Calea apei într-o plantă se împarte în trei diferite ca fiziologie, structură și întindere piese: asupra celulelor radiculare vii; prin elemente de xilem moarte ale rădăcinii, tulpinii, pețiolului și venelor; de-a lungul celulelor vii frunzelor până la suprafața care se evaporă.
Cea mai mare parte a acestei căi este reprezentată de sistemul conducător al apei, constând din vase goale moarte la angiosperme și traheide la gimnosperme. La plantele erbacee această parte cale navigabilă ajunge la zeci de centimetri, iar în cele arboricole - mulți metri.
Mișcarea apei prin vasele de xilem, a căror lungime poate ajunge la câteva zeci de centimetri, are loc destul de ușor. Calea prin traheide este mai dificilă: de la o traheidă la alta, apa trece prin pori mărginiți; Este evident că mișcarea apei prin ele are o rezistență mai mare decât prin vase. Măsurătorile arată că conductivitatea lemnului la plantele lemnoase de foioase este de 3 până la 6 ori mai mare decât la plantele de conifere. În general, apa depășește această cale mult mai ușor decât prima și a treia prin câțiva milimetri sau chiar fracții de milimetri de celule vii - de la firele de păr rădăcină până la vasele cilindrului central și de la vasele situate în venele frunzei până la celulele mezofile care se evaporă.
De vasele şi traheidele apa se mișcă ca prin tuburi goale, respectând legile hidrodinamice generale, pentru cei vii aceleaşi celule de rădăcină și frunze - mod osmotic, cu ajutorul diferenței de forțe de aspirare a celulelor vecine într-o succesiune corect crescătoare. Rezistența semnificativă la curgerea apei atunci când aceasta trece de la o celulă vie la alta face ca această metodă să fie complet nepotrivită pentru deplasarea apei pe distanțe lungi. Prin urmare, apariția traheidelor în plante asemănătoare ferigă a fost o etapă importantă în evoluție floră. Sistemul de conducere a apei a devenit și mai perfect odată cu apariția unor vase reale în angiosperme.
O cantitate imensă de apă este pompată prin plantă. Din 1 hectar de culturi de grâu, în timpul verii se evaporă aproximativ 2 mii de tone, trifoi - 7,5, varză - 8 mii, adică. dacă colectați toată apa consumată de 1 hectar de trifoi sau varză, veți obține un bazin de apă cu o suprafață de 1 hectar și o adâncime de 75-80 cm. Pădurile tinere de molid din taiga de sud cheltuiesc 4,5 mii de tone apă pe an de la 1 hectar suprafață de pădure, pin - 5, 0, arin - până la 11 mii de tone.
Se poate observa că pădurile consumă nu mai puțin și chiar mai mult decât unele culturi agricole. aceste cheltuieli colosale sunt reînnoite datorită activității sistemelor radiculare, care absorb apa din sol cu suficientă viteză. Pe baza acestui lucru rol de uscare păduri în condiţii de soluri forestiere îmbibate cu apă. Un sistem bine dezvoltat de conducere a apei, care furnizează apă fără întârziere frunzelor, precum și prezența țesuturilor tegumentare care protejează planta de pierderea excesivă de apă, ajută, de asemenea, la menținerea echilibrului apei.
Care sunt forțele care provoacă un flux continuu de apă de la rădăcini prin tulpină și frunze? U plante erbacee cu creștere redusă Mecanismul curgerii sevei de xilem este ușor de înțeles. Presiunea rădăcinii forțează apa în vasele cilindrului central al rădăcinii, iar forțele de aspirație care apar în frunze din cauza procesului de transpirație atrag această apă. Acest lucru creează un flux constant de apă în întreaga plantă.
Procesul de creștere a apei de la rădăcini la frunze se numește curent ascendent, spre deosebire de curent descendentmaterie organică de la frunze la rădăcini. Se numește presiunea radiculară creată din cauza metabolismului terminațiilor rădăcinii motor de capăt inferior al curentului de apă. Forțele de aspirare ale frunzelor care atrag apa sunt numite motorul de capăt superior al curentului de apă.
Este mai dificil de explicat continuitatea coloanei de apă în giganții lumii vegetale - eucalipt, sequoia și alte plante lemnoase, a căror înălțime ajunge la 140 m. Copacii noștri obișnuiți au, de asemenea, dimensiuni destul de mari: mesteacănul - până la 25 m, stejar - 40 m, pin și molid - până la 50 m La aceasta ar trebui adăugată lungimea semnificativă a sistemului de rădăcină conducătoare de apă.
