Система почва растение атмосфера

Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Вода в системе: почва — растение — атмосфера

Вся вода и минеральные вещества поступают в растение, как правило, через корневую систему. Какие же силы регулируют этот процесс? Потенциал почвенной воды на границе между почвой и корнем является весьма важной характеристикой,

определяющей доступность воды для растений. Вода поступает в корень в том случае, если водный потенциал корня ниже водного потенциала почвы. Корневая система постоянно осваивает новые участки почвы, т.е. корень растет в глубину и в ширину. Зона быстрого поглощения воды находится вблизи кончиков растущих корней. Интересно, что содержание воды в различных частях зон пребывания корней отличается.

Вода движется в почве до корней и поступает затем через растение в атмосферу. Когда почва постепенно высушивается, его водный потенциал падает. Когда этот потенциал и сосательная (поглощающее) сила имеют одинаковые величины, растение начинает увядать. Внутри растения от поглощающих зон корня и к листьям, где происходит транспирация, также существует градиент потенциала. Низкий потенциал, т.е. высшая водный дефицит, типичный для листьев, в которых транспирация идет интенсивнее. Затененные листья имеют меньший водный дефицит.

В течение ночи и на рассвете внутренние градиенты в растении и в почве сглажены, поэтому водный потенциал почвы равна поглощательной силе растения. Утром начинается испарение воды листьями, а сосательная сила растения становится больше. Величина внутреннего водного дефицита в растении увеличивается до того момента, когда интенсивность поглощения воды корнем не сравнится с интенсивностью транспирации. Обычно, пока почва после дождя или полива остается влажным, для поддержания движения воды необходима небольшая разница водных потенциалов почвы и растения. Позже, когда почва становится суше и его водный потенциал снижается, то вологопровиднисть почвы быстро падает и для поддержания потока воды на нужном уровне будут необходимы большие значения разницы водных потенциалов почвы и сосательной силы растения.

Скорость движения воды по растению зависит от многих факторов, которые необходимо преодолевать:

— Величина поперечного сечения элементов ксилемы;

— Сила трения в сосудах;

— Размер, форма и характер поверхности листьев;

— Противодействие устьиц, что определяет степень их открывания;

— Продихова транспирация. В результате продиховои транспирации, вода переходит уже а парообразное состояние и удаляется в атмосферу.

Когда начинается процесс увядания, то с уменьшением влаги в листьях падает их водный потенциал, ослабевает тургор клеток листьев. А полное завьядання наступает тогда, когда тургорного давление равно нулю.

Во всех этих процессах большое значение имеет продихова регуляция транспирации. Когда водоснабжения затрудняется и растение испытывает нехватку влаги, устьица могут оставаться закрытыми целый день. Транспирация в этом случае почти не выражена.

Высыхания почвы приводит к тому, что растение не сможет получать воду, тургорного давление уменьшится, скорость делений клеток уменьшится и рост клеток и растения в целом остановится. Если устьица длительное время закрыты, то температура листьев повысится и фотосинтез упадет до нуля. Прирост растительной массы не будет происходить. Поэтому растения в ходе эволюции приспосабливаются к условиям водоснабжения местности, образуя определенные приспособления к избыточности или дефицита влаги.

Таким образом, вода — это важнейшая неорганическая соединение, необходима растениям, так как при изменении водного баланса в системе: почва — растение — атмосфера изменится планетарное значение фотосинтеза.

Источник

Путь воды в растениях

В системе почва-растение-атмосфера

Регулирование транспирации

1. повышение влажности воздуха, дождевание

2. регулирование освещения (теплицы)

3. лесозащитные полосы

4. применение антитранспирантов:

ü вещества, которые вызывают закрывание устьиц (АБК)

ü вещества, которые образуют на поверхности листьев пленки, создавая механическое препятствие для испарения воды. Пленочные антитранспиранты, уменьшая транспирацию на 25—30 %, не снижают фотосинтез и радиационный баланс листа. Сохраняется пленка на растении обычно 12—16 дней.

