Водний режим у рослин - Биология и естествознание курсовая работа

Главная

Биология и естествознание
Водний режим у рослин

Молекулярна структура та фізіологічні властивості води. Термодинамічні показники водного режиму рослин. Процеси надходження і пересування води в рослині. Коренева система як орган поглинання води. Особливості водного режиму у різних екологічних груп.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Вода -- первинна ніша життя, лише в процесі еволюції суша та атмосфера стали вторинною екологічною нішею. Серед хімічних сполук живих організмів вода в кількісному відношенні займає домінуюче положення, її вміст в листках мезофітів -- до 85%, а в корені -- до 99% сирої маси. Активний прояв життєдіяльності без води взагалі неможливий.
Зроблено спробу визначити те порогове (тобто мінімальне) значення вмісту води в клітинах, нижче якого рослинний організм гине. Ця вода дістала назву гомеостатична. Як виявилось, вміст такої води для різних представників неоднаковий, але завжди досить значний. Так, для гігрофітів він становить 65-70%, мезофітів -- 45-60%, ксерофітів -- 25-27%.
Значення води полягає у тому, що саме вода через свої унікальні фізико-хімічні властивості становить те внутрішнє середовище, де відбуваються всі життєві процеси, за образним визначеням Сент- Дьєрді вода -- “матриця життя”. Тільки у водному середовищі можливе виникнення специфічних для біологічних систем протоплазматичних структурних формувань (подібних структур немає в неживій природі), тільки у воді можливе функціонування їх, причому сама вода є невід'ємною частиною таких структур. За рахунок води створюється гідростатичний тиск (тургор), від якого залежить характерна форма рослинних тканин, органів. Вода -- терморегулюючий фактор, адже вона захищає рослину від різких коливань температур зовнішнього середовища завдяки своїй високій теплоємності.
Безперервно циркулюючи по організму, вода постачає клітинам субстрати та метаболіти, а також одночасно виносить продукти життєдіяльності їх, в тому числі й токсичні відходи. Все це забезпечує гомеостаз та функціонування організму як єдиного цілого.
Отже, вода -- це специфічне середовище, в якому лише і відбувається життєдіяльність рослинних організмів,
зв'язуюча транспортна ланка між різними клітинами, тканинами, органами, яка забезпечує гомеостаз та функціонування організму як єдиного цілого;
невід'ємний компонент протоплазматичних структур;
обов'язковий компонент, учасник цілого ряду біохімічних процесів;
фактор, який забезпечує тургор, а значить, і форму тканин, органів, цілісних рослин;
фактор, який стабілізує температуру тіла, стає перепоною до перегрівання.
І, як підкреслював Антуан де Сент-Екзюпері, не можна сказати, що вода необхідна для життя, адже вона саме життя, саме більше багатство в світі.
Таким чином, водний режим у рослинах є дуже цікавою та актуальною темою для вивчення.
Мета: Сформувати поняття про водний режим у рослин, та процеси які з цим пов'язані.
Предмет дослідження: водний режим у рослин
Об'єкт дослідження: органи і процеси у рослинах які забезпечують водний режим.
Розглянути молекулярну структуру та фізіологічні властивості води.
З'ясувати термодинамічні показники водного режиму рослин.
Вияснити процеси надходження і пересування води в рослині.
Розглянути кореневу систему як орган поглинання води.
З'ясувати особливості водного режиму у різних екологічних груп.
РОЗДІЛ 1. МОЛЕКУЛЯРНА СТРУКТУРА ТА ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ
Вода -- єдина речовина на землі, яка одночасно і в великій кількості зустрічається в рідкому, твердому та газоподібному станах.
В рідкому стані вода поряд з простими молекулами має і більш складні асоціати (Н20)n. Саме ця здатність води і зумовлює характерні специфічні особливості води.