Curentul de apă experimentează și învinge forța gravitației, forța gravitației. Din această cauză, de exemplu, pompele convenționale cu piston nu pot ridica apa de la o adâncime mai mare de 10 m, deoarece această coloană de apă de 10 metri corespunde unei presiuni de 1 atm. În plus, mișcarea apei prin xilem întâmpină o rezistență destul de semnificativă, în special la reprezentanții plantelor lemnoase gimnosperme.
Explicația faptului că o coloană de apă lungă de multe zeci de metri nu se rupe se găsește în teoria aderenței (coeziunii) și umezirii cu apă a pereților vaselor și a traheidelor (adeziune). Într-adevăr, între moleculele de apă în mișcare există forțe de adeziune semnificative care forțează aceste molecule să se sucească. Acest lucru este facilitat și de faptul că elementele conductoare de apă par a fi un singur întreg cu fluxul de apă, deoarece pereții lor sunt complet umeziți și saturati cu apă. Nu există aer în ele. În această stare, ele oferă o rezistență minimă la fluxul în mișcare. În plus, însăși structura vaselor nu facilitează mișcarea bulelor de aer dintr-un vas în altul.
Toate acestea disting foarte mult condițiile create în lemn de condițiile din pompele cu piston. În acesta din urmă, bule de aer apar în mod constant între pereții cilindrului și piston, încălcând integritatea coloanei de apă. Acest stâlp se rupe când se ridică la o înălțime mai mare de 10 m.
Pentru a ridica apa la o înălțime de 100 m, este necesar să existe forțe de aspirație în coroana copacului de ordinul a 30 - 35 atm: pentru a depăși gravitația - 10 atm, rezistență la filtrare prin pereții transversali ai vaselor - 20 - 25 atm. În mediul natural al unei păduri, astfel de valori sunt adesea înregistrate experimental. Prin urmare, din punct de vedere pur fizic, pare posibil să se explice ridicarea apei la o înălțime de 100 m sau mai mult.
În timpul procesului de transpirație, în frunzele copacilor apar forțe de aspirație, ajungând la zeci de atmosfere. Frunzele aspiră apa din tulpină, rezultând o presiune negativă a vidului în vase. Această condiție poate fi observată folosind instrumente simple: într-o zi caldă de vară, cu pierderi intense de apă, trunchiurile copacilor scad în diametru. O altă metodă este că atunci când tăiați o ramură cu transpirație intensă în apă colorată, se observă pătrunderea instantanee a vopselei prin suprafața tăiată din cauza dilatării vaselor de sânge.
În funcție de structura anatomică a lemnului, viteza liniară a curentului ascendent variază de la 1 - 6 m/h la speciile de conifere și arbori dispersat-vasculari până la 25 - 60 m/h la cele inelare-vasculare. Această viteză a fost înregistrată vara la prânz. Viteza de mișcare a apei printr-un copac se modifică în timpul zilei și corespunde în principal intensității transpirației. Există de asemenea flux de apă ascendent dependent de lumină la plante, nu strâns legat de activitatea de transpirație (V.G. Reutsky).
În copac în sine, apa se mișcă cel mai repede în trunchi și mai încet în ramurile cele mai tinere. Poziția de mijloc în acest indicator este ocupată de ramuri vechi.
Particularități curgerea apei de-a lungul unui trunchi de copac:
· Folosind tehnologia izotopilor si introducerea colorantilor in trunchi, s-a demonstrat ca la majoritatea plantelor lemnoase curentul de apa se misca in trunchi. într-o spirală. Acest lucru este strâns legat de macrostructura trunchiului copacului, ceea ce face dificil să se răspundă la întrebarea care parte a sistemului radicular furnizează apă în ce parte a coroanei copacului.
Mișcarea apei în direcție radială apare mai lent și apare prin porii de pe pereții vaselor de sânge și ai traheidelor. Este important în menținerea conținutului normal de apă al elementelor vii din lemn și scoarță.
· Inegalitate curent de apă. Nu tot lemnul servește drept conductor pentru apă. La copacii duramen (pin, stejar), se folosește în acest scop numai alburn. În același timp, ultimele straturi anuale de lemn sunt mai active în conducerea apei. Acest lucru se explică prin faptul că doar aceste straturi se transformă în lemn de ramuri anuale, care este strâns legat de sistemul de conducție a apei al frunzelor. La conifere, în special la molid, fasciculele vasculare de ace comunică aparent cu mai multe inele anuale. Inelele vechi de creștere pur și simplu nu ajung la coroană; La o serie de specii de arbori (salcâm alb, fistic, frasin), apa este efectuată numai de ultimele 1-3 straturi anuale de alburn. Aceeași imagine se observă atât la speciile de alburn, cât și la speciile de arbori maturi (aspen, mesteacăn, tei), dar au un număr ceva mai mare de straturi anuale care conduc apa.
