Движение воды по растению. Движение воды в растениях

Сначала, прочитав учебник, энциклопедии и статьи в Интернете, я узнала, как выглядит строение цветочных растений

Органы цветочного растения - побег, корень, цветки, плоды с семенами. И все они состоят из различных видов ткани: образовательной, покровной, механической, проводящей, основной. Все эти ткани выполняют различные функции в жизни растений.

Транспорт воды в цветочных растениях

Чтобы растение могло расти, должны выполняться определенные условия: свет, тепло, вода, питание. Активное перемещение веществ у растений происходит по проводящим тканям. Вода и растворенные в ней минеральные вещества передвигаются в растении от корней к цветку по сосудам. Вода поступает в растение через корневые волоски, затем вода по сосудам корня под давлением поднимается. Попав в листья, вода испаряется с поверхности клеток и в виде пара выходит в атмосферу. Этот процесс обеспечивает непрерывный восходящий ток воды по растению.

Но какие силы обеспечивают движение тока воды вверх по стеблю в стакане с водой? Можно предположить, что вода выталкивается снизу или ее тянут сверху. На небольшие расстояния транспорт веществ обеспечивают физические процессы диффузии. Молекулы воды передвигаются из той области, где их концентрация высока, туда, где их концентрация низка.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Вода -- самое распространенное в биосфере вещество, играющее исключительно важную роль в жизни живой природы и в частности растений. Вода входит в состав клеток и тканей любого животного и растения. Потеря большого количества воды живым организмом может привести к его смерти. В последнее время в связи с быстрым ростом населения и его производственной деятельностью потребность в воде значительно возросла. В настоящее время она достигла таких масштабов, что во многих местах планеты и особенно в развитых промышленных районах возникла острая проблема нехватки пресной воды. В настоящее время водный голод ощущается даже в тех местах, где раньше его не было. На 70% всех обрабатываемых земель царит засуха. При этом в нетронутых степях содержание влаги в почве в 1,5 - 3 раза больше, чем в пашне. В настоящее время основным источником пресной воды продолжают оставаться воды рек, озер, артезианских скважин и опреснение морской воды. В то же время, если во всех речных руслах находится 1,2 тыс. км 3 , то количество воды находящееся в каждый данный момент в атмосфере равно 14 тыс. км 3 . Парадоксально, но факт: самый крупный источник - вода в атмосфере - почти не используется.

Вода, всасываемая растениями из почвы, проходя через корень, стебель и лист, испаряется в атмосферу, увеличивая влажность воздуха. Растения способствуют более быстрому водному обмену почвы и воздуха. Вода, испаряемая растениями, гораздо чище воды из рек и озер.

Моя тема актуальна: в ней изучаются этапы движения воды от жидкого состояния в почве, через растение, до водяного пара в атмосфере. Это может подсказать новые пути решения вопроса с нехваткой пресной воды.

Цель работы : исследовать движение воды из почвы в корень, стебель, цветок и лист растения. Пронаблюдать выделение водяного пара растением. Исследовать влияние растений на влажность в помещении.

Задачи работы : изучить литературу, описывающую строение растения и его проводящие воду ткани. Изучить литературу о роли воды и водяного пара на планете.

Провести опыты, связанные с движением воды по растению, изучить испарение воды растением.

растение вода влажность почва

1.Проводящие «трубопроводы» растения

Без них вода и минеральные соли, поглощенные корнем… останутся в корне. Органических веществ, произведенных в стеблях и листьях, корень не получит. А ведь они ему тоже необходимы! Значит не обойтись без того, чтобы наладить систему «трубопроводов» внутри растения. Причем по одним «трубам» вода и минеральные соли будут подниматься в стебель и листья, по другим «трубам» органические вещества будут опускаться в корень.

Такие ткани растения называются проводящими, у деревьев - это цепочка клеток, а проводящая воду ткань - сосуд - наиболее совершенна у цветковых растений.

Нисходящий ток органических веществ идет гораздо медленнее, ведь растение вырабатывает во много раз меньше органических веществ, чем потребляет воды.

Проводящие пучки растения хорошо видны на листьях растений в виде жилок. Пучки образуют сложную разветвленную сеть внутри растения. Наглядно всю сложность этой сети можно увидеть на примере «растительной губки» - обычной мочалки, которая изготавливается из плода тыквы люффы.

Органы высших растений и их проводящая система

Лист-это та «волшебная фабрика», где под действием солнечных лучей происходит превращение воды и углекислого газа в органические вещества. Помимо этого лист дышит, испаряет воду.

Каждый лист можно сравнить с чутким прибором. Он прекрасно чувствует небольшие изменения освещенности. Пока солнце движется по небосклону, черешки листьев непрерывно «работают», поворачивая каждый лист так, чтобы на него падало как можно больше света. Если комнатное растение развернуть от света, то на следующий день можно будет увидеть, что все его листья дружно «повернулись обратно». Листья «стараются» не затенять друг друга. Это хорошо видно у плюща, который при небольшом количестве листьев может покрывать стену сплошным «зеленым ковром». Ощущают листья и гравитацию (всемирное тяготение).

Природа немало потрудилась, создавая существующее разнообразие форм листьев. Сложный лист состоит из нескольких листочков на общем черешке, главное его отличие - не в сильной рассеченности, а в том, что каждый листочек может опасть отдельно. Листья могут превращаться в колючки, усики, ловчие аппараты.

На каждом листе видны многочисленные жилки. Это «трубопровод» листа, по которому он сообщается со всем растением.

Каков срок жизни листа? У листопадных растений - около полугода. Но и у вечнозеленых растений срок жизни листьев не так уж велик. У сосны лист (хвоинка) в среднем живет 2 года, у ели - до 12 лет.

Сколько листьев может быть на одном дереве? На старом дубе растет около четверти миллиона листьев, а на кипарисе - 50 млн. хвоинок.