Молекула води складається з атома кисню та двох атомів водню. Водень має позитивно заряджене ядро (протон) та єдиний від'ємно заряджений електрон. Атом кисню містить 8 протонів та 8 електронів. На його внутрішній та зовнішній орбітах обертаються відповідно 2 та 6 електронів. До стійкої 2-електронної зовнішньої оболонки водню не вистачає одного електрона, а 8-електронної кисню -- два, завдяки чому між ними існує спорідненість. В молекулі води це виражається утворенням двох -О-Н зв'язків. Центр молекули води -- ядро кисню, а під кутом близько 105° розташовані ядра атомів водню . Зміщення атомів водню на один бік від атому кисню зробило молекулу води полярною, а значить, електрично активною.
В молекулі води на атомах водню зосереджено надлишковий позитивний заряд, тоді як на двох нерозділених атомах кисню -- від'ємний. Тому в цілому молекула води є диполем (диполь від грецького -- два полюси). Отже, диполь -- це сукупність двох точкових електричних зарядів,однакових за величиною та протилежних за знаком. Притягання таких зарядів зумовлює виникнення водневих зв'язків між молекулами води:
Це відносно слабкий зв'язок, так як в рідкій воді енергія, необхідна для його розриву становить 18,84 кДж на моль (для порівняння енергія ковалентного зв'язку Н-О- в моле кулі води складає 460,4 кДж на моль). Водневі зв'язки постійно виникають та руйнуються. Через те, що в молекулі води електрони міцніше зв'язуються з атомами кисню, відбувається відщеплення протонів, тобто дисоціація води на іони водню (Н+) та гідроксилу (ОН ). При 25° С концентрація водневих іонів в чистій воді становить 1x107 моль на літр, що відповідає рН 7. Кожна молекула води може бути зв'язана 4 водневими зв'язками з відповідно 4 сусідніми молекулами, в результаті виникає пентагональна структура.
Згідно з сучасними уявленнями, в основі будови води лежить впорядкована структура, що являє собою кристалічну решітку, з розмитою тепловим рухом частиною молекул води.
Квазікрисгалічна (квазі -- уявна, не справжня) структура води є головною ознакою, за якою її відрізняють від інших рідин. Структурні особливості води як в твердому, так і в рідкому станах визначають унікальні властивості її.
Так, універсальність води як розчинника зумовлена полярністю її молекул та здатністю утворювати водневі зв'язки. Розчинення кристалів неорганічних солей відбувається завдяки гідратації іонів таких солей.
Добре розчиняються у воді також органічні речовини, з карбоксильними, гідроксильними і іншими групами в яких вода утворює водневі зв'язки.
Фізіологічна роль води визначається насамперед фізичними властивостями її.
Вода -- найбільш аномальна речовина, хоча і прийнята за еталон міри густини (щільності) та об'єму для інших рідин. Всі речовини збільшують свій об'єм при нагріванні, зменшуючи при цьому свою густину (щільність). Однак при тиску в 1 атм. (0,1013 МПа) у води в проміжку від 0 до 4 °С при підвищенні температури об'єм зменшується і максимальна густина її спостерігається при 4 °С (за такої температури 1 см3 води має масу 1 г, а густина дорівнює 1). Ця властивість води, в силу якої найбільшої густини вона досягає при 4 °С і в міру подальшого охолодження уже не стискується, а розширюється, має вирішальне значення для життя організмів у різних водоймах, так як в іншому випадку вся вода в них охолола б до 0 °С і перетворилась в лід. Завдяки такій аномалії води при охолодженні водойм її густина на поверхні підвищуються, так як першими охолоджуються поверхневі її шари. Охолоджені шари води, як більш важкі, спускаються вниз до тих пір, доки температура води на всій глибині не досягне межі густини, тобто 4 °С. При подальшому охолодженні вода стає легшою і тому не опускається на дно,тобто не перемішується з глибинними шарами, захищаючи їх від охолодження до більш низької температури. При 0 °С водойма вкривається льодом. Під час замерзання об'єм води різко зростає, а під час таненні льоду так же різко зменшується. Об'ємні зміни води -- найважливіший фактор впливу на материнські породи в процесі формування грунту. Вона здатна розвивати тиск до 2400 атмосфер, чим руйнує гірську породу.
Наявність водневих зв'язків приводить до підвищення температури кипіння і теплоти випаровування за рахунок додаткової енергії, необхідної для розриву або зміни їх.