O astfel de caracteristică a curentului ascendent dintr-un trunchi de copac se poate numi și ea izolare.ÎN schiță generală este inerent și plantelor erbacee. Cu toate acestea, la plantele lemnoase este mai pronunțat. Lemnul conducător de apă al trunchiului este separat de mediu extern nu numai de celulele vii ale cambiului și floemului, ci și de o plută groasă sau crustă care limitează legătura lemnului cu aerul atmosferic.
O astfel de proprietate a curentului ascendent ca reversibilitate, observat uneori în natură la o serie de specii de arbori, inclusiv unele conifere (molid, brad), la înrădăcinarea ramurilor inferioare în contact cu solul, sau a vârfurilor copacilor căzuți. Debitul de apă de aici merge la sens invers- de la capătul morfologic superior până la capătul morfologic inferior.
Curent crescător furnizează tuturor celulelor vegetale vii apă și elemente minerale. Rolul curentului ascendent este, de asemenea, foarte important în asigurarea celulelor vii ale rădăcinilor, trunchiului și ramurilor cu oxigen, deoarece permeabilitatea țesuturilor scoarței, cambiului și lemnului pentru gaze este foarte scăzută. Acest curent ascendent dizolvat în apă oxigenul vine să efectueze procesul de respirație a elementelor vii din lemn.
Curentul în creștere afectează și el continutul de apațesuturi, în special lemnul trunchiului. La o vârstă fragedă, înainte de formarea miezului, lemnul de conifere are cel mai mare conținut de umiditate. Această diferență se datorează, evident, lipsei lor de libriform în comparație cu lemnele de esență tare.
Schimbări drastice se observă conținutul de apă al lemnului pe tot parcursul anului. Astfel, plantele lemnoase conifere au cea mai scăzută umiditate în lunile de vară, iar cea mai ridicată iarna. La sfârșitul primăverii și la începutul toamnei, conținutul de umiditate al lemnului este la mijloc. Conținutul de umiditate al duramenului rămâne practic neschimbat și este cel mai scăzut. La speciile de foioase s-au remarcat două perioade de umiditate scăzută - vara și în a doua jumătate a iernii și două perioade de umiditate crescută - primăvara în timpul curgerii sevei și iarna - în prima jumătate a iernii.
Conținutul de umiditate al lemnului arborilor tineri este puțin mai mare, iar amplitudinea fluctuațiilor acestuia este mai mare decât cea a copacilor bătrâni. Conținutul de apă din lemn se modifică și în timpul zilei de vară: este cel mai mare dimineața devreme și cel mai scăzut la prânz.
Apa depozitată în mijlocul trunchiului este capabilă să se deplaseze la lăstari tineri, ceea ce este deosebit de important în absența apei disponibile plantelor în sol (secetă, îngheț). De exemplu, un pin vechi de 100 de ani poate suporta o perioadă uscată din cauza rezervelor interne de apă din trunchi timp de o lună întreagă.
Apa care curge prin plantă diferit de apa metabolica, care este utilizat direct în diferite procese metabolice. Apa este schimbată constant în celulele vegetale. Cu ajutorul tehnologiei moderne, în special al tehnologiei izotopice, a fost posibil să se arate că cel mai rapid schimb de apă interstițială cu apa externă are loc în rădăcinile plantelor, iar cel mai lent - în tulpini. Frunzele ocupă o poziție intermediară.
Informații conexe.
La oameni și animale, sângele circulă în tot corpul, condus de o pompă puternică, care este inima. Astfel, fiecare celulă a corpului primește toate substanțele necesare vieții sale. Fiecare parte a copacului este, de asemenea, spălată din interior cu o soluție de componente nutritive în apă - seva plantei. Cu toate acestea, niciun copac nu are inimă. Cum, atunci, se ridică seva în copac?
Știința încă nu poate oferi un răspuns exact la această întrebare. Niciuna dintre teoriile existente în prezent nu oferă o explicație completă și finală a acestui fenomen. Prin urmare, oamenii de știință sunt înclinați să creadă că mișcarea sevei printr-un copac se realizează sub influența mai multor forțe care acționează simultan.
Cea mai larg acceptată teorie este presiunea osmotică. Faptul este că în toate organismele vii, o soluție de nutrienți pătrunde în celule prin membranele subțiri. Acest lucru se întâmplă deoarece concentrația de substanțe dizolvate pe diferite părți ale membranelor este diferită și, prin urmare, conform legilor fizicii, tinde să se egaleze. Acest fenomen (care, apropo, apare nu numai în natura vie) se numește osmoză, iar diferența de concentrație a unei substanțe pe diferite părți ale membranei, care este forța motrice a procesului, este presiunea osmotică. Astfel, cu cât această diferență de concentrație este mai mare, cu atât Mai mult lichidul este transferat prin membrană.