Транспортную функцию в листе выполняет проводящая система -- жилки. Жилки -- полифункциональные образования: они снабжают лист водой, минеральными и органическими веществами, притекающими из корня; обеспечивают отток ненужных веществ; выполняют механическую функцию, создавая опорный скелет листа и укрепляя его мякоть. Длина сети жилок зависит от многих внешних и внутренних факторов.

Передвижение веществ в листе происходит по флоэме и ксилеме. В наиболее крупных жилках листьев они образуют один или несколько пучков, располагающихся в виде кольца, полукольца или беспорядочно.

Между корнями и листьями существует «разделение труда». Листья обеспечивают все растение органическими веществами, а корни обеспечивают его водой и минеральными солями. Корень закрепляет растение в почве, помогает противостоять ему ветрам и бурям. В поисках воды и минеральных солей он проникает в толщу земли, порой на большую глубину. Например, корень верблюжьей колючки, уходит на глубину 15м, достигая грунтовых вод. А рекорд проникновения в глубь земли принадлежит корням инжира (120м) и вяза (110м). Растет корень чаще всего прямо вниз.

Воду и минеральные соли - пищу растения - корень впитывает через корневые волоски - мощное орудие всасывания. Каждый из них состоит из одной клетки и очень мал. Проводя опыт биологи измерили длину корней ржи, оказалось, что общая длина волосков почти в 20 раз превышает длину самих корней.

Некоторые растения, например сосну обыкновенную, можно встретить на песках, на голых гранитных скалах, на болотах. Корни у нее в каждом случае разные. На песках у нее будет глубокий стержневой корень, доходящий до грунтовых вод. А на болоте - какой смысл забираться вглубь? Влаги и так хватает. Здесь корни сосны будут ветвиться в верхних слоях почвы.

Проводящая система корня проводит воду и минеральные вещества из корня в стебель (восходящий ток) и органические вещества из стебля в корень (нисходящий ток). Состоит она из сосудисто-волокнистых пучков. Основными слагаемыми частями пучка являются участки флоэмы (по ним вещества передвигаются к корню) и ксилемы (по которым вещества передвигаются от корня).

3.Стебель

Стебель - это каркас растения, к которому прикреплены различные «лаборатории», обеспечивающие жизнь и размножение растений (например, лист, цветок, плод). Кроме того, стебель - это своеобразный трубопровод, связывающий все органы растения между собой.

Кроме того, стебель может брать на себя роль «кладовой», наполненной на «черный день» самым ценным для растения, без чего невозможна жизнь, - влагой. Это мы видим, в частности, у кактусов.

Стебель с листьями (побег) может превращаться в луковицу, корневище, клубень. В них растение прячет под землей запасенные питательные вещества. С помощью подземных побегов растение может размножаться, как всем известный картофель.

Строение стебля соответствует его главным функциям: проводящей -- в стебле хорошо развита система проводящих тканей, которая связывает все органы растения; опорной -- с помощью механических тканей стебель поддерживает все надземные органы и выносит листья в благоприятные условия освещения и ростовой.

Цветки - органы размножения растений. Части цветка - чашелистики, лепестки, тычинки и пестик - представляют собой не что иное, как видоизмененные листья.

Чашелистики еще сохраняют зеленый цвет, немногим отличаясь от обычных листьев. Венчик, состоящий из лепестков, окружает тычинки и пестик. Человек выводит махровые цветы, у которых тычинки и пестики неотличимы от лепестков.

Проводящие пучки идут в органы цветка из стебля. Проводящие пучки цветка обнаруживают некоторую тенденцию к упрощению и срастанию. Срастание пучков, а, следовательно, уменьшение их количества, вызвано тем, что части цветка располагаются скученно. Упрощение в строении пучков проявляется в том, что очень слабо развивается флоэма. Иногда ее элементы совсем отсутствуют или замещаются специальными клетками.

2. Растения и вода

У разных растений различна потребность в воде - у одних она может быть в 80-90 раз больше, чем у других. Любое растение самое меньшее наполовину, а иногда на 98% состоит из воды. Всего за один летний день подсолнечник «выпивает» 1-2 л воды, а вековой дуб - более 600литров.

Человек испаряет пот, прежде всего для того, чтобы охладиться. Растению так же необходимо охлаждение. Но значительная часть испаряемой влаги расходуется для другой цели. Только через увлажненную поверхность растение может впитывать углекислый газ из воздуха, чтобы расти. Поневоле ему приходится постоянно испарять воду. Поэтому растения засушливых мест, где воды мало, растут так медленно. Такие растения научились по-разному ограничивать свой водный рацион. Одни в ходе эволюции приобрели сочные мясистые стебли или листья (кактусы, алоэ), наполненные влагой, и испаряют её очень экономно. Их называют суккулентами. Полная противоположность им - склерофиты, жесткие сухие растения (например, верблюжья колючка). Засуху они переносят в полузасушенном виде.

Происходит испарение в основном через устьица - «приспособления», созданные природой. Устьица расположены в основном на нижней стороне листа (во избежание чрезмерного испарения). Устьице состоит из двух клеток полулунной формы (похожих на фасолины). Когда клетки эти наполнены влагой, они «надуваются», как два воздушных шарика, и сквозь широкую щель между ними хорошо испаряется влага. А когда воды становится меньше, клетки «вянут», - «воздушные шарики» становятся «полусдутыми», щель между ними исчезает. Испарение не идет. Соответственно и углекислый газ не может поступать в ткани растения.

На каждом квадратном миллиметре поверхности листа - несколько сотен устьиц, иногда даже тысяча, а у алоэ и кактусов - порой всего десятки. Через них растение дышит, получает углекислый газ.

Испарение. Водяной пар в атмосфере.