Результатом наявності водневих зв'язків є такі аномалії води в порівнянні з іншими рідинами, як досить висока температура кипіння (100 °С), найбільша в порівнянні з усіма іншими рідинами, а також і твердими тілами питома теплоємність. Величина теплоємності води (тобто кількість тепла, що необхідно для підвищення температури на 1 °С) в 5-10 разів вище, ніж у інших речовин. Температура кипіння води зростає при підвищенні тиску, а температура плавлення (замерзання, яка у води 0 °С) -- падає.
Висока теплоємність води захищає рослини від різкого підвищення температури при підвищенні температури повітря, а висока теплота пароутворення (2,3 кДж на 1 г) забезпечує терморегуляцію організмів.
Вода володіє виключно високим поверхневим натягом за рахунок потужних сил зчеплення (когезії) між її молекулами; вище поверхневий натяг лише у ртуті. Для води характерна також властивість прилипання (адгезії), яка проявляється при підніманні її проти гравітаційних сил наприклад, в тканинах дерев. Різко виражена здатність до адгезії має важливе значення при взаємодії води з іншими компонентами клітини.
Вода має також високу теплопровідність (перенесення енергії від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітих, внаслідок теплового руху і взаємодії мікрочастинок), що дає їй змогу випаровуватися навіть при 0 °С.
До розряду найважливіших властивостей належить також і відома здатність води розчиняти гази.
Завдяки переліченим унікальним фізико-хімічним властивостям вода і виявилась найбільш придатним внутрішнім середовищем для всіх живих організмів, в тому числі і для рослин.
Для вивчення багатьох процесів водного обміну рослин, в тому числі для досліджень поглинання і пересування води, проникності мембран, досить широко використовують мічену (ізотопну) воду. При цьому як індикатори використовують стабільний ізотоп водню -- дейтерій (О), радіоактивний ізотоп-- тритій (Т), а також воду помічену стабільним ізотопом кисню 180.
Дейтерій -- важкий водень, стабільний ізотоп водню з масовим числом 2 (О або 2Н). Ядро атома (дейтрон) складається із протона і нейтрона. З киснем утворює важку воду (020). Важка вода (020) присутня в незначній кількості (приблизно 0, 015%) в річках, озерах, морях.
Радіоактивний ізотоп водню -- тритій (Т, 3Н), важкий бета-радіоактивний ізотоп водню з масовим числом 3. Ядро атома складається із протону і двох нейтронів.
Стабільний ізотоп кисню ,80 в природі складає лише 0, 003% відносно 160.
Суть ізотопного методу полягає в тому, що до звичайної води, яка використовується для вивчення водного обміну рослин, додається ізотопна вода. Через певні проміжки часу відбирають проби води із досліджуваних частин рослин і визначають вміст ізотопів. На основі одержаних даних можна судити про швидкість надходження води в рослину та її пересування, проникність клітинних мембран, швидкість обміну води в клітинах та інше.
РОЗДІЛ 2. СТАН І ФРАКЦІЙНИЙ СКЛАД ВНУТРІШНЬОКЛІТИННОЇ ВОДИ. ГІДРАТАЦІЯ
При взаємодії іонів з молекулами води відбувається орієнтація диполів води в електричному полі іона. Причому одні іони підвищують рухомість молекул води, а інші --знижують. Коли підвищується трансляційний рух води -- від'ємна гідратація, знижується -- позитивна гідратація. Від'ємну гідратацію спричинюють іони калію, цезію, аміаку, хлору, йоду та нітратів; позитивну гідратацію -- іони магнію, кальцію, натрію, сульфатів. Причому енергія взаємодії іона з диполями води значно більша за енергію взаємодії диполя води та водневих зв'язків. Катіони взаємодіють з від'ємно зарядженими атомами кисню води, тоді як аніони -- з позитивно зарядженими Н+ диполя води. Таке екранування полів іонів зменшує взаємодію між ними та дозволяє залишатися в розчині. На цьому і засновані молекулярні умови гідратації.