Вопрос 5. Поглощение растением воды и её передвижение

У высших растений поглощение воды в основном осуществляется с помощью корневой системы. Концентрация ионов в клетках корня выше, чем в почвенном растворе, поэтому вода поступает в корневую систему в результате осмоса по градиенту водного потенциала (из раствора меньшей концентрации в раствор с большей концентрацией). Для поступления воды в корень необходимо, чтобы водный потенциал клеток корня был ниже водного потенциала почвенного раствора. После дождя почва находится в состоянии полевой влагоемкости, её водный потенциал равен 0 и вода легко поступает в растения. По мере подсыхания почвы, водный потенциал понижается и становится отрицательным (меньше 0), поступление воды в растение замедляется. В том случае, когда водный потенциал почвы становится ниже потенциала клеток корня, вода из почвы в растение не поступает и растения увядают. Такую степень увлажнения почвы называют влажностью завядания. Для песчаных почв она составляет 1,3%, для суглинистых – 14,5%. Градиент потенциалов между почвой и корнем возникает, во-первых, благодаря активному поглощению корнем солей и ионов калия из почвы и, во-вторых, благодаря интенсивному испарению воды листьями. В результате концентрация клеточного сока повышается, а чем ниже насыщенность клеток водой, тем ниже величина водного потенциала и тем активнее вода поступает в растение.

Восходящий ток воды осуществляется под влиянием 2-х «концевых двигателей» водного тока:

— нижний «концевой двигатель»— корневое давление (обеспечивает поднятие воды на 1-10 м);

— верхний «концевой двигатель»— транспирация (обеспечивает поднятие вы на десятки метров).

Способностью к поглощению воды обладает не вся корневая система, наиболее активно этот процесс протекает в зоне корневых волосков, поглощающих воду всей своей поверхностью. Зона корневых волосков составляет около 5 см, выше этой зоны поглощение воды снижается из-за опробковения коры корня. Благодаря корневым волоскам рабочая поверхность корня увеличивается в 10-15 раз, так как на 1 мм 2 эпиблемы развивается 400–500 волосков, а у древесных растений 700–900. Корневые волоски имеют ряд приспособлений для поглощения воды: активные транспортные белки в плазмалемме, крупную центральную вакуоль, большое количество плазмодесм в клетки экзодермы. Основной механизм поступления воды – осмос. После поступления в корневой волосок вода должна попасть к сосудам ксилемы, находящимся в центре корня. Путь воды через клетки корня от поверхности к центру называется радиальным транспортом. Радиальный транспорт воды и ионов осуществляется двумя путями (см. рис.): по системе межклеточников и клеточных стенок (апопластический путь) и по протопластам, соединенным плазмодесмами (симпластический путь).

Транспорт по апопласту значительно быстрее, чем по симпласту, так как ток воды не встречает сопротивления живых клеток. Однако он прерывается в эндодерме, состоящей из слоя клеток, непроницаемых для воды и веществ (пояски Каспари). В слое эндодермы имеются клетки с тонкими неодревесневшими оболочками – пропускные клетки. Чтобы продолжить движение к сосудам ксилемы, вода должна пройти через протопласт пропускных клеток, т.е. в эндодерме ток воды возможен только по симпласту. Здесь происходит регуляция скорости поступления воды. За эндодермой расположен перицикл, который выполняет роль своеобразного кольцевого коллектора, направляя ток воды к сосудам, расположенным глубже.

В сосудах ксилемы радиальный транспорт воды сменяется на восходящий – вода поднимается вверх по стеблю к листьям и репродуктивным органам. Восходящий ток осуществляется по сосудам и трахеидам. Сосуды полые и полностью заполнены водой, пузырьки воздуха в них отсутствуют, при этом диполи воды стремятся «прилипнуть» друг к другу и к стенкам сосудов, в результате создается натяжение и столб воды поднимается вверх. Восходящий транспорт протекает со скоростью 10 м/ч у травянистых растений и 25 м/ч – у древесных, в то время как скорость движения воды по клеткам корня составляет всего 1 мм/ч.

В листьях восходящий ток опять сменяется на радиальный – вода по межклетникам и клеткам мезофилла движется к устьицам, где происходит её испарение (транспирация).

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Лекции по «Ботанике»

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Января 2014 в 10:54, курс лекций

Краткое описание

1. Физиология и биохимия растений: предмет, цели и методы. Методические подходы в изучении функций растительного организма.
Физиология растений — наука, которая изучает процессы жизнедеятельности и функции растительного организма. Задачи: изучение закономерности жизнедеятельности растений, разработка теоретических основ для получения максимального урожая в СХ, разработка установок для осуществления процесса фотосинтеза в искусственных условиях. Основной метод познания процессов — эксперимент, опыт. Методические подходы в изучении: лабораторно-аналитический, вегетационный, полевой, меченых атомов, электронной микроскопии, электрофореза, хроматографического анализа, ультрафиолетовой и люминесцентной микроскопии, спектрофотометрии и др.

