🌱 Растения. Часть 3. Водный баланс.
@fruktoponПродолжаем погружаться в мир физиологии растений, предыдущие части тут
Итак, каким образом питание доставляется внутрь растительного организма и передвигается по нему.
Почти вся поглощаемая вода поступает через корни, но как это происходит ведь растение это не насос, который качает воду на 12й этаж?
Для большинства растительных организмов, обитающих в умеренных широтах, степень оводоненности их тканей составляет 85-95%. Если же относительное содержание воды падает ниже 50% ткани начинают отмирать. Поэтому растения стремятся регулировать содержание воды в тканях на необходимом уровне.
Для транспортировки воды в растении существует два "двигателя", их еще называют Верхним (Транспирация) и Нижним (корневое давление)
Хорошим примером работы нижнего двигателя является такое явление как "плач растений", так собирается березовый сок. Такой пример говорит о значительном корневом давлении, которое в это время у ствола деревьев может достигать 0,6 МПа. Если у такого дерева удалить стебель то на срезе начинает выделяться пасока (ксилемный сок). При этом если на срез установить манометр, то можно замерить величину корневого давления.
Еще одним следствием работы нижнего двигателя является гуттация - выделение капель жидкости на кончиках листьев. Нередко гуттацию принимают за капли росы, но это иное. Жидкость выделяется через специальные органы гидатоды, и происходит это при высокой влажности, когда транспирация затруднена. Гуттация характерна для тропиков, где вполне возможно попасть под дождь из гутирующих растений. В таких условиях подъем воды в растении происходит главным образом за счет корневого давления.
Также важным параметром в сегодняшней теме является градиент водного потенциала. Водный потенциал определяет тенденцию воды перемещаться из одной области в другую вследствие осмоса, силы тяжести, механического давления и других эффектов, таких как капиллярное действие.
Хорошо известно, что разница водных потенциалов между атмосферой и почвой настолько велика, что ее вполне хватает для подъема воды даже у самых высоких деревьев. Растения как бы "встраиваются в промежуток" между высоким водным потенциалом почвы и низким водным потенциалом воздуха и используют этот градиент для транспорта воды через растение.
Что касается верхнего двигателя (транспирации) то это была одна из главных проблем с которой столкнулись растения при выходе на сушу. С одной стороны атмосфера является источником СО2, а с другой сухость воздуха может стать причиной обезвоживания. Так что растениям нужно было добиться максимального поглощения СО2 при минимальных потерях воды. Как они это сделали?
Благодаря транспирации - это испарение воды надземными органами. Сам по себе лист представляет собой насыщенный влагой орган, который пронизан множеством пор, соединенных воздушными каналами. На солнце такой такой орган неизбежно теряет много воды. Поэтому основная роль в регулировке этого процесса принадлежит устьицам - те самые поры через которые происходит испарение воды.
При недостатке воды устьица закрываются, что значительно сокращает ее потерю. Не смотря на то, что устьица занимают примерно 1% площади листа, испарение через них идёт очень активно.
На движение устьиц самое сильное влияние оказывают свет, уровень CO2 , влажность и температура воздуха. Также испарение воды обеспечивает охлаждение растения, но эта функция не является жизненно необходимой.
Стоит отметить, что за исключением некоторых типов растений при высоких температурах транспирация снижается, а не увеличивается.
Движущей силой транспирации, как уже было упомянуто, является чрезвычайно большой градиент водного потенциала между воздухом в атмосфере и воздухом в полости листа (около 100 МПа)
Потеря воды из воздушных полостей листа приводит к возникновению отрицательного гидростатического давления в межклеточном пространстве и стимулирует ее поступление туда из клеток и сосудов ксилемы. Таким образом возникает движущая сила, которая как бы засасывает воду наверх.
Сама вода в растении формирует непрерывный поток, начинающийся от поглощающей поверхности корня и заканчивающийся испаряющей поверхностью листьев.
Главным путем, по которому в растении транспортируются вода и минеральные вещества, являются сосуды ксилемы - основная водопроводящая ткань в растении. Пространствено она объединена с флоэмой (см рисунок), вместе с которой они образуют непрерывную проводящую систему, проходящую через все органы растения.
В сосудах ксилемы (от корня до листьев) формируются сплошные водные тяжи, которые благодаря "присасывающему" действию транспирации, движутся через растение.
Так как растения населяют регионы с абсолютно разными условиями, есть те кто хорошо обеспечен водой, кто то периодически испытывает ее недостаток и те, кто живет в условиях почти полного ее отсутствия. Взгляните на рисунок ниже.
Здесь приведена зависимость ряда физиологических процессов от водного потенциала у различных групп растений.
Можно видеть, что при уменьшении водного потенциала активизируется накопление гормона Абсцизовой кислоты (отвечает за закрытие устьиц) и солей растениями.
При этом падает интенсивность фотосинтеза и роста клеток растяжением, снижается скорость синтеза белков и элементов клеточной стенки, уменьшается величина устьичной щели.