Apa și sărurile minerale de care plantele au nevoie pentru a menține viața se găsesc în sol. Deoarece conținutul lor este mai mare decât în rădăcinile copacilor, apare presiunea osmotică, forțând umiditatea cu sărurile dizolvate în ea să pătrundă în plantă. Datorită aceluiași efect, seva urcă de-a lungul rădăcinii în trunchi și mai departe în restul copacului. Sărurile minerale rămân în celulele copacului pe măsură ce soluția trece prin ele, iar excesul de apă se evaporă din frunze.
Există o altă ipoteză în acest sens. Potrivit acesteia, mișcarea sevei se datorează, în primul rând, evaporării apei din frunze și, în al doilea rând, prezenței „coeziunii” apei. Coeziunea este o forță care provoacă un fel de „lipire” a unei mici particule dintr-o substanță de alta.
Conform acestei teorii, atunci când umiditatea se evaporă din frunze, în celulele lor apare un vid și, ca urmare, încep să atragă apa din celulele vecine. Același lucru se întâmplă acolo, și așa mai departe, până ajunge la rădăcini, care absorb umiditatea (și odată cu ea nutrienții) din sol. În ceea ce privește coeziunea, ține particulele de apă împreună pe măsură ce se ridică în sus pe trunchi, permițând fluxului să rămână continuu.
Apa absorbită de celulele rădăcinii, sub influența diferenței de potențiale de apă care apar din cauza transpirației, precum și a forței presiunii radiculare, se deplasează către căile xilemului. Conform conceptelor moderne, apa din sistemul radicular se mișcă nu numai prin celulele vii. Apoplast- acesta este spațiul liber al rădăcinii, care include spațiile intercelulare, membranele celulare și vasele de xilem.
Cel mai simplu- aceasta este o colecție de protoplaste ale tuturor celulelor, delimitate de o membrană semipermeabilă. Datorită numeroaselor plasmodeme care conectează protoplastul celulelor individuale, simplast este sistem unificat.
Pentru a pătrunde în vasele de xilem, apa trebuie să treacă printr-o membrană semipermeabilă și în principal prin apoplast și doar parțial prin simplast. Cu toate acestea, în celulele endodermice, mișcarea apei apare aparent de-a lungul simplastului. Apoi, apa intră în vasele de xilem. Apoi apa se mișcă sistemul vascular rădăcină, tulpină și frunză.
Din vasele tulpinii, apa trece prin pețiol sau teaca frunzei în frunză. ÎN limbul frunzeiîn vene sunt situate vasele conductoare de apă. Venele se ramifică treptat și devin mai mici. Cu cât rețeaua de vene este mai densă, cu atât apa întâmpină mai puțină rezistență atunci când se deplasează către celulele mezofile ale frunzei.
Uneori există atât de multe ramuri mici de vene de frunze încât acestea furnizează apă aproape fiecarei celule. Toată apa din celulă este într-o stare de echilibru. Cu alte cuvinte, în sensul saturației cu apă, există un echilibru între vacuola, citoplasmă și membrana celulară, potențialele lor de apă sunt egale. Apa se deplasează de la celulă la celulă datorită unui gradient de forță de aspirație.
Toată apa din instalație reprezintă un singur sistem interconectat. Întrucât există forțe de adeziune (coeziune) între moleculele de apă, apa se ridică la o înălțime semnificativ mai mare de 10 m Forța de aderență crește, deoarece moleculele de apă au o afinitate mai mare între ele. Între apă și pereții vaselor există și forțe de coeziune.
Gradul de tensiune al firelor de apă din vase depinde de raportul dintre procesele de absorbție și evaporare a apei. Toate acestea permit organism vegetal mențineți un singur sistem de apă și nu completați neapărat fiecare picătură de apă care se evaporă.
În cazul în care aerul pătrunde în segmente individuale ale vaselor, acestea sunt aparent oprite de la curentul general de conducere a apei. Aceasta este calea mișcării apei prin plantă.
Viteza cu care apa se deplasează prin plantă se modifică pe parcursul zilei. În timpul zilei este mult mai mare. În același timp diferite tipuri plantele diferă prin viteza cu care se mișcă apa. Schimbările de temperatură și introducerea inhibitorilor metabolici nu afectează mișcarea apei. În același timp, acest proces, așa cum era de așteptat, depinde foarte mult de rata de transpirație și de diametrul vaselor conductoare de apă. În vasele mai largi, apa întâmpină o rezistență mai mică. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că bulele de aer pot pătrunde în vase mai largi sau pot apărea alte perturbări în curgerea apei.