Прикрепленные файлы: 1 файл

физ раст модуль.docx

Фермент забирает энергию у АТФ. Делает он это, разрывая фосфатную цепочку и присваивая себе одну из трёх фосфатных групп. Таким образом адениновый нуклеотид превращается в аденозиндифосфат – АДФ. Митохондрия как раз и возвращает отданную фосфатную группу, и процесс повторяется вновь и вновь.

«Окислительно- восстановительный потенциал (ОВП) является мерой химической активности элементов или их соединений в обратимых химических процессах, связанных с изменением заряда ионов в растворах». ОВП, называемый также редокс-потенциал, характеризует степень активности электронов в окислительно-восстановительных реакциях, т.е. реакциях, связанных с присоединением или передачей электронов. При измерениях (в электрохимии) величина этой разности обозначается как Eh и выражается в милливольтах. Чем выше концентрация компонентов, способных к окислению, к концентрации компонентов, могущих восстанавливаться, тем выше показатель редокс-потенциала. Такие вещества, как кислород и хлор, стремятся к принятию электронов и имеют высокий электрический потенциал, следовательно, окислителем может быть не только кислород, но и другие вещества (в частности, хлор), а вещества типа водорода, наоборот, охотно отдают электроны и имеют низкий электрический потенциал. Наибольшей окислительной способностью обладает кислород, а восстановительной — водород, но между ними располагаются и другие вещества, присутствующие в воде и менее интенсивно выполняющие роль либо окислителей, либо восстановителей.

Значение окислительно- восстановительного потенциала для каждой окислительно-восстановительной реакции может иметь как положительное, так и отрицательное значение.

В природной воде значение Eh колеблется от -400 до +700 мВ, что определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных процессов. В условиях равновесия значение ОВП определенным образом характеризует водную среду, и его величина позволяет делать некоторые общие выводы о химическом составе воды.

В зависимости от значения ОВП различают несколько основных ситуаций, встречающихся в природных водах:

Окислительная. Характеризуется значениями Еh> +(100-150) мВ, присутствием в воде свободного кислорода, а также целого ряда элементов в высшей форме своей валентности (Fe3+, Mo6+, As5-, V5+, U6+, Sr4+, Cu2+, Pb2+). Ситуация, наиболее часто встречающаяся в поверхностных водах.

Переходная окислительно- восстановительная. Определяется величинами Еh от 0 до +100 мВ, неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием сероводорода и кислорода. В этих условиях протекает как слабое окисление, так и слабое восстановление целого ряда металлов;

Восстановительная. Характеризуется значениями Еh особенностями ее молекулярной структуры. Роль воды в структуре и функциях растительного организма

СОСТОЯНИЕ ВОДЫ в растениях, совокупность определенных параметров, характеризующих водный обмен клеток и их составных частей. Экспериментальный материал показывает связь С. в. с физиологическими процессами, происходящими в растении. Параметрами С. в. в растениях являются: активность и соотношение «свободной» и «связанной» воды, водоудерживающая способность, количество водородных связей. Установлена связь С. в. с активностью ферментов, фотосинтезом, дыханием растений, ростом листьев. Введение в физиологию растений термодинамич. представления об активности воды (водного потенциала) способствует пониманию причин, вызывающих передвижение воды как в растении, так и в системе «почва — растение — атмосфера». Долгое время к числу физиологически показателей, характеризующих С. в., относили «свободную» и «связанную» воду, определяемую рефрактометрическим методом. При наступлении засухи снижается интенсивность транспирации и водного потенциала, возрастает водоудерживающая способность листьев и сосущая сила клеток.

Функции воды в метаболизме растений

В среднем вода составляет 80-90% массы растения. Однако ее содержание меняется и в значительной степени зависит от видовых особенностей, ткани и органа, возраста, функциональной активности, факторов внешней среды.

Основные функции воды в растениях:

1) Объединяет все части организма, образуя непрерывную водную фазу;

2) Образует раствор и среду для реакций метаболизма;

3) Принимает участие в различных процессах как вещество реакции

4) Обеспечивает передвижение веществ по сосудам растения, по симпласту и апопласту;

5) Защищает ткани растений от резких колебаний температуры (благодаря высокой теплоемкости и большой удельной теплоте парообразования);

6) Обеспечивает упругость тканей и органов, выполняет роль амортизатора при механических воздействиях;

Функции воды обусловлены особыми физико-химическими свойствами и строением молекулы. Молекула воды полярная и представляет из себя диполь ( Нδ+ — Оδ-). Геометрия молекулы отвечает дважды незавершенному тетраэдру. Такая геометрическая форма вызывает разделение в пространстве «центров тяжести» отрицательного и положительного зарядов и образования диполя молекулы воды.

