Функции воды в растении

Функции воды в растении

План лекции представлен на слайде 3.1.

Значение воды для жизнедеятельности растений.

Вода является одной из главных составных частей растений. Ее содержание неодинаково в разных органах растения (так, в листьях салата она составляет 95 %, а в сухих семенах — не более 10 % от массы ткани) и зависит от условий внешней среды, вида и возраста растения. Для своего нормального существования растение должно содержать определенное количество воды, в среднем 75-80 % массы растительной ткани.

Функции воды: 1 — среда, в которой протекают процессы обмена веществ; 2 — субстрат и продукт биохимических процессов (реакции гидролиза, окислительно-восстановительные реакции); 3 — источник кислорода, выделяемого при фотосинтезе, и водорода, используемого для восстановления углекислого газа; 4 — поддерживает конформацию молекул белка; 5 — обеспечивает устойчивость структур цитоплазмы и оболочки клеток в упругом состоянии; 6- обеспечивает «тургорные» движения частей растений; 7 — осуществляет терморегуляцию растительного организма.

Свойства воды, обеспечивающие ее функции в растительной клетке: 1 — молекула воды представляет собой диполь; 2 — благодаря этому молекулы воды могут ассоциировать друг с другом, ионами и белковыми молекулами; 3 — вода участвует в поглощении и транспорте веществ, так как является хорошим растворителем, гидратные оболочки, окружающие ионы, ограничивают их взаимодействие; .4 — вода обладает высокой теплоемкостью — 1кал/град, что позволяет растению воспринимать изменения температуры окружающей среды в смягченном виде, испарение воды растениями — транспирация служит основным средством терморегуляции у растений.

Формы воды в клетке.

В клетках и тканях различают две формы воды – прочно связанную (связанную) и рыхлосвязанную (свободную).

Связанная вода. Осмотически- связанная вода – гидратирует растворенные вещества – ионы и молекулы; коллоидно-связанная вода — гидратирует коллоиды (макромолекулы); капиллярно-связанная вода – связанная со структурами клеточных стенок и сосудов за счет сил адгезии.

Связанная вода выполняет структурную функцию – поддерживая структуру коллоидов и обеспечивая функционирование ферментов, органоидов и клетки в целом. Она мало подвижна, не участвует в растворении и транспорте веществ, отличается более низкой температурой замерзания и более высокой температурой кипения, чем свободная вода.

Свободная вода обладает высокой подвижностью, является растворителем и основным транспортером веществ по растению.

Доля связанной воды в клетке составляет около 40%, доля свободной – около 60%. При недостатке влаги в первую очередь снижается доля свободной воды.

Корневая система как орган потребления воды.

Водный баланс растений складывается из поглощения, использования и потери воды. Корневая система является органом поглощения воды из почвы. Сформировавшаяся корневая система представляет собой сложный орган с хорошо дифференцированной структурой. Подсчитано, что общая поверхность корневой системы может превышать поверхность надземных органов примерно в 150 раз. Рост корня и его ветвление продолжаются в течение всей жизни растения.

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 (слайд 3.2).

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.

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.

Центральный цилиндр корня содержит перицикл и две системы проводящих элементов: ксилему и флоэму. Клетки перицикла представляют собой одно- или многослойную обкладку проводящих сосудов. Его клетки регулируют транспорт веществ как из наружных слоев в ксилему, так и из флоэмы в кору. Кроме того, клетки перицикла выполняют функцию образовательной ткани, способной продуцировать боковые корни. Паренхимные клетки перицикла активно транспортируют ионы в проводящие элементы ксилемы. Контакт осуществляется через поры во вторичных клеточных стенках сосудов и клеток. Между ними нет плазмодесм. Затем вода и растворенные вещества диффундируют в полость сосуда через первичную клеточную стенку. Для некоторых паренхимных клеток сосудистого пучка характерны выросты — лабиринты стенок, выстланные плазмалеммой, что значительно увеличивает ее площадь. Эти клетки активно участвуют в транспорте веществ в сосуды и обратно и называются передаточными или переходными. Они могут граничить одновременно с сосудами ксилемы и ситовидными трубками флоэмы. По сосудам флоэмы транспортируются органические вещества из надземной части растения в корни.

Читайте также:  Полотенцесушитель водяной из нержавеющей стали форум

Вода является основным компонентом большинства растительных клеток и тканей. Содержание воды в клетках варьирует в зависимости от типа клеток и физиологических условий. Например, в корне моркови содержится около 85 % воды, тогда как молодые листья салата на 95 % состоят из воды.