Apa care intră în celulele rădăcinii, sub influența diferenței de potențiale de apă care apar din cauza transpirației și presiunii radiculare, se deplasează către elementele conductoare ale xilemului. Conform conceptelor moderne, apa din sistemul radicular se mișcă nu numai prin celulele vii. În 1932 Fiziologul german Munch a dezvoltat ideea existenței în sistemul radicular a două volume relativ independente prin care se mișcă apa - apoplastul și simplastul.
Apoplastul este spațiul liber al rădăcinii, care include spațiile intercelulare, membranele celulare și vasele de xilem. Symplast este o colecție de protoplaste ale tuturor celulelor, delimitate de o membrană semi-permeabilă. Datorită numeroaselor plasmodesmate care leagă protoplastul celulelor individuale, simplastul reprezintă un singur sistem. Apoplastul nu este continuu, ci este împărțit în două volume. Prima parte a apoplastului este situată în cortexul radicular înaintea celulelor endodermice, a doua este pe cealaltă parte a celulelor endodermice și include vasele de xilem. Celulele endodermice datorită brâurilor. Casparis reprezintă, parcă, o barieră în calea mișcării apei prin spațiul liber (spațiile intercelulare și membranele celulare). Mișcarea apei de-a lungul scoarței rădăcinii are loc în principal de-a lungul apoplastului, unde întâmpină o rezistență mai mică și doar parțial de-a lungul simplastului.
Cu toate acestea, pentru a pătrunde în vasele de xilem, apa trebuie să treacă prin membrana semipermeabilă a celulelor endodermice. Astfel, avem de-a face cu ceva de genul unui osmometru, în care în celulele endodermice se află o membrană semipermeabilă. Apa trece prin această membrană spre un potențial de apă mai scăzut (mai negativ). Apoi, apa intră în vasele de xilem. După cum sa menționat deja, există opinii diferite cu privire la problema motivelor care provoacă secreția de apă în vasele de xilem. Conform ipotezei lui Crafts, aceasta este o consecință a eliberării de săruri în vasele de xilem, în urma căreia acolo se creează o concentrație crescută, iar potențialul apei devine mai negativ. Se presupune că, ca urmare a aportului de sare activ (cu cheltuială de energie) se acumulează în celulele rădăcinii. Cu toate acestea, rata de respirație în celulele din jurul vaselor de xilem (periciclu) este foarte scăzută și nu rețin săruri, care sunt astfel desorbite în vase. Mișcarea ulterioară a apei are loc prin sistemul vascular al rădăcinii, tulpinii și frunzei. Elementele conductoare ale xilemului constau din vase și traheide.
Experimentele cu inele au arătat că fluxul ascendent al apei prin plantă se mișcă în principal de-a lungul xilemului. În elementele conductoare ale xilemului, apa întâmpină rezistență redusă, ceea ce facilitează în mod natural mișcarea apei pe distanțe lungi. Adevărat, o anumită cantitate de apă se mișcă în afara sistemului vascular. Cu toate acestea, în comparație cu xilem, rezistența la mișcarea apei a altor țesuturi este mult mai mare (cel puțin trei ordine de mărime). Acest lucru are ca rezultat doar 1 până la 10% din debitul total de apă care se deplasează în afara xilemului. Din vasele tulpinii, apa intră în vasele frunzei. Apa se deplasează din tulpină prin pețiol sau teaca frunzei și în frunză. În limbul frunzelor, vasele conductoare de apă sunt situate în vene. Venele se ramifică treptat și devin mai mici. Cu cât rețeaua de vene este mai densă, cu atât apa întâmpină mai puțină rezistență atunci când se deplasează către celulele mezofile ale frunzei. De aceea, densitatea nervurii frunzelor este considerată unul dintre cele mai importante semne ale unei structuri xeromorfe - trăsătură distinctivă plante rezistente la secetă.
Uneori există atât de multe ramuri mici de vene de frunze încât acestea furnizează apă aproape fiecarei celule. Toată apa din celulă este într-o stare de echilibru. Cu alte cuvinte, în ceea ce privește saturația cu apă, există un echilibru între vacuola, citoplasmă și membrana celulară, potențialele lor de apă sunt egale. În acest sens, de îndată ce, datorită procesului de transpirație, pereții celulari ai celulelor parenchimului devin nesaturați cu apă, este imediat transferat în celulă, potențialul apei care scade. Apa se deplasează de la celulă la celulă datorită gradientului de potențial de apă. Aparent, mișcarea apei de la celulă la celulă în parenchimul frunzelor nu are loc de-a lungul simplastului, ci în principal de-a lungul pereților celulari, unde rezistența este mult mai mică.