Наиболее важная переменная составляющая атмосферы -- водяной пар. Изменение его концентрации колеблется в широких пределах: от 3% у земной поверхности на экваторе до 0,2% в полярных широтах. Основная масса его сосредоточена в тропосфере, содержание определяется соотношением процессов испарения, конденсации и горизонтального переноса. В результате конденсации водяного пара образуются облака и выпадают атмосферные осадки (дождь, град, снег, роса, туман).

Воздух нижних слоев атмосферы всегда заключает в себе некоторое количество воды. Вода в атмосфере может находиться в трех состояниях: парообразном (водяной пар), жидком (капельки воды, образующие облака и туманы) и твердом (кристаллики льда и снежинки). Источником воды в атмосфере является водяной пар. Наибольшее количество водяных паров воздух получает с поверхности океанов и морей, меньшее с озер и рек и еще меньшее с поверхности суши. По последним данным с поверхности земного шара в год испаряется 518 600 км 3 воды, из них 447 900 км 3 воды (86%) испаряется с поверхности океанов и 70 700 км 3 (14%)--с поверхности суши.

Испарение. Процесс испарения с поверхности воды связан с непрерывным движением молекул внутри жидкости. Молекулы воды двигаются в различных направлениях и с различной скоростью. При этом некоторые молекулы, находящиеся у поверхности воды и имеющие большую скорость, могут преодолеть силы поверхностного сцепления и выскочить из воды в прилежащие слои воздуха.

Скорость и величина испарения зависят от многих причин, в первую очередь от температуры и ветра, от дефицита влажности и давления. Чем выше температура, тем больше воды может испариться. Роль ветра в испарении понятна. Ветер все время уносит тот воздух, который успел поглотить некоторое количество водяных паров с испаряющей поверхности, и непрерывно приносит новые порции более сухого воздуха. Согласно наблюдениям даже слабый ветер (0,25 м/сек) увеличивает испарение почти в три раза.

Дефицит влажности и давление атмосферы по-разному влияют на испарение. Скорость испарения прямо пропорциональна дефициту влажности и обратно пропорциональна атмосферному давлению.

При испарении с поверхности суши огромную роль играет растительность, так как, кроме испарения с почвы, происходит испарение растительностью (транспирация).

Наблюдения показали, что площадь, покрытая луговой растительностью, испаряет в три с лишним раза больше, чем площадь поля, лишенная растительности. Лес испаряет воды еще больше (почти столько же, сколько поверхность моря в соответствующих широтах).

В результате процесса испарения с поверхности водяной пар поступает в атмосферу. Например, летней ночью при ясной погоде, соприкасаясь с холодной поверхностью, водяной пар оставляет на ней капельки росы, при отрицательной температуре выпадает иней, в воздухе, охлаждающемся от поверхности или от пришедшего холодного воздуха, образуется туман, который состоит из мелких капелек или кристалликов, взвешенных в воздухе. В сильно загрязнённом воздухе образуется густой туман с примесью дыма - смог.

Наиболее благоприятная для человека относительная влажность воздуха (40-60%), именно такая влажность поддерживается в космических кораблях. Выявлено, что чем прохладнее воздух, тем ниже его влажность. Свой вклад в обезвоживание и без того сухого зимнего воздуха вносят обогревательные приборы центрального отопления в городских квартирах.

Определить насколько уровень влажности в квартире соответствует нормальному можно без применения специальных приборов, а опираясь на косвенные признаки. Надежным подсказчиком служат комнатные растения. Особенно чувствительны к дефициту атмосферной влаги тропические растения, для которых естественная среда это влажный и теплый климат. Поэтому так часто можно наблюдать, как зимой начинают чахнуть представители теплолюбивой флоры при своевременном и бережном уходе.

Другим, не менее надежным, индикатором является наше самочувствие. При пониженной влажности у человека быстро наступает чувство усталости и общего дискомфорта. Недостаток влаги в воздухе способствует снижению концентрации и внимания.

Недостаток атмосферной влажности способствует высушиванию слизистой оболочки дыхательных путей и полости рта. Это повышает риск возникновения респираторных заболеваний за счет ослабления защитных функций организма. Особенно часто этому подвержены дети.

Огромную роль влажность играет в метеорологии. Её используют для предсказания погоды. Несмотря на то, что количество водяного пара в атмосфере сравнительно невелико (около 1%), роль его в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество теплоты, и наоборот, испарение воды сопровождается поглощением теплоты.

1. Цель опыта : пронаблюдать выделение воды из стебля герани, которая поглощается корнем растения из почвы.

Подготовка : для проведения опыта используем: растение герань со срезанным стеблем, прозрачную трубочку.

Опыт .

На срезанный стебель герани плотно надеваем прозрачную трубочку, наливаем немного воды в трубочку, отмечаем уровень воды красной линией, через некоторое время наблюдаем как уровень жидкости в трубочке повышается, отмечаем новый уровень синей линией.

Вывод .

Стебель выделяет жидкость, которая поступает в растение из почвы через корень. В корне и стебле имеются проводящая система, по которой вода поднимается по корню и стеблю.

2. Цель опыта : пронаблюдать, поступает ли вода по стеблю в лепестки цветка.

Подготовка: для проведения опыта используем срезанные цветки белой хризантемы, воду, окрашенную пищевым красителем, прозрачную емкость для цветков.

В окрашенную воду ставим срезанные цветки белой хризантемы. Через несколько часов наблюдаем на лепестках явно выраженные полоски того же цвета, что и используемый краситель.

Вывод.

Вода по стеблю поднимается в лепестки хризантемы. Лепестки,как и стебель имеют проводящую воду систему.

3 . Цел ь: узнать, поступает вода в листья из стебля растения? Могут листья испарять воду?

Подготовка : для проведения опыта используем растение герань, полиэтиленовый пакет, электролампу, скотч.