Диполи воды могут взаимодействовать друг с другом за счет образования водородных связей. Благодаря способности молекул воды связываться друг с другом вода обладает рядом свойств, имеющих важное значение для жизни:

Вода способна слипаться сама с собой (когезия). Когезия обусловливает поверхностное натяжение вод , из-за которого вода как бы покрыта кожицей. Благодаря когезии вода заполняет тонкие проводящие пучки.

Полярные молекулы воды притягиваются любой поверхностью, несущей электрический заряд (адгезия). Адгезия обусловливает капиллярные свойства воды – способность подниматься по мелким порам клеточной стенки, сосудов, почвы. Молекулы воды прилипают к поверхности поры и благодаря сцеплению с нижележащими молекулами втягивают их в пору.

Вода является растворителем. Благодаря полярной природе вода обладает способностью взаимодействовать с ионами и другими полярными соединениями и смешивать их с молекулами растворителя (воды).

Вода обладает высокой теплопроводностью. Теплопроводность – это мера способности теплоты распространяться по данному веществу. В организме постоянно идут реакции, сопровождающиеся выделением тепла.

Вода имеет высокую температуру кипения. Для разрыва водородных связей требуется затратить много энергии. Достигнув температуры кипения, вода превращается в газ (водяной пар), в котором каждая молекула воды уже не связана ни с какой другой.

Состояние воды в растениях:

Вода по физическим свойствам бывает: твердая, жидкая, парообразная

В клетках вода находится в двух формах:

Свободная вода – подвижна, она имеет практически все физико-химические свойства чистой воды, хорошо проникает через клеточные мембраны. Существуют специальные мембранные белки, образующие внутри мембраны каналы, проницаемые для воды (аквапорины). Свободная вода вступает в различные биохимические реакции, испаряется в процессе транспирации, замерзает при низких температурах.

Связанная вода – имеет измененные физические свойства главным образом в результате взаимодействия с неводными компонентами. Условно принимают под связанной водой ту, которая не замерзает при понижении температуры до – 10°С.

Связанная вода в растениях бывает:

1) Осмотически- связанная

Осмотически-связанная вода – связана с ионами или низкомолекулярными веществами. Вода гидратирует растворенные вещества – ионы, молекулы.

Коллоидно-связанная вода – включает воду, которая находится внутри коллоидной системы и воду, которая находится на поверхности коллоидов и между ними, а также иммобилизованную воду.

10. Почвенная вода, степень ее подвижности и доступности для растений.

В почве имеются водоудерживающие силы, которые определяют притяжение воды к почвенным частицам, поэтому далеко не вся вода, находящаяся в почве доступна растениям.

По степени доступности для растения различают следующие формы почвенной влаги:

Гравитационная — это вода, заполняющая большие почвенные капилляры, попадающая в почву при дожде или поливе, быстро двигающаяся вниз в глубокие слои почвы под действием силы тяжести собственного веса. Для растений существенного значения не имеет, так как хотя и поглощается ими, но быстро уходит из зоны почвы, где располагается корневая система.

Капиллярная — это вода, заполняющая узкие капилляры и удерживающаяся силами поверхностного натяжения менисков. Она находится в почве длительное время, незначительно притягивается к почвенным частицам, является наиболее доступной для растений формой.

Пленочная — это вода, покрывающая непосредственно почвенные частицы, удерживающаяся на их поверхности силами молекулярного притяжения или адсорбционными силами почвенных частиц. Эта вода труднодоступна для растений, поглощается в основном растениями, приспособленными к засушливым условиям, имеющими очень высокую концентрацию клеточного сока.

Гигроскопическая — это вода, находящаяся в воздушно-сухой почве, удерживаемая внутри почвенных частиц силой свыше 100000 килопаскаль. Ее количество колеблется от 5% в песчаной почве до 14% в глинистой почве. Для растений эта вода недоступна.