Apa se deplasează prin vase datorită gradientului de potențial apei creat din cauza transpirației, gradientului de energie liberă (de la un sistem cu mai multă energie liberă la un sistem cu mai puțină). Puteți da o distribuție aproximativă a potențialelor de apă, care determină mișcarea apei: potențialul de apă al solului (-0,5 bar), rădăcină (-2 bar), tulpină (-5 bar), frunze (-15 bar), aer la o umiditate relativă de 50 % (-1000 bar).
Cu toate acestea, nicio pompă de aspirație nu poate ridica apa la o înălțime mai mare de 10 m. Între timp, există copaci în care apa se ridică la o înălțime de peste 100 m. O explicație pentru aceasta este oferită de teoria cuplajului prezentată de omul de știință rus E. F. Votchal și fiziologul englez E. Dixon. Pentru o mai bună înțelegere, luați în considerare următoarea experiență. Într-o cană de mercur se pune un tub plin cu apă, care se termină într-o pâlnie din porțelan poros. Întregul sistem este lipsit de bule de aer. Pe măsură ce apa se evaporă, mercurul se ridică prin tub. În același timp, înălțimea creșterii mercurului depășește 760 mm. Acest lucru se explică prin prezența forțelor de aderență între apă și moleculele de mercur, care se manifestă pe deplin în absența aerului. O situație similară, doar și mai pronunțată, apare în vasele plantelor.
Toată apa din instalație reprezintă un singur sistem interconectat. Întrucât există forțe de adeziune (coeziune) între moleculele de apă, apa se ridică la o înălțime semnificativ mai mare de 10 m. Calculele au arătat că, datorită prezenței afinității între moleculele de apă, forțele de aderență ating o valoare de 30 bar. Aceasta este o astfel de forță care vă permite să ridicați apa la o înălțime de 120 m fără a rupe firele de apă, care este aproximativ înălțimea maximă a copacilor. 120m, fara a rupe firele de apa, care este aproximativ inaltimea maxima a copacilor. Între apă și pereții vaselor există și forțe de coeziune (aderență). Pereții elementelor conductoare ale xilemului sunt elastici. Datorită acestor două circumstanțe, chiar și cu lipsa apei, legătura dintre moleculele de apă și pereții vaselor de sânge nu este ruptă. Acest lucru este confirmat de studiile privind modificările grosimii tulpinii plantelor erbacee. Determinările au arătat că în timpul orelor de amiază grosimea tulpinilor plantelor scade. Dacă tăiați tulpina, vasele se extind imediat și aerul intră în ele. Din această experiență este clar că, la evaporare puternică, vasele se îngustează și acest lucru duce la apariția presiunii negative. Datorită acestui lucru
W. vas = -- W osm + (- W presiune.).
Gradul de tensiune al firelor de apă din vase depinde de raportul dintre procesele de absorbție și evaporare a apei. Toate acestea permit organismului plantei să mențină un singur sistem de apă și nu neapărat să umple fiecare picătură de apă evaporată. Astfel, cu alimentarea normală cu apă, se creează continuitatea apei în sol, plantă și atmosferă. În cazul în care aerul pătrunde în segmente individuale ale vaselor, acestea sunt aparent oprite de la curentul general de conducere a apei. Aceasta este calea apei prin plantă și principala ei forţe motrice. Metode moderne studiile fac posibilă determinarea vitezei de mișcare a apei prin plantă. Viteza de mișcare a apei este determinată de diferența de potențial apei la începutul și sfârșitul traseului, precum și de rezistența pe care o întâlnește. Conform datelor obținute, viteza de mișcare a apei se modifică pe parcursul zilei. În timpul zilei este mult mai mare. În același timp, diferitele tipuri de plante diferă în ceea ce privește viteza de mișcare a apei. Dacă viteza de mișcare la conifere este de obicei de 0,5-1,2 m/h, atunci la foioase este mult mai mare. Un stejar, de exemplu, are o viteză de mișcare de 27 - 40 m/h. Viteza mișcării apei depinde puțin de intensitatea metabolismului. Schimbările de temperatură și introducerea inhibitorilor metabolici nu afectează mișcarea apei. În același timp, acest proces, așa cum era de așteptat, depinde foarte mult de rata de transpirație și de diametrul vaselor conductoare de apă. În vasele mai largi, apa întâmpină o rezistență mai mică. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că bulele de aer sunt mai susceptibile de a pătrunde în vase mai largi sau pot apărea alte perturbări în curgerea apei.