Опыт: лист растения герани помещаем внутрь полиэтиленового пакета, обматываем вокруг черешка листа скотчем для герметичности. Электролампу включаем и направляем на лист, чтобы повысить температуру внутри пакета и усилить испарение. Через несколько часов наблюдаем капельки влаги внутри пакета.

Вывод.

Вода из стебля движется в лист герани и затем испаряется. Лист растения имеет проводящую воду систему.

4 . Цель: исследовать влияние зеленых растений на влажность.

Подготовка: для проведения опыта используем растения герани в горшках, куски полиэтилена, прибор для измерения влажности - гигрометр.

Опыт: измеряем в комнате влажность гигрометром, затем вокруг гигрометра устанавливаем горшки с геранью в которых почва предварительно закрыта полиэтиленом,чтобы испарение воды с поверхности почвы не влияло на показания влажности. Через час снова замечаем показание гигрометра.

Влажность без растений - 50%

Влажность возле растений - 60%

Вывод . Растения повышают влажность воздуха.

Заключение

В работе рассмотрено движение воды через органы растений, испарение влаги листьями растения.

Измерена влажность воздуха в помещении и влияние на влажность зеленых растений.

Изучена литература о роли влаги и водяного пара в жизни всего живого.

Рассмотрена роль растений как источника пресной воды из выделенного ими водяного пара. Например, подсолнечник испаряет в день до 4 стаканов воды, береза - до 6 ведер, а старое дерево бука - до 10 ведер. Эксперименты по получению воды из атмосферы проводятся во многих районах мира. В 22 странах на 5 континентах сбор воды данным методом подтвержден экспериментально. Возможно, принудительная конденсация воды из воздуха в приземном слое могла бы со временем решить проблему водоснабжения во многих регионах, страдающих от нехватки пресной воды.

Растения - это уникальные природные системы, позволяющие проводить водный обмен почвы и воздуха, помогающие сохранять и поддерживать влажность воздуха в атмосфере, что имеет одно из главных значений для поддержания жизни на планете.

Необходимо защищать леса от вырубки.

Дома нужно держать комнатные растения для увлажнения воздуха.

Растения могут помочь людям восполнить недостаток пресной воды.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Общее описание царства растений, характеристика их органов: корень, лист, побег, цветок, плод и семя. Отличительные черты водорослей, лишайников, мхов, хвощей, папоротников, голосеменных и покрытосеменных растений, их роль в природных сообществах.

шпаргалка , добавлен 15.03.2011


Изучение вегетативных органов растений. Их видоизменения (колючка, усик, клубни, луковицы), функции и строение. Цветки и соцветия - генеративные органы растения. Описание процесса опыления и оплодотворения растений. Распространение плодов и семян.

реферат , добавлен 29.06.2010


Изучение роли воды в жизни растений. Морфоанотомические основы поглощения и движения воды. Основные двигатели водного тока. Передвижение воды по растению. Строение корневой системы. Транспирация: физиологические механизмы. Адаптация к дефициту воды.

курсовая работа , добавлен 12.01.2015


Основной план строения тела растения и место корня в системе его органов. Особенности строения корня и корневой системы высших растений. Функции коры и ризодермы. Метаморфозы корней, симбиозы с грибницами: эктомикориза и эндомикориза. Значение корня.

реферат , добавлен 18.02.2012


Стебель - удлинённый побег высших растений, служащий механической осью, выполняющий роль производящей и опорной базы для листьев, почек, цветков. Определение строения древесного стебля расположением проводящих пучков. Изучение основ стелярной теории.

презентация , добавлен 30.01.2015


Фитоморфология как наука. Стебель и побег, их роль для растений. Классификация и значение выделительных тканей цветков. Сущность эмбриогенеза растений. Основные типы ветвлений. Виды млечников и устройство смоляных ходов. Форма и строение нектарников.

лекция , добавлен 02.06.2009


Клеточная оболочка, её структура, физические и химические свойства. Характеристика анатомического строения стебля однодольного и двудольного растения, корня первичного строения. Понятие о биосфере, экосистеме и среде обитания. Строение сложного листа.

контрольная работа , добавлен 13.05.2014


История реактивного движения. Анализ принципа передвижения осьминогов, кальмаров, каракатиц, медуз, которые используют для плавания реакцию выбрасываемой струи воды. Исследование строения тела, стадий вылупления и реактивного движения личинки стрекозы.

презентация , добавлен 22.10.2014


Структура и свойства воды. Особенности прорастания семян в случае использования талой воды. Метод приготовления талой воды. Сравнительный анализ влияния талой, тяжелой воды и остаточного солевого раствора на прорастание семян и развитие побегов пшеницы.

курсовая работа , добавлен 18.01.2016


Исследование основных жизненных форм растений. Описание тела низших растений. Характеристика функций вегетативных и генеративных органов. Группы растительных тканей. Морфология и физиология корня. Видоизменения листа. Строение почек. Ветвление побегов.

Путь воды в растении распадается на три различ­ные по физиологии, строению и протяженности части: по живым клеткам корня; по мертвым элементам ксилемы корня, стебля, черешка и жилок; по живым клеткам листа до испаряющей поверх­ности.

Большая часть этого пути приходится на долю водопроводящей системы, состоящей из мертвых по­лых сосудов у покрытосеменных и трахеид у голосе­менных растений. У травянистых растений эта часть водного пути достигает десятков сантиметров, а у дре­весных - многих метров.

Передвижение воды по сосудам ксилемы, длина которых может достигать нескольких десятков санти­метров, происходит довольно легко. Путь через трахеи­ды более трудный: от одной трахеиды к другой вода проходит через окаймленные поры; очевидно, что дви­жение воды через них испытывает большее сопротив­ление, чем через сосуды. Измерения показывают, что у лиственных древесных растений проводимость древе­сины в 3 - 6 раз выше, чем у хвойных. В целом этот путь вода преодолевает куда легче, чем первый и третий через несколько миллиметров или даже долей милли­метров живых клеток - от корневых волосков до сосу­дов центрального цилиндра и от сосудов, расположен­ных в жилках листа, до испаряющих клеток мезофилла.