В некоторых сухих семенах и спорах содержание воды составляет всего лишь 10 %; однако, для того чтобы они стали метаболически активными, содержание воды в них должно существенно увеличиться.

Вода является средой, в которой происходит диффузия растворенных соединений по клеткам растения; представляет собой вещество, необычайно удобное для регуляции температуры; служит растворителем необходимым для протекания многих биохимических реакций; наконец, вода довольно мало сжимаема при давлениях, существующих в организме, что подчеркивает ее роль в поддержании структуры растения.

Минеральные вещества, необходимые для роста, и органические соединения, синтезируемые в ходе фотосинтеза – все они транспортируются по растению в виде водных растворов. У активно растущих растений существует непрерывный водный поток из почвы через тело растения к листьям, где вода испаряется в основном через устьица.

Вода представляет собой один из необходимых метаболитов, т.е. непосредственно участвует в метаболизме. Она служит источником кислорода, выделяемого в ходе фотосинтеза, и водорода, используемого для восстановления углекислого газа. При образовании АТФ – важного макроэргического соединения – из АДФ и фосфата происходит отщепление воды, иными словами, подобное фосфорилирование есть не что иное, как процесс дегидратации, происходящий в водном растворе в биологических условиях; вода участвует в реакциях гидролиза. Таким образом, знание уникальных свойств воды имеет громадное значение для общего понимания физиологии растений.

Если оба атома водорода заменить на атомы дейтерия ( 2 Н), то мы получим тяжелую воду, или окись дейтерия с молекулярной массой 20.

В воду можно также ввести атом трития ( 3 Н), который радиоактивен и имеет период полураспада 12,4 г. Такая вода оказалась полезным инструментом в изучении скорости ее диффузии в тканях растений. Возможно пометить воду замещая обычный изотоп воды 16 О на тяжелый изотоп 18 О. Этот тип метки был использован для доказательства того, что кислород, выделяемый в ходе фотосинтеза, происходит из воды, а не из углекислого газа.

Физические свойства воды. Без воды жизнь на нашей планете не могла бы существовать. Вода не только необходимый компонент живых клеток, но для многих еще и среда обитания.

Важное свойство воды – ее полная прозрачность для лучей видимой части спектра, что позволяет солнечным лучам достигать хлоропластов, находящихся в клетках листьев, а также растений погруженных в толщу воды.

Свойства воды необычны и связаны главным образом с малыми размерами молекул, с полярностью и со способностью последних соединяться друг с другом водородными связями. Под полярностью подразумевают неравномерное распределение зарядов в молекуле. У воды один конец молекулы несет небольшой положительный заряд, а другой – отрицательный. Такую молекулу называют диполем.

Сильные взаимодействия между молекулами воды обусловлены структурой молекул этого соединения. Расстояние между ядром кислорода и ядрами одного из двух атомов водорода равно примерно 0,099 нм, а угол между связями Н-О-Н равен примерно 105 о . Атом кислорода обладает сильной электроотрицательностью и стремиться оттянуть электроны от атомов водорода. Благодаря этому на атоме кислорода возникает частично отрицательный заряд (d – ) в то время как два атома водорода приобретают положительный заряд (d + ). Несущие положительный заряд атомы водорода испытывают электростатическое притяжение со стороны отрицательно заряженных атомов кислорода соседних молекул воды (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Водородная связь между двумя полярными молекулами воды: δ + – очень маленький положительный заряд; δ – – очень маленький отрицательный заряд

Это приводит к возникновению водородных связей между молекулами воды, энергия которых составляет около 4,8 ккал/моль.

В результате такого связывания молекул воды друг с другом возникает большая упорядоченность в водных растворах. Действительно, на отдельных участках жидкая вода приобретает почти кристаллическую структуру, что чрезвычайно важно, поскольку может играть определенную роль во взаимодействиях и ориентации молекул в водных растворах.

Читайте также:  Как отмыть унитаз народными средствами

Вода обладает большой теплоемкостью. Удельной теплоемкостью воды называют количество теплоты, которое необходимо, чтобы поднять температуру 1 кг воды на 1 о С. Большая теплоемкость означает, что существенное увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры. Объясняется это тем, что значительная часть энергии расходуется на разрыв водородных связей, ограничивающих подвижность молекул воды.

