муравья, привязать к его лапке крепкую нитку длиной сорок метров, к свободному концу её привязать верёвку такой же длину и пустить муравья по наружной стене тюрьмы в указанном месте. Как сказал Аяз, так жена и сделала. Сам же Аяз накрошил на окно камеры сахара и муравей по запаху сахара добрался до камеры, где сидел Аяз». А пословицы – это сплошная диффузия. Вот к примеру: Ложка дёгтя в бочке мёда или Волка нюх кормит.

Диффузия в растениях

Поскольку абсолютное большинство клеток растений имеет клеточную стенку и абсолютно все — клеточную мембрану, то из диффузионных явлений особо важное значение для растений имеют те, которые носят название мембранных осмотических явлений.

Скорость диффузии в растениях зависит от многих факторов — температуры, природы диффундирующего вещества и разности его концентраций. Чем выше концентрация диффундирующего вещества, тем выше его активность и его химический потенциал. Диффузионное передвижение вещества всегда идет от большего к меньшему химическому потенциалу. Наибольший химический потенциал у чистой воды.

Добавление к воде молекул растворенного вещества приводит к возникновению связи между молекулами воды и растворенного вещества, что уменьшает ее активность и ее химический потенциал. Когда диффундирующие вещества встречают на своем пути мембрану, их движение замедляется или полностью прекращается. Направленная же в противоположную сторону диффузия воды по направлению от своего большего к меньшему потенциалу через мембрану носит название осмоса. Другими словами, осмос в растениях — это диффузия воды через полупроницаемую клеточную мембрану, вызванная разностью концентраций веществ снаружи и внутри клетки.

Диффузия в чешуе лука

Для изучения диффузии в растениях были использованы препараты сухой и живой чешуи лука и цифровой микроскоп с увеличением 50 раз. Как диффундирующее вещество использовался краситель «Метиленовый синий».

Приготовленные препараты сухой и живой чешуи лука размещались на предметном стекле в капле воды, на один край препарата наносилась капля красителя, и препарат при помощи цифрового микроскопа фотографировался через определенные промежутки времени. Затем фотографировалась стандартная микрометровая линейка, идущая в комплекте с микроскопом, и расстояние, пройденное красителем в ходе диффузии, определялось на экране при помощи линейки и сравнивалось с микрофотографией линейки.

Диффузия в сухой чешуе лука

Как видно на микрофотографиях, приведенных на рисунке 1 А-Е, диффузия красителя в сухой чешуе лука шла довольно медленно, скорость диффузии по расчетам составляла примерно 0,05 мм/минуту в первые 20 минут диффузии, а затем падала практически до нуля. Возможно, это происходило из-за того, что из-за большой длительности эксперимента вода на предметном стекле, в которой находился препарат, начинала из-за достаточно сильной подсветки светодиодами микроскопа понемногу подсыхать и диффузия в препарате практически прекращалась.

Рисунок 1. А – момент внесения краски «Метиленовый синий»; Б – через 8 минут; В — через 12 минут; Г — через 20 минут; Д — через 28 минут; Е — через 38 минут после нанесения краски.

Диффузия в живой чешуе лука

Рисунок 2. А – момент внесения краски «метиленовый синий»; Б – через 1 минуту; В — через 3 минуты; Г — через 5 минут; Д — через 7 минут; Е — через 15 минут; Ж — через 28 минут; З — через 40 минут после нанесения краски.

Рисунок 3. А – момент внесения краски «Пищевой красный»; Б – через 3 минуты

Как видно на микрофотографиях на рисунке 2 А-З, диффузия красителя «метиленовый синий» в живой чешуе лука идет намного быстрее, скорость диффузии по расчетам составляла в среднем примерно 0,18 мм/минуту в первые 15 минут диффузии.

Диффузия красителя «Пищевой красный» идет в живой ткани лука еще быстрее – за три минуты краситель диффундирует на расстояние около 2 мм, то есть скорость диффузии составляет около 0,66 мм/мин (Рисунок 3). При этом краситель диффундировал по клеточным стенкам быстрее, чем из клеточных клеток в цитоплазму клеток. По-видимому, различия в скорости движения красителей зависит от размеров их молекул и, соответственно, скорости их броуновского движения.