Здатністю змінювати фізичні властивості води та її структуру характеризуються також слабкорозчинні речовини, які не утворюють зв'язків з молекулами води. Гідратація молекул високополімерних речовин розподіляється на іонну та електронейтральну. Вона базується на електростатичному притягувані молекул води. При іонній гідратації молекули води взаємодіють з групами NН3+, -СОО , тоді як при електронейтральній гідратації води зв'язуються гетерополярними групами: -СООН, -ОН, -СНО, -NН2 тощо. Вірогідно, що в цитоплазмі, де присутні іони, низько- та високомолекулярні сполуки, має місце гідратація всіх компонентів її.
Воду, яка зв'язана іонами та низькомолекулярними сполуками, називають осмотично зв'язаною водою.
В клітинних стінках та судинах провідної системи знаходиться капілярно зв'язана вода.
Крім того, слід розрізняти іммобілізовану, або структурно зв'язану воду. Іммобілізація являє собою механічне захоплення води при конформаційних змінах молекул, в результаті яких молекули потрапляють в замкнутий простір. Більша частина такої води зберігає властивості чистої води. Однак її досить важко відняти і в такому розумінні її слід вважати “зв'язаною”. Про фізіологічну роль її ми знаємо дуже мало. Знаходячись у замкнутому просторі, вона важко випаровується, хоча і характеризується значною рухомістю. Вважають, що насіння довгий час зберігає свою життєздатність саме за рахунок наявності в його зародках іммобілізованої води.
Як відомо, вуглеводи не дисоціюють на іони, а також не мають заряду. Саме тому гідратація їх відбувається в основному по гідроксиль них групах за рахунок електровід'ємного атому кисню. В молекулі глюкози знаходиться п'ять гідроксильних та одна альдегідна групи. Глюкоза добре розчинна у воді, а її полімер (целюлоза) нерозчинна, бо близько 50% гідроксильних груп целюлози екрановані іонами або знаходяться всередині міцели. Зв'язування молекул води прихованими групами називають пермутоїдною гідратацією.
Воду, зв'язану як з внутрішніми, так і з розташованими на поверхні групами, називають колоїдно зв'язаною водою.
Амінокислоти мають у своєму складі два електрон від'ємні елементи -- азот та кисень. Вони здатні утворювати водневі зв'язки з Н20 за рахунок невизначених пар електронів. Принципових відмін гідратації амінокислот від вуглеводів немає. Гідратація білків здійснюється за рахунок взаємодії молекул води з гідрофільними, гідрофобними радикалами та іммобілізації її в замкнутих ділянках.
Як відомо, до складу протоплазми в значних кількостях входять ліпіди, які мають в своєму складі велику кількість гідрофобних груп, дію яких на воду ще мало вивчено.
РОЗДІЛ 3. ТЕРМОДИНАМІЧНІ ПОКАЗНИКИ ВОДНОГО РЕЖИМУ РОСЛИН
Ідеї про застосування термодинамічного підходу до вивчення водного режиму рослин вперше найбільш активно розвивав ще в 1930-1940 рр. О.М. Алексєєв, але вони не знайшли належного розвитку і залишились невідомими за кордоном. У 1960 р. було введено поняття "водний потенціал” для характеристики водного режиму в системі грунт -- рослина -- атмосфера. Як відмічалось в попередньому розділі, водний потенціал -- це термодинамічний показник стану води в системі. Він є величиною, похідною від двох інших термодинамічних показників -- активності води і хімічного потенціалу води. Активність води -- (аw) характеризує ту ефективну (реальну) концентрацію, відповідно з якою вода бере участь в різних процесах. Будь-які міжмолекулярні та інші взаємодії (насамперед гідратація) знижують активність води. Активність чистої води дорівнює 1. В розчинах клітинна активність води завжди менша одиниці. Активність води розраховують за формулою:
де Р -- тиск водяної пари над системою; Р0 -- тиск насиченої пари над чистою водою при тих самих умовах.
Активність води в протоплазмі визначається здатністю її до дифузії, а тому всі фактори, які знижують швидкість руху молекули води, впливають і на ЇЇ активність. До цих факторів належать гідратація, осмотичне зв'язування, іммобілізація, температурний фактор та механічні бар'єри.
До факторів, які сприяють зміні активності води, слід віднести транспортування води з однієї частини клітини до іншої, або з клітини в клітину; зміну вмісту осмотично активних речовин; реакції обміну, які відбуваються за участю води; зміну тургорного тиску; зміну стану води в протоплазмі.