Большая теплоемкость воды сводит к минимуму происходящие в ней температурные изменения. Благодаря этому биохимические процессы протекают в меньшем интервале температур, с более постоянной скоростью и опасность нарушения этих процессов от резких отклонений температур грозит им столь сильно. Это очень важно, поскольку вода служит для многих клеток и организмов средой обитания и в этом случае необходимо сохранение постоянства условий произрастания.

Испарение воды требует довольно значительных количеств энергии. Это опять таки объясняется наличием водородных связей. Именно в силу этого температура кипения воды – вещества со столь малыми молекулами – необычайно высока.

Энергия, необходимая молекулам воды для испарения черпается из их окружения. Таким образом, испарение сопровождается охлаждением. Потери тепла при испарении воды являются одним из основных приемов регуляции температуры у наземных растений.

Как известно, вода при температуре 0 о С и ниже переходит в твердое состояние – образуется лед. При этом выделяется значительное количество энергии. Это уменьшает вероятность замерзания содержащей клетками жидкости. С другой стороны, для плавления (таяния) льда необходимо сравнительно большое количество энергии (скрытая теплота плавления есть мера тепловой энергии, необходимая для расплавления твердого вещества). Кристаллики льда весьма пагубны для живых систем, если они образуются внутри клетки.

Плотность воды от +4 до 0 о С понижается, поэтому лед легче воды и в воде не тонет. Вода – единственное вещество, обладающее в жидком состоянии большей плотностью, чем в твердом.

Поскольку лед плавает в воде, он образуется при замерзании сначала на ее поверхности и лишь под конец в придонных слоях. Если бы замерзание шло в обратном порядке, то жизнь в пресноводных водоемах вообще не могла бы существовать.

Еще одной важной физической характеристикой воды является необычайно высокая диэлектрическая проницаемость (D), что является следствием молекулярной структуры. Высокая диэлектрическая проницаемость воды делает электрические силы между растворенными в ней заряженными веществами относительно слабыми.

Диэлектрическая проницаемость воды равна 80,2 при 20 о С и 78,4 при 25 о С. Для неполярной жидкости – гексана D = 1,87. Следовательно, электрическое притяжение для таких ионов, как Na + и Cl – , в гексане больше (80,2/1,7) в 43 раза, чем в воде. Значительно более сильное притяжение в гексане, чем в воде, уменьшает степень ионизации NaCl по сравнению с диссоциацией этой соли в водном растворе, т. е. вода является хорошим растворителем для заряженных частиц.

Из всех жидкостей самое большое поверхностное натяжение у воды (поверхностное натяжение – результат действующих между молекулами сил на поверхности раздела фаз).

73. Когезия и адгезия, уникальные свойства воды, роль воды в жизни растений.
Притяжение между молекулами воды, наблюдаемое в жидкой фазе, обычна называют когезией, и притяжение между жидкой водой и твердой фазой, например стенками тонкой трубочки или капилляра – адгезией. Когда взаимодействие вода – стенка оказывается значительным, говорят, что стенки смачиваются. Напротив, когда межмолекулярные когезионные силы внутри жидкости значительно больше, чем адгезия между жидкостью и материалом стенки, верхний уровень жидкости в капилляре оказывается ниже уровня поверхности свободного раствора. Такое понижение уровня характерно для жидкой ртути в стеклянном капилляре. В случае воды в стеклянных капиллярах или в сосудах ксилемы притяжение между молекулами воды и стенками велико и поэтому жидкость поднимается.

Капиллярное поднятие имеет важное значение для физиологии водообмена растений. Тем не менее, количественные характеристики этого процесса показали, что для поднятия воды до вершины дерева высотой 30 м за счет капиллярной силы, сосуды должны иметь радиус 0,5 · 10 -4 см. Эти размеры значительно меньше, чем в действительности. Более того, элементы проводящей системы не соприкасаются с воздушной средой своим верхним концом, и поэтому сосуды ксилемы не подобны капилляру.

Большое количество пор в стенках сосудов ксилемы образуют сетку маленьких извилистых капилляров, которые не только способствуют поднятию воды, но и способствуют поддержанию воды в просветах сосуда. Следовательно, клеточная стенка могла бы действовать как эффективный фитиль, поднимая воду за счет множества пор, хотя фактическая скорость такого движения вверх далеко недостаточна для восполнения воды, которая теряется в процессе испарения.