По сосудам и трахеидам вода передвигается, как по полым трубкам, подчиняясь общим гидродинамичес­ким законам, по живым же клеткам корня и листа - осмотическим путем, с помощью разности сосущих сил соседних клеток в правильно возрастающей последо­вательности. Значительное сопротивление току воды при переходе ее от одной живой клетки к другой дела­ет этот способ совершенно непригодным для передви­жения воды на большое расстояние. Поэтому возник­новение трахеид у папоротниковидных растений яви­лось важным этапом в эволюции растительного мира. Еще более совершенной стала водопроводящая систе­ма с появлением настоящих сосудов у покрытосемен­ных растений.

Через растение перекачивается огромное количество воды. С 1 га посевов пшеницы за лето испаряется около 2 тыс. т, клевера - 7,5, капусты - 8 тыс., Т.е. если собрать всю воду, расходуемую 1 га клевера или капу­сты, то получится водный бассейн площадью 1 га и глубиной 75- 80 см. Еловые молодняки южной тайги за год тратят 4,5 тыс. т воды с 1 га лесной площади, сосно­вые - 5,0, ольховые - до 11 тыс. т.

Видно, что леса расходуют не меньше, а даже боль­ше, чем некоторые сельскохозяйственные культуры. эти колоссальные расходы восполняются за счет деятель­ности корневых систем, с достаточной быстротой вса­сывающих воду из почвы. На этом основана осушаю­щая роль леса в условиях заболачивающихся лесных почв. Поддержанию водного баланса служат и хорошо развитая проводящая воду система, без задержки пода­ющая воду к листьям, а также наличие покровных тка­ней, защищающих растение от излишней потери воды.

Каковы те силы, которые осуществляют непрерыв­ный ток воды от корней через стебель и листья? У тра­вянистых низкорослых растений механизм перетекания ксилемного сока понять легко. Корневое давление наг­нетает воду в сосуды центрального цилиндра корня, а сосущие силы, возникающие в листьях благодаря про­цессу транспирации, притягивают эту воду. Тем самым создается постоянный ток воды по всему растению.

Процесс подъема воды от корней до листьев носит название восходящего тока, в отличие от нисходящего тока органических веществ от листьев к корням. Кор­невое давление, создающееся благодаря метаболизму корневых окончаний, получило название нижнего концевого двигателя водного тока. Притягивающие же воду сосущие силы листьев называют верхним конце­вым двигателем водного тока.

Труднее объяснить непрерывность водного столба у гигантов растительного мира - эвкалиптов, секвой и некоторых других древесных растений, высота кото­рых достигает 140 м. Наши обычные деревья также имеют довольно большие размеры: береза - до 25 м, дуб - 40 м, сосна и ель - до 50 м. К этому следует добавить и значительную протяженность водопроводя­щей системы корней.

Водный ток испытывает и преодолевает силу зем­ного притяжения, силу тяжести. В силу этого, напри­мер, обычные поршневые насосы не могут поднять воду с глубины более 10 м, ибо этот 10-метровый столб воды соответствует давлению в 1 атм. Кроме того, движение воды по ксилеме испытывает довольно значительное сопротивление, особенно у представителей голосемен­ных древесных растений.

Объяснение того, что водный столб протяженно­стью многие десятки метров не разрывается, находим в теории сцепления (когезии) и смачивания стенок со­судов и трахеид водой (адгезии). Действительно, меж­ду молекулами передвигающейся воды существуют значительные силы сцепления, заставляющие эти мо­лекулы следовать друг за другом. Этому способствует и то, что водопроводящие элементы представляют как бы единое целое с водным потоком, так как стенки их полностью смочены, насыщены водой. В них нет воздуха. В таком состоянии они оказывают мини­мальное сопротивление движущемуся потоку. Кро­ме того, само строение сосудов не способствует пе­редвижению пузырьков воздуха из одного сосуда в другой.

Все это весьма сильно отличает условия, создаю­щиеся в дереве, от условий в поршневых насосах. В последних между стенками цилиндра и поршня посто­янно появляются пузырьки воздуха, нарушающие це­лостность водного столба. Происходит обрыв этого столба при подъеме на высоту более 10 м.

Для того чтобы поднять воду на высоту 100 м, необхо­димо наличие сосущих сил в кроне дерева порядка 30 - 35 атм: на преодоление силы тяжести - 10 атм, сопро­тивления фильтрации через поперечные стенки сосу­дов - 20 - 25 атм. В природной обстановке леса такие величины часто регистрируются экспериментально. Поэтому с чисто физической точки зрения представля­ется возможным объяснить подъем воды на высоту 100 м и более.

В процесс е транспирации в листьях деревьев воз­никают сосущие силы, достигающие десятков атмос­фер. Листья насасывают воду из стебля, вследствие чего в сосудах возникает отрицательное давление ­разрежение. Такое состояние можно наблюдать при помощи несложных приборов: в теплый летний день при интенсивной потере воды стволы деревьев умень­шаются в диаметре. Другой способ заключается в том, что при срезании интенсивно транспирирующей вет­ки в подкрашенной воде отмечается мгновенное про­никновение краски через поверхность среза благодаря расширению сосудов.

В зависимости от анатомического строения древе­сины линейная скорость восходящего тока колеблется от 1 - 6 м/ч у хвойных и рассеянно-сосудистых дре­весных пород до 25 - 60 м/ч у кольцесосудистых. Та­кая скорость зарегистрирована летом в полдень. Ско­рость передвижения воды по дереву в течение суток изменяется и в основном соответствует интенсивности транспирации. Существует и светозависимый восходящий водный поток в растениях, тесно не связанный с транспирационной активностью (В.Г. Реуцкий).