Motoarele principale ale curentului de apă
Absorbția apei de către sistemul rădăcină are loc datorită funcționării a două motoare de capăt de curent de apă: superior motorul de capăt sau forța de aspirație a evaporării (transpirație) și motorul de capăt inferior sau motorul de rădăcină. Forța principală care provoacă curgerea și mișcarea apei într-o plantă este forța de aspirație a transpirației, care are ca rezultat un gradient al potențialului apei. Potențialul apei este o măsură a energiei utilizate de apă pentru a se deplasa. Potențialul apei și forța de aspirație sunt egale în valoare absolută, dar semn opus. Cu cât este mai puțină saturație cu apă a unui sistem dat, cu atât potențialul său de apă este mai puțin (mai negativ). Când o plantă pierde apă în timpul procesului de transpirație, celulele frunzelor devin nesaturate cu apă și, ca urmare, apare forța de aspirație (picături de potențial de apă). fluxul de apă merge în direcția unei forțe de aspirație mai mari sau a unui potențial de apă mai mic.
Astfel, motorul de la capătul superior al curgerii apei într-o plantă este forța de aspirație a transpirației frunzelor, iar activitatea sa are puțină legătură cu activitatea vitală a sistemului radicular. Într-adevăr, experimentele au arătat că apa poate pătrunde în lăstari prin sistemul radicular mort, iar în acest caz absorbția apei este chiar accelerată.
În plus față de motorul de capăt superior al curentului de apă, există un motor de capăt inferior în plante. Acest lucru este bine dovedit de exemplul unor fenomene precum Guttation.
Frunzele plantelor ale căror celule sunt saturate cu apă, în condiții de umiditate ridicată a aerului, care împiedică evaporarea, secretă picături de apă lichidă cu o cantitate mică de substanțe dizolvate - gutație. Lichidul este eliberat prin stomatele speciale de apă - hidratatoare. Lichidul eliberat este guta. Astfel, procesul de gutație este rezultatul unui flux unidirecțional de apă care are loc în absența transpirației și, prin urmare, este cauzat de o altă cauză.
La aceeași concluzie se poate ajunge când se analizează fenomenul strigăt plantelor. Dacă tăiați lăstarii unei plante și atașați un tub de sticlă la capătul tăiat, lichidul va crește prin ea. Analiza arată că aceasta este apă cu substanțe dizolvate - seva. În unele cazuri, mai ales primăvara, plânsul se observă și atunci când sunt tăiate ramurile plantelor. Determinările au arătat că volumul lichidului eliberat (sava) este de multe ori mai mare decât volumul sistemului radicular. Astfel, plânsul nu este doar o scurgere de lichid ca urmare a unei tăieturi. Toate cele de mai sus conduc la concluzia că plânsul, la fel ca gutația, este asociat cu prezența unui flux unidirecțional de apă prin sistemele radiculare, independent de transpirație. Forța care provoacă o curgere unidirecțională a apei prin vasele cu substanțe dizolvate, independent de procesul de transpirație, se numește presiunea rădăcinii. Prezența presiunii rădăcinii ne permite să vorbim despre motorul de capăt inferior al curentului de apă. Presiunea rădăcinii poate fi măsurată prin atașarea unui manometru la capătul stâng după tăierea părților supraterane ale plantei sau prin plasarea sistemului radicular într-o serie de soluții de concentrații diferite și alegând una care nu mai plânge. S-a dovedit că presiunea rădăcinii este de aproximativ 0,1 - 0,15 MPa (D.A. Sabinin). Determinările efectuate de cercetătorii sovietici L.V Mozhaeva și V.N. Zholkevich au arătat că concentrația soluției externe care încetează să plângă este semnificativ mai mare decât concentrația de pasok. Acest lucru ne-a permis să ne exprimăm opinia că plânsul poate merge împotriva gradientului de concentrație. De asemenea, s-a demonstrat că plânsul are loc numai în condițiile în care toate procesele de viață celulară au loc în mod normal. Nu numai uciderea celulelor radiculare, ci și o scădere a intensității activității lor vitale, în primul rând a intensității respirației, încetează plânsul. În absența oxigenului, sub influența otrăvurilor respiratorii și când temperatura scade, plânsul încetează. Toate cele de mai sus i-au permis lui D.A. Sabinin să dea următoarea definiție: plante care plâng- Acesta este un flux unidirecțional de apă și nutrienți pe viață, în funcție de procesarea aerobă a asimilaților. D.A. Sabinin a propus o diagramă care explică mecanismul curgerii unidirecționale a apei în rădăcină. Conform acestei ipoteze, celulele radiculare sunt polarizate într-o anumită direcție. Acest lucru se manifestă prin faptul că în diferite compartimente ale aceleiași celule procesele metabolice sunt diferite. Într-o parte a celulei, există procese intensificate de descompunere, în special, a amidonului în zaharuri, în urma cărora concentrația de seva celulară crește. La capătul opus al celulei predomină procesele de sinteză, datorită cărora concentrația de substanțe dizolvate în această parte a celulei scade. Trebuie avut în vedere că toate aceste mecanisme vor funcționa doar când cantitate suficientă apă în mediu și metabolismul nu perturbat.