Вода у вільному стані характеризується більшою активністю порівняно з внутрішньоклітинною водою, а тому вона весь час намагається пересуватися в сторону меншої активності.
Хімічний потенціал. Концентрація розчинених речовин у вакуолі є мірою максимальної здатності клітини поглинати воду. Згідно з молекулярнокінетичною теорією молекули всіх речовин знаходяться в стані швидкого хаотичного руху, середня швидкість якого визначається температурою. Хімічний потенціал води (µw) -- величина, похідна від активності. Він виражає максимальну кількість вільної енергії молекули води, яка може бути перетворена на роботу, її розмірність Дж-моль, яка розраховується за рівнянням:
де µwo -- хімічний потенціал чистої води; R -- газова постійна величина; Т -- абсолютна температура; aw -- активність води в системі.
В розчині та клітині aw менше 1, тому In aw -- величина від'ємна. Отже, хімічний потенціал води в розчинах та в клітині менший, ніж у чистої води.
Енергетичний рівень молекул даної речовини, який визначається швидкістю їхньої дифузії (а молекули дифундують в усіх напрямках), називають хімічним потенціалом даної речовини. Якщо мова іде про воду, а нас цікавить саме ця речовина, то використовують інший прийнятий термін, а саме водний потенціал (Ш). Він має розмірність енергії, поділеної на об'єм, що дозволяє виражати величину водного потенціалу в атмосферах, барах або паскалях (1 атм. = 1,013 бар = 0,1 МПа).
Водний потенціал є алгебраїчною сумою таких складових частин: Шs -- осмотичний потенціал, що відображує вплив на активність води частинок розчиненої речовини; Шp -- потенціал тиску, що зумовлює вплив на активність води механічного, гідростатичного або тургорного тиску; Шm -- матричний потенціал, який визначає вплив на активність води макромолекул полімерів; Шg -- гравітаційного потенціалу, який віддзеркалює вплив на активність води сили тяжіння і відіграє значну роль лише при підйомі води на певну висоту, тобто
Величини Шs,Шm,Шg завжди від'ємні, бо наявність розчинених речовин і жорсткого скелету, а також дія сили тяжіння знижують активність води. Величина ур, навпаки, позитивна, тому що при дії на воду механічного тиску активність її молекул збільшується. Коли система знаходиться в рівновазі з чистою водою ШH2O в грунті, рослині, атмосфері водний потенціал, як правило, від'ємний.
Градієнт водного потенціалу визначає напрямок дифузії молекул води та масового водного потоку.
Для функціонування живих організмів важлива не лише оводненість їх, а насамперед той стан, в якому знаходиться дана вода, тобто її концентрація, енергетичний рівень, рухомість, реакційна здатність тощо. Стан води характеризується також її структурою, співвідношенням "вільної” (з незмінними фізико-хімічними властивостями) та "зв'язаної" (із зміненими властивостями через взаємодію з неводними компонентами).
У термодинаміці водних систем останнім часом стали більш широко застосовувати такі поняття, як вільна енергія Гіббса, ентропія, ентальпія.
Все це стало можливим завдяки застосуванню в фізіології рослин калориметричних методів, які дозволили врахувати тепловиділення та теплопоглинання при фазових переходах води в об'єкті (вода -- лід). На основі значення температури фазового переходу, а також висоти та ширини піка тепловиділення при фазовому переході води, розраховується зміна ентальпії (?Н). Цей показник, який характеризує тепломісткість (теплоємність) системи, визначають прямим вимірюванням тепловиділення реакції, що вивчається. Значення (?Н) при експериментальному дослідженні фазового переходу залежить від кількості водневих зв'язків, що утворюються при замерзанні “вільної води”. Знаючи величину ентальпії, можна розрахувати ще одну термодинамічну характеристику клітини -- ентропію (?S), що є мірою знецінення внутрішньої енергії, тобто виражає ту частку внутрішньої енергії, яку неможливо перетворити на роботу:
В рослинній клітині збільшення ентропії може бути зв'язане невпорядкованістю під впливом дії поля іона на воду. Будь-які зміни рухомості води при гідратації іонів негайно впливають на ентропійну характеристику розчину. Тому ентропію можна використовувати як показник характеру гідратації (позитивної або від'ємної). При позитивній гідратації рухомість води знижується, що спричинює підвищення впорядкованості всієї системи та зниження ентропії.