В самом дереве быстрее всего вода передвигается в стволе и медленнее - в наиболее молодых ветвях. Среднее положение по этому показателю занимают старые ветви.

Особенности водного тока по стволу дерева:

· С помощью изотопной техники и введения в ствол красок было показано, что у большинства древесных растений водный ток в стволе передвигается по спирали. Это тесно связано с макростроением древесного ствола, что затрудняет ответ на вопрос, какая часть корневой системы питает водой ту или иную сторону кроны дерева.

· Передвижение воды в радиальном направлении осуществляется медленнее и происходит через поры на стенках сосудов и трахеид. Оно имеет зна­чение в поддержании нормальной оводненности живых элементов древесины и коры.

· Неравномерность водного тока. Далеко не вся дре­весина служит местом проведения воды. У ядро­вых древесных растений (сосна, дуб) для этого слу­жит только заболонь. При этом более активны в проведении воды последние годичные слои древе­сины. Это объясняется тем, что только эти слои переходят в древесину однолетних ветвей, тесно связанную с водопроводящей системой листьев. У хвойных, в частности у ели, проводящие пучки хвои сообщаются, по-видимому, с несколькими годич­ными кольцами. Старые годичные кольца просто не достигают кроны, они выклиниваются по мере увеличения высоты дерева. У ряда древесных по­род (акация белая, фисташка, ясень) вода прово­дится всего лишь 1 - 3 последними годичными сло­ями заболони. Такая же картина наблюдается и у заболонных, и у спелодревесных пород (осина, бе­реза, липа), но у них число годичных слоев, прово­дящих воду, несколько больше.

· Можно назвать и такую особенность восходящего тока в стволе дерева, как его изолированность. В общих чертах она присуща и травянистым расте­ниям. Тем не менее, у древесных растений она выражена в большей степени. Проводящая воду древесина ствола отделена от внешней среды не только живыми клетками камбия и флоэмы, но и толстой пробкой или коркой, ограничивающих связь древесины с воздухом атмосферы.

· Такое свойство восходящего тока, как обратu­мость, иногда наблюдается в природе у ряда дре­весных пород, в том числе у некоторых хвойных (ели, пихты), при укоренении нижних ветвей, со­прикасающихся с почвой, или верхушек у выва­ленных деревьев. Ток воды здесь идет в обратном направлении - от морфологически верхнего кон­ца к морфологически нижнему концу.

Восходящий ток обеспечивает все живые клетки растения водой и минеральными элементами. Очень важна роль восходящего тока и в обеспечении живых клеток корней, ствола и ветвей кислородом, ибо проницаемость тканей коры, камбия, древесины для газов весьма низка. Этот растворенный в воде восходящего тока кислород идет на осуществление процесса дыха­ния живых элементов дерева.

Восходящий ток влияет и на оводненность тканей, в частности древесины ствола. В молодом возрасте до образования ядра наибольшей влажностью обладает древесина хвойных пород. Это различие, очевидно, свя­зано с отсутствием у них по сравнению с лиственны­ми породами либриформа.

Резкие изменения оводненности древесины на­блюдаются течение года. Так, у хвойных древесных растений самая низкая влажность отмечается в лет­ние месяцы, а самая высокая - зимой. В поздневе­сеннее и раннеосеннее время влажность древесины занимает среднее положение. Влажность ядровой древесины практически остается неизменной и самой низкой. У лиственных древесных пород отмечено два периода пониженной влажности - летний и во вто­рой половине зимы и два повышенной - весенний во время сокодвижения и зимний - в первой половине зимы.

Влажность древесины молодых деревьев несколь­ко выше, а амплитуда колебаний ее больше, чем у ста­рых деревьев. Содержание воды в древесине меняет­ся и в течение летних суток: наиболее высокое рано утром, а низкое - в полдень.

Вода, запасенная в середине ствола, способна пе­редвигаться в молодые побеги, что особенно важно при отсутствии доступной для растений воды в почве (за­суха, морозы). Например, 100- летняя сосна может пере­носить засушливый период за счет внутренних запа­сов воды в стволе в течение целого месяца.

Перетекающая по растению вода отличается от метаболической воды, которая непосредственно ис­пользуется в различных процессах обмена веществ. Вода постоянно обменивается в клетках растений. С по­мощью современной техники, в частности изотопной, удалось показать, что самый быстрый обмен внутри­тканевой воды на внешнюю воду происходит в корнях растений, а самый медленный - в стеблях. Промежу­точное положение занимают листья.

Похожая информация.

§ 1 Особенности корневого строения

Одной из главных функций корня растения является всасывание из почвы воды и растворенных в ней минеральных веществ. В связи с этой функций корень имеет особенности как внешнего, так и внутреннего строения. Рассмотрим подробнее. Все типы корней в корневой системе: главные, боковые, придаточные имеют сходство в строении.

Все корни ветвятся, нарастают верхушкой и на них никогда не встречаются листья. Верхушка корня защищена колпачком из нескольких слоев мертвых клеток - корневым чехликом. Его функция состоит в защите зоны деления корня от механических повреждений. Клетки чехлика постоянно обновляются за счёт деления, это клетки образовательной ткани - меристемы. Некоторые клетки меристемы добавляют новые слои как к корню, так и к корневому чехлику.