Conform unei alte ipoteze, dependența plânsului plantei de intensitatea respirației este indirectă. Energia respirației este folosită pentru a furniza ioni celulelor cortexului, de unde sunt desorbți în vasele de xilem. Ca urmare, crește concentrația de săruri în vasele de xilem, ceea ce provoacă curgerea apei.
Mișcarea apei prin plantă
Apa absorbită de celulele rădăcinii, sub influența diferenței de potențiale de apă care apar din cauza transpirației, precum și a forței presiunii radiculare, se deplasează către căile xilemului. Conform conceptelor moderne, apa din sistemul radicular se mișcă nu numai prin celulele vii. În 1932, fiziologul german Munch a dezvoltat ideea existenței în sistemul radicular a două volume relativ independente prin care se mișcă apa - apoplastul și simplastul. Apoplast - Acesta este spațiul liber al rădăcinii, care include spațiile intercelulare, membranele celulare și vasele de xilem. Simplast - aceasta este o colecție de protoplaste ale tuturor celulelor, delimitate de o membrană semi-permeabilă. Datorită numeroaselor plasmodesmate care conectează protoplastul celulelor individuale, simplastul reprezintă un singur sistem. Apoplastul aparent nu este continuu, ci este împărțit în două volume. Prima parte a apoplastului este situată în cortexul radicular înaintea celulelor endodermice, a doua este pe cealaltă parte a celulelor endodermice și include vasele de xilem. Celulele endodermice, grație centurilor caspariene, reprezintă o barieră în calea mișcării apei prin spațiul liber (spațiile intercelulare și membranele celulare). Pentru a pătrunde în vasele de xilem, apa trebuie să treacă printr-o membrană semipermeabilă și în principal prin apoplast și doar parțial prin simplast. Cu toate acestea, în celulele endodermice, mișcarea apei apare aparent de-a lungul simplastului. Apoi, apa intră în vasele de xilem. Apoi mișcarea apei are loc prin sistemul vascular al rădăcinii, tulpinii și frunzei.
Din vasele tulpinii, apa trece prin pețiol sau teaca frunzei în frunză. În limbul frunzelor, vasele conductoare de apă sunt situate în vene. Venele se ramifică treptat și devin mai mici. Cu cât rețeaua de vene este mai densă, cu atât apa întâmpină mai puțină rezistență atunci când se deplasează către celulele mezofile ale frunzei. Uneori există atât de multe ramuri mici de vene ale frunzelor încât acestea furnizează apă aproape fiecarei celule. Toată apa din celulă este într-o stare de echilibru. Cu alte cuvinte, în sensul saturației cu apă, există un echilibru între vacuola, citoplasmă și membrana celulară, potențialele lor de apă sunt egale. Apa se deplasează de la celulă la celulă datorită unui gradient de forță de aspirație.
Toată apa din instalație reprezintă un singur sistem interconectat. Întrucât între moleculele de apă există forte de aderenta(coeziune), apa se ridică la o înălțime semnificativ mai mare de 10 m Forța de aderență crește, deoarece moleculele de apă au o afinitate mai mare între ele. Între apă și pereții vaselor există și forțe de coeziune.
Gradul de tensiune al firelor de apă din vase depinde de raportul dintre procesele de absorbție și evaporare a apei. Toate acestea permit organismului plantei să mențină un singur sistem de apă și nu neapărat să umple fiecare picătură de apă evaporată.
În cazul în care aerul pătrunde în segmente individuale ale vaselor, acestea sunt aparent oprite de la curentul general de conducere a apei. Aceasta este calea mișcării apei prin plantă (Fig. 1).
Orez. 1. Calea apei în plantă.
Viteza cu care apa se deplasează prin plantă se modifică pe parcursul zilei. În timpul zilei este mult mai mare. În același timp, diferitele tipuri de plante diferă în ceea ce privește viteza de mișcare a apei. Schimbările de temperatură și introducerea inhibitorilor metabolici nu afectează mișcarea apei. În același timp, acest proces, așa cum era de așteptat, depinde foarte mult de rata de transpirație și de diametrul vaselor conductoare de apă. În vasele mai largi, apa întâmpină o rezistență mai mică. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că bulele de aer pot pătrunde în vase mai largi sau pot apărea alte perturbări în curgerea apei.
Video: Mișcarea apei și a materiei organice de-a lungul tulpinii.