При від'ємній, навпаки, спостерігається збільшення рухомості молекул гідратної води, невпорядкованість системи та збільшена ентропії.
Ми спробували розглянути лише основні принципи термодинамічного підходу до оцінки стану води в рослинах. Однак існує немало труднощів на шляху застосування термодинамічного підходу для оцінки стану води в такій складній системі, як рослинний організм. Подолати їх можливо лише з поглибленням наших знань про структуру та функціонування живих систем, а також шляхом удосконалення існуючих та завдяки розробці нових, принципово відмінних методів дослідження.
Отже, стан води в рослині характеризується її структурними, фізико-хімічними та термодинамічними параметрами, які надзвичайно тісно взаємозв'язані.
РОЗДІЛ 4. НАДХОДЖЕННЯ І ПЕРЕСУВАННЯ ВОДИ У РОСЛИН
В будь якому рослинному організмі знаходиться від 80 до 90% води. Клітини рослин мають значно більше води, ніж клітини тварин. Цьому сприяє наявність клітинної стінки, а також спеціальних компартментів для води у клітині у вигляді вакуолей. Вакуоля містить воду з розчиненими в ній органічними і мінеральними речовинами. Кислий чи солодкий смак плодів залежить від вмісту цукрів і органічних кислот у вакуолях їхніх клітин. Так як більша частина води міститься у вакуолях, далеко не вся вода в рослинних клітинах перебуває у протоплазмі. Під час росту і розвитку рослин, протоплазма їх клітин поступово втрачає воду, а при старінні знижується також здатність її колоїдів до набухання. Особливо незначну кількість води має дозріле насіння, де її вміст коливається від 3 до 15%. Сухе насіння може лежати роками і життя в ньому немов замерло, проте варто дати їм воду, як в них розпочинається активний обмін речовин.
Після виходу рослин на сушу, вони виробили ряд пристосувань, які дозволяють зберігати насиченість клітин водою. Такі рослини, як лишайники, зберегли здатність поглинати воду всією своєю поверхнею, а при її нестачі впадають в анабіоз. Більшість наземних рослин в основному одержують воду із грунту через кореневу систему, однак деяку її кількість можуть поглинати і із атмосфери.
Є рослини для яких атмосферна волога є основним джерелом постачання. До таких відносять перш за все епіфіти, які живуть на поверхні інших рослин, проте не є паразитами. Вони мають повітряні корені, в яких є багатошарова тканина із порожнистих клітин з тонкими стінками. Це дозволяє їм поглинати як пароподібну вологу, так і воду опадів, подібно до губки. У багатьох епіфітів є різні пристосування для збирання дощової води. В певних умовах здатність використовувати вологу атмосфери проявляється у листках всіх рослин.
Градієнт водного потенціалу - рушійна сила надходження та пересування води в клітині, тканинах, цілому органі та організмі. Переважна маса води надходить в рослину через кореневу систему із грунту. Розподіл кореневої системи в певних горизонтах грунту часто обумовлений розподілом води в грунті. Грунт складається із трьох фаз: твердої (мінеральні частинки, гумус), газоподібної (грунтове повітря) та рідкої (грунтовий розчин).
Водний режим грунтів залежить від всіх явищ, які обумовлюють надходження вологи в грунт, її пересування по профільних горизонтах, утримання її в них та втрати (випаровування) води. З фізіологічної точки зору виділяють наступні форми грунтової вологи, що відрізняються за ступенем доступності їх рослині:
гравітаційна вода, яка заповнює великі проміжки між частинками грунту і добре доступна для рослин;
капілярна вода, яка заповнює капілярні пори грунту і утримується в них силами поверхневого натягу і також добре доступна рослинам;
плівкова вода, що оточує колоїдні частинки грунту. Така вода із периферійних шарів гідратаційних оболонок може поглинатися клітинами кореня. Разом з тим, чим ближче до колоїдних частинок знаходяться молекули води, тим з більшою силою вони утримуються і, як правило, менш доступна для рослин;
гігроскопічна вода, яка адсорбується сухим грунтом, якщо його помістити в атмосферу з 95% відносною вологістю повітря. Ця форма води повністю недоступна для рослин.