Имбибиционная — это вода, находящаяся внутри коллоидных частиц почвы, вызывающая их набухание, при этом в набухшей коллоидной частице создаются значительные водоудерживающие силы. Эта форма воды характерна для торфяников. Для растений она также практически недоступна.

Вода в растении состоит из фракций, различающихся по своей подвижности из-за связи с различными соединениями. 85-90 % воды приходится на более подвижную фракцию. В эту фракцию входит резервная вода, заполняющая вакуоли и другие компартменты клетки. Она осмотически связана с сахарами, органическими кислотами, минеральными солями и другими растворенными в ней веществами. К подвижной фракции относят и интерстициальную воду, выполняющую транспортную функцию и находящуюся в клеточных стенках, межклетниках и сосудах растения.

Фракция малоподвижной воды составляет 10-15 % всей воды клетки. Это конституционная вода, химически связанная и входящая в состав неорганических соединений, а также гидратационная вода, образующая оболочки вокруг молекул веществ. Воду, гидратирующую мицеллы, называют коллоидносвязанной, кот. необходима для нормального функционирования клетки и ее устойчивости при попадании в неблагоприятные условия.

11. Передвижение воды в системе почва — растение — атмосфера. Понятие о водном потенциале. Гуттация и плач у растений.

В системе «почва — растение — атмосфера» водный потенциал изменяется от самого высокого значения в почвенном растворе до самого низкого в воздухе. Вода переходит из растения в окружающий воздух в парообразном состоянии. В мезофилле листа имеются обширные межклеточные пространства, и каждая клетка мезофилла хотя бы одной стороной граничит с таким межклетником. Вследствие испарения воды с влажных клеточных стенок воздух в межклетниках насыщен водяными парами, часть которых через устьица выходит наружу.

Водный потенциал выражает способность воды в данной системе, в том числе в почвенном растворе, или в клетке растения, или в атмосфере, совершить работу по сравнению с той работой, которую при тех же условиях совершила бы чистая вода.

Водный потенциал, являясь фактически мерой активности воды, определяет термодинамически возможное направление ее транспорта. Молекулы воды всегда перемещаются от более высокого водного потенциала к более низкому, подобно тому, как вода течет вниз. Водный потенциал имеет размерность энергии, деленной на объем, поэтому его выражают в барах или паскалях (1 атмосфера = 1,013 бар = 105 Па.106Па равны 1 мегаПа).

Гуттация — это выделение капельножидкой влаги листьями через гидатоды (спец. образования, локализованные в зубчиках листьев), в условиях затрудненного испарения, характерно для тропических растений, приспособленных к жизни в условиях повышенной влажности, при которых транспирация затруднена.

Плач растения — это вытекание пасоки (воды с растворенными в ней минеральными веществами, находящейся в ксилеме) из стеблей растений со срезанными побегами. Явление «плача» свидетельствует о значительном корневом давлении, которое в этот период достигает не менее 10 атм.

12. Поступление воды в растение. Корень как основной водопоглощающий орган. Радиальное передвижение воды в тканях корня.

Наземные растения, в основном, поглощают воду из почвы. Однако некоторое количество воды может попадать в листья из воздуха. Есть даже растения, для которых атмосфера является главным источником влаги.

Корневая система является органом поглощения воды из почвы.

Поглощение воды и питательных веществ осуществляется корневыми волосками ризодермы. Ризодерма – это однослойная ткань, покрывающая корень снаружи. У одних видов растений каждая клетка ризодермы формирует корневой волосок, у других она состоит из двух типов клеток: трихобластов, образующих корневые волоски, а атрихобластов, не способных к образованию волосков.

Из ризодермы вода попадает в клетки коры. У травянистых растений кора корня обычно представляет собой несколько слоев живых паренхимных клеток. Между клетками имеются крупные межклетники, обеспечивающие аэрацию корня. Через клетки коры возможны два пути транспорта воды и растворов минеральных солей: по симпласту и апопласту. Более быстрый транспорт воды происходит по апопласту, так как в цитоплазме вода отвлекается на нужды клетки.

Затем вода попадает в клетки эндодермы. Эндодерма – это внутренний слой клеток коры, граничащий с центральным цилиндром. Их клеточные стенки водонепроницаемы из-за отложения суберина и лигнина (пояски Каспари). Поэтому вода и соли проходят через клетки эндодермы по симпласту и транспорт воды в эндодерме замедляется. Это необходимо, так как диаметр стели (центрального цилиндра), куда попадает вода из эндодермы, меньше всасывающей поверхности корня.

Источник