За зоной деления расположена зона растяжения, где клетки уже не нарастают, а только вытягиваются. В этой зоне корень удлиняется и проталкивает зону деления вперед. Далее от зоны растяжения находится зона всасывания. Она представляет собой участок корня, густо покрытый корневыми волосками. Корневой волосок - это вырост клетки эпидермы корня, то есть покровного слоя. Данные клетки увеличивают поверхность всасывания почвенных растворов. Зона всасывания может постепенно перемещаться по корню: на переднем крае этой зоны появляются новые корневые волоски, а на заднем - постепенно отмирают старые. В результате этого процесса зона всасывания медленно продвигается вглубь почвы. На корне также выделяют еще две зоны: ветвления, где образуются боковые корни, и зону проведения - расположенную выше. Зона проведения отвечает за транспорт воды и минеральных веществ в надземные органы растения и транспорт органических веществ из стебля в корень, а также выполняет функцию опоры.

§ 2 Движение воды по растению

Как каждая клетка растения получает воду из почвы? Вода впитывается из почвы корневыми волосками, благодаря нагнетанию давления внутри этих клеток. Данное явление называют корневым давлением. Далее из клеток с корневыми волосками водный раствор просачивается в клетки корня и, перемещаясь из клетки в клетку попадает в сосуды. По сосудам корня вода поднимается сначала в стебель, а по сосудам стебля — к листьям растения.

Вода движется вверх по сосудам проводящей ткани (ксилеме), благодаря не только корневому давлению, но и за счет испарения воды в листьях. Недостаток воды в листьях, вызывает поверхностное натяжение в сосудах ксилемы, которое способно тянуть вверх весь столб воды, создавая массовый поток. Далее по ксилеме вода расходится по всему растению и расходуется для процессов обмена, веществ, фотосинтеза и испарения.

§ 3 Корни влаголюбивых и засухоустойчивых растений

Корни влаголюбивых и засухоустойчивых растений различаются по длине, толщине и расположению в почве. Корни некоторых растений могут достигать глубины до 15 метров, тем самым достигая выхода грунтовых вод в засушливых районах. Например, у подсолнечника, корни достигают 3 метров. Благодаря быстро внедряющемуся вглубь главному корню и сильной ветвистой системе боковых корней и корешков, подсолнечник может выдерживать засуху и хорошо усваивать питательные вещества и почвенную влагу. А вот у огурца глубина корня нередко остается на глубине не более полуметра и корень располагается «вширь», занимая определенную площадь.

Как все клетки, клетки корня нуждаются в дыхании. Они поглощают кислород из почвы и выделяют в нее углекислый газ. Поэтому для многих культурных растений применяют приемы обогащения почвы кислородом - рыхление, вспашка, боронование.

В теплой почве корни лучше усваивают влагу, чем в холодной. Поэтому для теплолюбивых растений нашего огорода мы используем укрытия для грядок - торф или пленку.

А замечали ли вы, что многие садоводы, выращивающие томаты, весной пересаживают саженцы, отщипывая верхушку корня. Зачем они так делают? Чтобы растение быстрее развивалось, необходимо много воды и питания.

Эти процессы обеспечит мощная корневая система. А возникает развитие ветвления корня тогда, когда главный корень не нарастает в длину, поэтому его и прищипывают.

§ 4 Краткие итоги по теме урока

1. Строение корня взаимосвязано с его основной функцией - всасыванием воды и проведением ее к побегу растения.

2. Во внешнем строении корня можно выделить следующие зоны: зона деления (с корневым чехликом), зона растяжения, зона всасывания, зона ветвления и зона проведения.

3. Корень всасывает воду за счет корневого давления и силы испарения с поверхности листьев.

4. Для развития корня необходимы: почвенная влага, кислород и тепло.

Использованные изображения:

Основные двигатели водного тока
Поглощение воды корневой системой идет благодаря работе двух концевых двигателей водного тока: верхнего концевого двигателя, или присасывающей силы испарения (транспирации), и нижнего концевого двигателя, или корневого двигателя. Основной силой, вызывающей поступление и передвижение воды в растении, является присасывающая сила транспирации, в результате которого возникает градиент водного потенциала. Водный потенциал – это мера энергии, используемой водой для передвижения. Водный потенциал и сосущая сила одинаковы по абсолютному значению, но противоположны по знаку. Чем меньше насыщенность водой данной системы, тем меньше (более отрицателен) ее водный потенциал. При потере воды растением в процессе транспирации создается ненасыщенность клеток листа водой, как следствие, возникает сосущая сила (водный потенциал падает). поступление воды идет в сторону большей сосущей силы, или меньшего водного потенциала.
Таким образом, верхний концевой двигатель водного тока в растении – это присасывающая сила транспирации листьев, и его работа мало связана с жизнедеятельностью корневой системы. Действительно, опыты показали, что вода может поступать в побеги и через мертвую корневую систему, причем в этом случае поглощение воды даже ускоряется.
Кроме верхнего концевого двигателя водного тока, в растениях существует нижний концевой двигатель. Это хорошо доказывается на примере таких явлениях, как гуттация.
Листья растений, клетки которых насыщены водой, в условиях высокой влажности воздуха, препятствующей испарению, выделяют капельно-жидкую воду с небольшим количеством растворенных веществ – гуттация. Выделение жидкости идет через специальные водные устьица – гидаторы. Выделяющаяся жидкость – гутта. Таким образом, процесс гуттации является результатом одностороннего тока воды, происходящего в отсутствие транспирации, и, следовательно, вызывается какой-то иной причиной.
К такому же выводу можно прийти и при рассмотрении явления плач растений. Если срезать побеги растения и к срезанному концу присоединить стеклянную трубку, то по ней будет подниматься жидкость. Анализ показывает, что это вода с растворенными веществами – пасока. В некоторых случаях, особенно в весенний период, плач наблюдается и при надрезе веток растений. Определения показали, что объем выделяющейся жидкости (пасоки) во много раз превышает объем корневой системы. Таким образом, плач – это не просто вытекание жидкости в результате пореза. Все сказанное приводит к выводу, что плач, как и гуттация, связана с наличием одностороннего тока воды через корневые системы, не зависящего от транспирации. Силу, вызывающую односторонний ток воды по сосудам с растворенными веществами, не зависящую от процесса транспирации, называют корневым давлением. Наличие корневого давления позволяет говорить о нижнем концевом двигателе водного тока. Корневое давление можно измерить, присоединив манометр к концу, оставшемуся после срезания надземных органов растения, или поместив корневую систему в серию растворов различной концентрации и подобрав такую, при которой плач прекращается. Оказалось, что корневое давление равняется примерно 0,1 – 0,15 МПа (Д.А.Сабинин). Определения, проведенные советскими исследователями Л.В.Можаевой, В.Н.Жолкевичем, показали, что концентрация наружного раствора, останавливающего плач, значительно выше концентрации пасоки. Это позволило высказать мнение, что плач может идти против градиента концентрации. Было показано также, что плач осуществляется только в тех условиях, в которых нормально протекают все процессы жизнедеятельности клеток. Не только умерщвление клеток корня, но и снижение интенсивности их жизнедеятельности, в первую очередь интенсивность дыхания, прекращает плач. В отсутствии кислорода, под влиянием дыхательных ядов, при понижении температуры плач приостанавливается. Все сказанное позволило Д.А.Сабинину дать следующее определение: плач растений – это прижизненный односторонний ток воды и питательных веществ, зависящий от аэробной переработки ассимелятов. Д.А.Сабинин предложил схему, объясняющую механизм одностороннего тока воды в корне. Согласно этой гипотезе, клетки корня поляризованы в определенном направлении. Это проявляется в том, что в разных отсеках одной и той же клетки процессы обмена веществ различны. В одной части клетки идут усиленные процессы распада, в частности, крахмала на сахара, вследствие чего концентрация клеточного сока возрастает. На противоположном конце клетки преобладают процессы синтеза, благодаря чему концентрация растворенных веществ в этой части клетки уменьшается. Надо учитывать, что все эти механизмы будут работать только при достаточном количестве воды в среде и не нарушенном обмене веществ.
Согласно другой гипотезе, зависимость плача растений от интенсивности дыхания является косвенной. Энергия дыхания используется для поступления ионов в клетки коры, откуда они десорбируются в сосуды ксилемы. В результате концентрация солей в сосудах ксилемы повышается, что и вызывает поступление воды.