Недоступна вода становить так званий мертвий запас, величина якого залежить від фізико- хімічних особливостей грунту, його структури. Л. Брігс та Г. Шанц запропонували називати мертвий запас коефіцієнтом в'янення рослин. Це межа вологості грунту, при якій проявляються незворотні ознаки в'янення рослин, їх тургор не відновлюється, припиняється приріст і формування врожаю.
Рідка фаза грунту -- грунтовий розчин, активно впливає на водний режим рослин. Концентрація цього розчину обумовлює його водний потенціал. Вода ґрунтового розчину утримується з різною силою: легкодоступна -- 0,5 МПа, середньодоступна -- 1,0--1,2 МПа та важкодоступна --2,5-- 3,0 МПа. Вона пересувається в грунті завдяки різниці водних потенціалів із різними частинами системи грунтового розчину.
При повній польовій вологоємності грунту (вологість, при якій всі пори грунту заповнені водою) водний потенціал грунту близький до нуля, тому вода легко добувається коренем. Коли ж потенціал ґрунтової води нижчий, ніж потенціал води в клітині кореня, рослина в'яне.
Вся вода в рослині являє собою єдину взаємозв'язану систему і безпосередньо контактує з водою грунту та парами води в оточуючій рослину атмосфері.
Вода завжди надходить в напрямі більш від'ємного водного потенціалу, тобто від тієї системи, де її енергія більша, туди, де її енергія менша. Слід пам'ятати, що визначальним при пересуванні води є градієнт водного потенціалу.
Різниця осмотичних тисків ґрунтового розчину та вакуолярного соку клітин кореня визначає напрямок потоку води із грунту в рослину. Механізм векторного руху води за градієнтом водного потенціалу від клітини до клітини вивчено ще недостатньо. Є дані, які свідчать, що клітини рослин полярні по відношенню до проникності. Крім того, різниця в проникності мембран, інтенсивності та направленості метаболічних процесів в різних ділянках тієї самої клітини зумовлює векторний рух води. Плазмалема, цитоплазма і тонопласт виступають як єдине ціле, тобто вони діють як одна напівпроникна мембрана.
Є дані про наявність в мембранних структурах рослинних міозиноподібних білків, з якими пов'язано функціонування пор мембран. Скоротлива активність цих білків може становити не лише основу регуляції радіуса пор, а і фактів самого виникнення їх на поверхні мембран. Пори або канали мембран, мабуть, не слід розглядати як “порожнисті” структури, де молекули можуть рухатись без перешкоди. Навпаки, дифундуючі молекули води зустрічаються із перемінною протидією, яку вони можуть подолати в разі, якщо ці молекули мають певний запас кінетичної енергії, потрібної для розривання зв'язків. Після проникнення на певну відстань за рахунок розриву зв'язків, простір, що виникає, заповнює інша молекула. Таким чином, пори в мембранах ніби виникають на короткий період і знову закриваються. Коли кінетична енергія води нижча енергії зв'язків у порах, молекула не може дифундувати і пора вважається закритою.
РОЗДІЛ 5. КОРЕНЕВА СИСТЕМА ЯК ОРГАН ПОГЛИНАННЯ ВОДИ
Для виконання своїх основних функцій -- поглинання із грунту води та мінеральних солей корінь повинен володіти здатністю орієнтуватися в просторі, реагувати на градієнти життєво важливих факторів, просуватися у відповідності з цим в грунтових профілях і створювати максимальну поверхню для контакту з грунтом.