Читайте также:  Стильные шкафы в коридор

Значительные величины когезии и адгезии, характерные для молекул воды, играют важную роль в живых клетках, а также, при движении воды по сосудам ксилемы.

Как мы уже отметили в разделе физико-химические свойства протоплазмы, вода в клетке находится в двух состояниях: свободной и связанной (4,5 % от всей воды), причем последняя может быть нескольких видов. В вакуолях вода удерживается относительно низкомолекулярными соединениями (осмотически связанная) и большая часть воды находиться в свободном состоянии. В клеточной стенке часть молекул воды находиться в адсорбированном состоянии на поверхности фибрилл клеточной стенки. Вода тут связывается, главным образом, целлюлозой, гемицеллюлозой, пектиновыми веществами, т. е. коллоидно-связанная вода. Кроме того, в клеточной стенке есть свободная вода (в порах). В цитоплазме имеется свободная, коллоидно- и осмотически связанная вода. Вода, которая находится на расстоянии 1 нм от поверхности белковой молекулы связана сильно. Осмотически связанная вода цитоплазмы – это вода связанная с ионами.

Физиологическое значение свободной и связанной воды разное. С одной стороны, интенсивность физиологических процессов зависит в первую очередь от содержания свободной воды. С другой стороны, наблюдается положительная корреляция между содержанием связанной воды и устойчивостью клеток к неблагоприятным факторам.

На уровне целого растения выделяют конституционную воду(химически связанная), гидрационную, резервную, заполняющую водосборные полости (вакуоли и др. клеточные компартменты) и интерстициальную, которая выполняет транспортные функции в апопласте и проводящих путях.

Одним из главных факторов естественного отбора, влияющих на видообразование, является недостаток воды. С этим фактором связано распространение некоторых растений, имеющих подвижные гаметы. Все наземные растения приспособлены к тому, чтобы добывать и сберегать воду; в крайних своих проявлениях – у ксерофитов – такого рода приспособления представляются подлинным чудом «изобретательности» природы.
Функции воды: Обеспечивает поддержание структуры высокое содержание воды
протоплазме).Служит растворителем и средой для диффузии. Участвуют в реакциях гидролиза. Служит средой, в которой происходит оплодотворение.Обеспечивает распространение семян, гамет и т. д.( для растений — Обуславливает осмос и тургесцентность (от которых зависит: рост, поддержание структуры, движения устьиц и т. п.). Обеспечивает транспирацию, а также транспорт неорганических ионов и органических молекул. Обеспечивает прорастание семян – набухание, разрыв семенной кожуры и дальнейшее развитие.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Ограничивающим фактором распространения растений на суши являлась вода. В связи с этим эволюционная стратегия растений заключалась в следующем:

1) Развитие корневой системы – специального органа, который обеспечивал поглощение воды, минеральных веществ и закрепление в грунте;

2) Развитие стебля – опоры для листьев и обеспечения непрерывного потока воды и минеральных солей от корня к листьям;

3) Покрытие всех надземных органов кутикулой, снижающей потерю воды.

4) Развитие специальных отверстий устьиц, обеспечивающих газообмен между окружающей средой и растением, перемещение воды вверх по растению и поддержание нужного соотношения между расходованием и потреблением воды;

5) Формирование в организме специальных тканей, сохраняющих эмбриональное состояние (меристем), которые обеспечивают рост растения в течение всей жизни, что позволяет отыскивать источники воды и минеральных веществ и постоянный приток квантов света;

6) Развитие специальных репродуктивных органов, обеспечивающих размножение растений в условиях суши.

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, играет роль амортизатора при механических воздействиях;

7) Поддерживает структуру органических молекул, мембран, цитоплазмы, клеточной стенки и других компартментов клетки.

Ссылка на основную публикацию
Фоторамки из гипса lori
Хороший набор для творчества, интересное занятие для ребенка Этот набор для творчества подарили дочке на Новый год. С его помощью...
Формула перевода ватт в амперы
');> //--> Формула: P - мощность; U - напряжение; I - сила тока. Быстро выполнить эту простейшую математическую операцию можно...
Формула расчета объема жидкости в цистерне
Укажите размеры в миллиметрах Расчет объема жидкости в неполной цистерне Укажите размеры в миллиметрах D - диаметр емкости H -...
Фоторамки на кухне фото
Картины способны кардинальным образом преображать помещение и подчёркивать в оформлении конкретность его стилистики. Помещение будет иметь завершённый вид в том...
Adblock detector