Интересно, что при переводе в черно-белое изображение по каналу синего цвета (Рисунок 4), во время диффузии краски в сухой чешуе лука хорошо заметны сетчатые структуры (Рисунок 4А), что говорит о том, что диффузия в сухой чешуе идет по клеточным стенкам и краска хорошо их прорисовывает, в то время как во время диффузии краски в живой чешуе лука (Рисунок 4Б) сетчатых рисунков на микрофотографиях не видно, что говорит о том, что в живой растительной ткани диффузия идет равномерно и через клеточные стенки, и через цитоплазму растительных клеток.

Рисунок 4. Черно-белое изображение диффузии краски «Метиленовый синий» в чешуе лука. А – сухая кожица; Б – живая чешуя лука.

В связи с этим скорости диффузии красителя в мертвой сухой ткани и в живой растительной ткани достаточно сильно различаются (Рисунок 5).

Рисунок 5. Скорости диффузии красителя «Метиленовый синий» в сухой и живой растительной ткани.

Диффузия в живой целой луковице

Опыт проведения диффузии в живой целой луковице подтвердил полученные на препаратах ткани результаты (Рисунок 6).

Рисунок 6. А – Внешний вид до внесения краски в раствор; Б – через 5 минут: слева в растворе краска «Пищевой красный», справа – «Метиленовый синий»; В — через 1 час; Г — через 15 часов.

На рисунке хорошо видно распространение краски по живым тканям по срезу луковицы. При этом, если краситель «Пищевой красный» диффундировал в целом равномерно по всем живым тканям, то краситель «Метиленовый синий» быстрее диффундировал по кожице чешуй луковицы, и только потом диффундировал из кожицы в мякоть чешуи.

Социологический опрос о диффузии

Мной был проведен опрос с целью узнать знания школьников и взрослых людей в области диффузии.

Содержание опросного листа:

1. Помните ли вы что такое диффузия?
2. Влияет ли диффузия на экологию?
3. Вы бы хотели получить дополнительные знания о диффузии?

Варианты ответов: да, нет, затрудняюсь ответить

Опрос проводился анонимно. Было опрошено 20 человек, из которых 10 — учащихся 9 и 10 классов, а другие 10 — взрослые от 25 до 42 лет.

Результаты опроса:

Выводы по опросу:

Результаты социологического опроса показали, что взрослые считают, что они знают по этой теме больше, нежели учащиеся 9,10 классов.

Возможно, взрослые пытались казаться более умными, но этого мы, к сожалению, узнать не можем. Если же на вопросы все они отвечали честно, то это значит, что в школе сейчас уделяется слишком мало внимания этой теме — ведь на вопрос «Помните ли вы что такое диффузия?», ответили «да» только 20% обучающихся.

Заключение

Мы видим, как велико значение диффузии, а существование всех живых организмов было бы просто невозможно, если бы в природе не существовало этого явления. Природа широко использует возможности, заложенные в процессе диффузионного проникновения, оно играет важнейшую роль в поглощении и передвижении питательных веществ и насыщении организма растения кислородом.

Такое же значение диффузия имеет и для животных и человека. Таким образом, диффузия играет очень большую роль в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений. Но, к сожалению, люди в результате своей деятельности часто оказывают негативное влияние на естественные процессы в природе.

Изучая диффузию, ее роль и факторы, влияющие на ее протекание в природе, я пришла к выводу, что надо сильнее привлекать внимание общественности к важности изучения процессов, происходящих в окружающей среде.

Список литературы

1. Диффузия и осмос.
2. Рыженков А.П. Физика. Человек. Окружающая среда. М: Просвещение, 1996.
3. Диффузия вокруг нас.
4. Осмос и диффузия в гидропонике.

Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

Диффузия вокруг нас

Select a language for this project:

Диффузия — одно из самых значимых явлений в физике. Оно играет чрезвычайно важную роль в живой природе, его широко применяют в технике, в повседневной жизни. Но, оказывается, что процесс диффузии играет большую роль в загрязнении воздуха, рек, морей и океанов. Как разного рода загрязнители проникают в те вещества, которые обеспечивают жизнедеятельность растений, животных, человека?
Давайте с вами проведем исследование и узнаем как диффузия воздействует на окружающую среду , какую пользу и вред она приносит.