Всі особливості будови кореня найтісніше пов'язані з виконанням таких функцій. Роль даного органу полягає насамперед у тому, що завдяки його величезній поверхні забезпечується надходження води в рослину із великого об'єму грунту. Так, у однієї рослини озимого жита за сприятливих умов може утворитися 143 корені першого порядку, 35 тисяч -- другого, 2 млн. 300 тис. -- третього і 11,5 млн. -- четвертого порядку, разом 14 млн. коренів. Загальна довжина їх складає 600 км, загальна поверхня 225 м2. На них розміщені 15 млрд. кореневих волосків, загальна довжина яких біля 10 тис. км, а площа 400 м2. Разом з тим надземна частина цієї ж рослини жита (всі пагони та листки) складає загальну площу приблизно 4,5 м2. Коренева система здатна активно пересувати воду в клітинах кореня в певному напрямку -- через кореневі волоски, клітини корової паренхіми, ендодерму, перицикл до судин ксилеми осьового циліндра кореня [5].
Зона найбільш інтенсивного поглинання води коренем співпадає із його зоною розтягування та зоною розвитку кореневих волосків. Деяка кількість води може надходити і через опробковілу зону кореня. Це характерно головним чином для дерев. В таких випадках вода проникає через сочевички або поранення кореня. Через клітини паренхіми кори можливі два шляхи транспорту води -- через цитоплазму по плазмодесмах (симпласт) і через клітинні стінки (апопласт). Оскільки опір клітинних стінок для води значно нижчий, ніж у цитоплазмі, радіальний транспорт води здійснюється в цій частині кореня, в основному, апопластним шляхом. Однак на рівні ендодерми такий шлях пересування води стає неможливим із-за непроникних для води поясків Каспарі в її клітинних стінках.
Вода в цій частині кореня може подолати ендодерму лише пройшовши через мембрани і цитоплазму цих клітин. Регуляція надходження води на рівні ендодерми здійснюється, з одного боку через зміну швидкого апопластного пересування води на більш повільний симпластний, а з іншого -- тим, що діаметр осьового циліндру кореня, куди в подальшому надходить 60 вода через ендодерму, в 5-6 разів менше діаметра поверхні кори та всисної зони кореня. Слід відмітити, що непроникність клітинних стінок ендодерми для води не є абсолютною. Зокрема в ендодермі тих ділянок кореня, які продовжують свій ріст, пояски Каспарі ще повністю не сформовані, а тому і зміни типів транспортування води, ймовірно, не буває. Крім того, в ділянках кореня, де закладаються бічні корені, ендодерма переривається і вода може продовжити свій шлях через пропускні клітини. Однак, в цілому масовий потік води через ендодерму по апопласту різко знижується. Всередині осьового циліндру рух води від ендодерми до судин ксилеми зустрічає незначний опір і, ймовірно, також здійснюється апопластним шляхом.
Два основні процеси забезпечують транспортування води та розчинених в ній речовин по рослині: транспіраційний потік т
Водний режим у рослин курсовая работа. Биология и естествознание.
Курсовая работа по теме Вывучэнне творчасці Васіля Быкава ў школе
Измерение Объема Цилиндра Лабораторная Работа
Руководство Курсовой Работой
Лабораторная Работа 10 По Биологии 7
Отчет По Технологической Практике Образец
Сочинение По Пьесе Гроза Вступление
Реферат На Тему Холецистография
Курсовая работа по теме Аналіз формування капіталу комерційного банку АКБ "Приватбанк"
Г 8 Итоговая Контрольная Работа
Примеры Заполнения Реферата
Курсовая Работа По Теме Договор Купли-Продажи
Реферат О Русском Путешественнике
Реферат по теме Совершенствование бухгалтерского учета материалов (на предприятии «МОДУС-ВЭЛИ»)
Учебное пособие: Методические указания и индивидуальные задания для студентов идо, обучающихся по направлению 031600 «Реклама и связи с общественностью» Составитель
Реферат: Ben Carson With Cecil Murphey
Эссе На Тему Моя Профессия Дефектолог
Курсовая работа по теме Осуждение с условным неприменением наказания
Задачи На Движение В Начальной Школе Курсовая
Реферат: Оборудование для отделки труб. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат по теме Сторонники американского заселения Полинезии (Тур Хейердал)
Аналіз водорозчинних вітамінів - Биология и естествознание курсовая работа
Биосфера и ноосфера - Биология и естествознание контрольная работа
Биоразнообразие островов - Биология и естествознание курсовая работа