Передвижение воды по растению
Вода, поглощенная клетками корня, под влиянием разности водных потенциалов, которые возникают благодаря транспирации, а также силе корневого давления, передвигается до проводящих путей ксилемы. Согласно современным представлениям, вода в корневой системе передвигается не только по живым клеткам. Еще в 1932 г. немецкий физиолог Мюнх развил представление о существовании в корневой системе двух относительно не зависимых друг от друга объемов, по которым передвигается вода, - апопласта и симпласта. Апопласт – это свободное пространство корня, в которое входят межклетные промежутки, оболочки клеток, а также сосуды ксилемы. Симпласт – это совокупность протопластов всех клеток, отграниченных полупроницаемой мембраной. Благодаря многочисленным плазмодесмам, соединяющим между собой протопласт отдельных клеток, симпласт представляет единую систему. Апопласт, по-видимому, не непрерывен, а разделен на два объема. Первая часть апопласта расположена в коре корня до клеток эндодермы, вторая – по другую сторону клеток эндодермы, и включает в себя сосуды ксилемы. Клетки эндодермы благодаря пояскам Каспари представляют как бы барьер для передвижения воды по свободному пространству (межклетникам и клеточным оболочкам). Для того чтоб попасть в сосуды ксилемы, вода должна пройти через полупроницаемую мембрану и главным образом по апопласту и лишь частично по симпласту. Однако в клетках эндодермы передвижение воды идет, по-видимому, по симпласту. Далее вода поступает в сосуды ксилемы. Затем передвижение воды идет по сосудистой системе корня, стебля и листа.
Из сосудов стебля вода движется через черешок или листовое влагалище в лист. В листовой пластинке водопроводящие сосуды расположены в жилках. Жилки, постепенно разветвляясь, становятся более мелкими. Чем гуще сеть жилок, тем меньшее сопротивление встречает вода при передвижении к клеткам мезофилла листа. Иногда мелких ответвлений жилок листа так много, что они подводят воду почти к каждой клетке. Вся вода в клетке находится в равновесном состоянии. Иначе говоря, в смысле насыщенности водой, имеется равновесие между вакуолью, цитоплазмой и клеточной оболочкой, их водные потенциалы равны. Вода передвигается от клетки к клетке благодаря градиенту сосущей силы.
Вся вода в растении представляет единую взаимосвязанную систему. Поскольку между молекулами воды имеются силы сцепления (когезия), вода поднимается на высоту значительно большую 10 м. сила сцепления увеличивается, так как молекулы воды обладают большим сродством друг к другу. Силы сцепления обладают и между водой и стенками сосудов.
Степень натяжения водных нитей в сосудах зависит от соотношения процессов поглощения и испарения воды. Все это позволяет растительному организму поддерживать единую водную систему и не обязательно восполнять каждую каплю испаряемой воды.
В том случае, если в отдельные членики сосудов попадает воздух, они, по-видимому, выключается из общего тока проведения воды. Таков путь передвижения воды по растению (рис. 1).

Рис. 1. Путь воды в растении.

Скорость перемещения воды по растению в течение суток изменяется. В дневные часы она на много больше. При этом разные виды растений различаются по скорости передвижения воды. Изменение температуры, введение метаболических ингибиторов не влияют на передвижение воды. Вместе с тем этот процесс, как и следовало ожидать, очень сильно зависит от скорости транспирации и от диаметра водопроводящих сосудов. В более широких сосудах вода встречает меньшее сопротивление. Однако надо учитывать, что в более широкие сосуды могут попасть пузырьки воздуха или произойти какие-либо иные нарушения тока воды.

Видео: Движение воды и органических веществ по стеблю.