I like this
14 participants like this project

Диффузия — явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого. Примером диффузии в газах является распространение запахов в воздухе, но запах распространяется не мгновенно, а спустя некоторое время. Почему так происходит? Просто движению молекул пахучего вещества в определенном направлении мешает движение молекул воздуха. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т.к. при столкновениях она меняет направление и скорость движения. Поэтому диффузионное проникновение молекул значительно медленнее их свободного движения. Явление диффузии показывает, что молекулы все время хаотично движутся и притом в различных направлениях. Такое движение называется молекулярным тепловым движением. Диффузия, также доказывает, что между молекулами имеются промежутки.Известно, что частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то в этих веществах возможна диффузия.Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях и медленнее всего в твёрдых телах. Дело в том, что в газах и жидкостях основной вид теплового движения частиц приводит к их перемешиванию, а в твердых телах, в кристаллах, где атомы совершают малые колебания около положения узла решётки, нет. Скорость протекания диффузии зависит от: агрегатного состояния вещества; массы молекул; температуры.

Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии. Корни растений захватывают необходимые для растения вещества из почвенных вод благодаря диффузионному потоку внутрь корней.На явлении диффузии основаны многие физиологические процессы, происходящие в организме человека: такие как дыхание, всасывание питательных веществ в кишечнике и др. Диффузия находит широкое применение в различных сферах деятельности человека. На этом явлении основана, например, диффузионная сварка металлов, никелирование. Результатом диффузии может быть выравнивание температуры в помещении при проветривании. На явлении диффузии основаны соление овощей, варка варения, получение компотов и многое другое.В общем, диффузия имеет большое значение в природе и жизнедеятельности человека, но это явление также вредно в отношении загрязнения окружающей среды. На протекание диффузных процессов в природе отрицательное влияние оказывает деятельность человека. Большую роль играют диффузионные процессы в снабжении кислородом природных водоемов. Кислород попадает в более глубокие слои воды в водоемах за счет диффузии через их свободную поверхность. Поэтому любое загрязнение поверхности воды, губительно для всего живого в водоеме. Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу из дымовых труб промышленных и энергетических предприятий, выхлопные газы автомобилей, благодаря диффузии, распространяются на большие расстояния. Воздух и земля ещё загрязняется бытовыми отходами. Загрязняющие вещества попадают в пищу, воздух, воду и наносят огромный вред здоровью человека. Ярким проявлением диффузии, напрямую связанным с экологическими проблемами – это грязный, фактически отравленный выхлопными газами автомобилей, воздух в черте крупных городов, загрязнение отравляющими отходами многочисленных водоёмов, почвы и т.д.

Давайте вместе проведем исследование и выясним, на примере распространения пахучего вещества в воздухе как явление диффузии способствует загрязнению воздуха (проведем аналогию между молекулами загрязняющего вещества и молекулами пахучего вещества). Приведем примеры типичных загрязнителей атмосферы, рек и водоемов, полей и лесов. Узнаем, какие существуют способы защиты окружающей среды от загрязнения.

Keywords:Физические явления, «полезная» диффузия, «вредная» диффузия, человек, природа, загрязнение, безопасность, экология

 Go to Investigation page

• Project Authors

• oimarchenko
  　

• jennyzloch
  　

Какова роль диффузии в растениях?

Ответ

Проверено

203.7k+ views

Подсказка: Диффузия – это процесс движения молекул растворенного вещества или растворителя в соответствии с градиентом концентрации, то есть из области более высокой концентрации в область его более низкой концентрации. Он играет важную роль в дыхании растений и животных.

Полный ответ:
Растения поглощают воду и минеральные вещества из почвы. Эта вода и минералы поглощаются всеми частями растения. Эти вода и минералы транспортируются через сосуды ксилемы в процессе диффузии.

Диффузия – это движение молекул от более высокой концентрации к более низкой. Молекулы могут быть растворенными, растворяющими или даже газообразными.

1) В растениях диффузия молекул происходит через мембрану. Это не требует никакой энергии. Диффузия может быть облегчена через некоторые белковые каналы или транспортеры.
2)Диффузия является движущей силой газообмена при фотосинтезе. Концентрация углекислого газа снаружи больше, чем в листьях. Таким образом, углекислый газ диффундирует из атмосферы в клетку, когда устьица открыты. Концентрация кислорода в листьях больше, поэтому он диффундирует в атмосферу.
3) Пища, приготовленная растением, транспортируется по флоэме путем диффузии.
4) Транспирация также обусловлена ​​диффузией. Водяной пар (побочный продукт фотосинтеза) диффундирует в атмосферу.
5) Запах цветов распространяется в атмосфере, что способствует опылению, привлекая насекомых.

Примечание: Факторы, влияющие на скорость диффузии:
1) Температура — Скорость диффузии выше при более высокой температуре.
2) Плотность. Скорость диффузии увеличивается с уменьшением плотности. Скорость диффузии газа выше, чем у растворенных веществ.

Недавно обновленные страницы

Большинство эубактериальных антибиотиков получены из биологии ризобия класса 12 NEET_UG

Биоинсектициды саламин были извлечены из класса 12 Biology NEET_UG

Какое из следующих утверждений, касающихся Baculovirusses, NEET_UG

. Какое из следующих утверждений, касающихся Baculovirusses, Neet_ug

. муниципальные канализационные трубы не должны быть непосредственно 12 класса биологии NEET_UG

Очистка сточных вод осуществляется A Микробами B Удобрения 12-го класса биологии NEET_UG

Иммобилизация ферментов – это A Преобразование активного фермента 12-го класса биологии NEET_UG

Большинство эубактериальных антибиотиков получают из A Rhizobium class 12 биологии NEET_UG

3 90 Экстракт инсектицидов из 12-го класса биологии NEET_UG

Какое из следующих утверждений относительно бакуловирусов 12-го класса биологии NEET_UG

Канализационные или муниципальные канализационные трубы не должны относиться непосредственно к 12-му классу биологии NEET_UG

Очистка сточных вод выполняется A Микробами B Удобрения класса 12 биологии NEET_UG

Иммобилизация ферментов – это A Преобразование активного фермента класса 12 биологии NEET_UG

Тенденции движения стоматального механизма

3 90 Важная концепция

Содержание

Что такое устьица?

Устьица способствуют газообмену во время дыхания и фотосинтеза. Это очень мелкие отверстия, обычно находящиеся на эпидермисе листьев. Каждая стома окружена двумя особыми эпидермальными клетками почковидной формы, известными как камеры охраны . Стенка замыкающих клеток вблизи поры толстая. Наружная стенка тонкая, эластичная и полупроницаемая.

Устьица можно найти во всех надземных частях растения. Они никогда не встречаются на его корнях. Обычно устьица находятся разбросанными на двудольных листьях , тогда как в случае однодольных листьев они располагаются параллельными рядами .

Устьица могут быть на обеих сторонах листа, но их количество всегда больше на нижней поверхности. Однако верхняя поверхность листьев баньян и каучук деревья отсутствие устьиц. Верхняя поверхность листьев некоторых ксерофитов также лишена устьиц. свободно плавающие листья водных растений несут устьица только на своей верхней поверхности.

В норме устьица остаются закрытыми при отсутствии света. Они всегда открыты в дневное время или при наличии света.

Механизм движения устьиц (открытие и закрытие устьиц):

Различные внешние и внутренние стимулы влияют на открытие и закрытие устьиц путем изменения размера устьичных пор. Важнейшие среди них светлая и темная, СО ₂  концентрация, подача воды, pH клеточного сока и т. д. В большинстве случаев при адекватной поставке воды устьица имеют тенденцию открываться в дневное время в ответ на свет и закрываться ночью. Открытие и закрытие устьиц происходит в результате изменения тургора замыкающих клеток. Когда замыкающие клетки набухают, их тонкие стенки вытягиваются, а толстые стенки становятся слегка вогнутыми, так что открывается устьичное отверстие. С другой стороны, замыкающие клетки становятся дряблыми, когда теряют воду. Их толстые стенки возвращаются в исходное положение, что приводит к закрытию устьичной поры.

Три теории открытия и закрытия устьиц:

Фотосинтез замыкающих клеток:

Schwendener ( 1881 ) считает, что хлоропласты замыкающих клеток осуществляют фотосинтез на свету и производят сахар. Повышенный уровень сахара увеличивает осмотическую концентрацию замыкающих клеток. Защитные клетки поглощают воду, набухают и между ними образуются поры. В темноте фотосинтез останавливается и сахар выводится из замыкающих клеток.

Крахмал Сахар Гипотеза:

Эта теория была сформулирована в 1923 Дж. Д. Сейром и изменена Стюардом в 1964 . Схема этой теории приведена ниже-

В свете:

• Фотосинтез происходит на свету, который потребляет респираторный CO ₂ присутствующий в межклеточных пространствах.
• Это снижает концентрацию H ⁺ клеточного сока и pH замыкающих клеток увеличивается.
• Высокий уровень pH способствует активности фермента фосфорилазы, который превращает крахмал в глюкозо-1-фосфат-

Крахмал ——– Фосфорилаза ————– pH 7,0 9009co 1-фосфат

• Глюкозо-1-фосфат далее превращается в глюкозо-6-фосфат ферментом фосфоглюкомутазой-

Глюкозо-1-фосфат ⇌ Глюкозо-6-фосфат

• Глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозу и фосфат под действием фермента фосфатазы-

—Глюкоза-6—901 ———> Глюкоза + Фосфат

• Глюкозные и фосфатные единицы растворяются в среде и увеличивают концентрацию клеточного сока
• Это вызывает дальнейшее повышение осмотического давления замыкающих клеток и, следовательно, их ДПД (Диффузионный дефицит давления) также увеличивается. Это приводит к перемещению воды в замыкающие клетки из окружающих клеток. Замыкающие клетки набухают и набухают. Таким образом, устьичная пора становится открытой.

В темноте:

• В темноте фотосинтез не происходит. Уровень респираторного СО ₂ в подустьичной полости повышен. Это приводит к снижению рН замыкающих клеток.
• При низком рН молекулы глюкозы превращаются в глюкозо-1-фосфат с использованием дыхательной АТФ в присутствии фермента гексокиназы- —> Глюкозо-1-фосфат + АДФ
  • Молекулы глюкозо-1-фосфата превращаются в крахмал в присутствии фермента фосфорилазы-

  к разбавлению клеточного сока за счет потребления растворенных в нем молекул глюкозы. При этом снижается осмотическое давление клеточного сока и снижается его ДПД. Затем замыкающие клетки отдают воду окружающим клеткам и становятся дряблыми. Затем устьичная пора закрывается.

  K

  ⁺ Ионовой насос Гипотеза:

  Эта теория была предложена Levitt ( 1974 ) и разработана Raschke ( 1975 ) и Bowling ( 1975 ) и Bowling ( 1975 ). Краткое изложение этой теории приведено ниже:

  На свету:

  • Содержание крахмала в замыкающих клетках исчезает на свету. В первую очередь крахмал превращается в органические кислоты, в частности в фосфоенолпировиноградную кислоту. Затем фосфоенолпировиноградная кислота соединяется с CO ₂ для производства щавелевоуксусной кислоты, а затем яблочной кислоты.
  • Органические кислоты, а именно яблочная кислота, диссоциируют на малат-анион и Н ⁺ в замыкающих клетках.
  • H ⁺ транспортируется в клетки эпидермиса, особенно во вспомогательные клетки (если они есть), а K ⁺ проникают в замыкающие клетки взамен H ⁺ . Процесс называется ионообмен .
  • K ⁺ уравновешиваются органическими анионами (например, малатом). Некоторые кл 9Ионы 0133– также поглощаются для нейтрализации небольшого процента K ⁺ .
  • H ⁺ – K ⁺ обмен – активный процесс, который требует участия энергии (АТФ), поставляемой либо дыханием, либо фотофосфорилированием .
  • Повышенная концентрация K ⁺ и ионов малата в вакуолях замыкающих клеток вызывает достаточное осмотическое давление для поглощения воды из окружающих клеток.
  • Повышение тургора замыкающих клеток из-за попадания воды приводит к открытию устьичных пор.

  В темноте:

  • Концентрация углекислого газа увеличивается в темноте в подустьичной полости, потому что фотосинтез останавливается, но дыхание продолжается.
  • Более высокая концентрация CO ₂ в подустьичной полости предотвращает градиент протонов через протоплазматическую мембрану замыкающих клеток. В результате активный транспорт K ⁺ в камеры охраны останавливается.
  • Коуэн и др. ( 1982 ) предположили, что механизм закрытия включает участие гормона-ингибитора абсцизовой кислоты, который действует при более низком рН. Как только pH замыкающих клеток снижается, абсцизовая кислота ингибирует поглощение K ⁺ , изменяя диффузию и проницаемость замыкающих клеток.
  • Ионы малата, присутствующие в цитоплазме замыкающих клеток, объединяются с H ⁺ с образованием яблочной кислоты. Избыток яблочной кислоты угнетает ее собственный синтез за счет снижения активности ФЕП-карбоксилаза .
  • Эти изменения вызывают реверсирование движения ионов, так что K ⁺ транспортируются из замыкающих клеток в окружающие эпидермальные клетки.
  • Таким образом снижается осмотическое давление замыкающих клеток.
  • Это приводит к перемещению воды из замыкающих клеток в окружающие клетки.
    

  Глюкоза-1-фосфат —————> Крахмал