Конечно, поступление воды — один из основных процессов в жизни растений.
Ведь растения (как и все живые организмы) в основном состоят из воды. В листьях ее обычно содержится около 85% от общей массы, а в корнях — 99%.
Однако есть и растения-исключения (например, мхи), способные в условиях резкого дефицита воды легко терять ее, сохраняя жизнеспособность. Высохшие растения содержат только прочно связанную воду, обычно всего 5-10%. Такая вода удерживается за счет электростатических взаимодействий с биологическими макромолекулами и необходима для сохранения ненарушенной структуры этих молекул. При восстановлении нормального водоснабжения растения возвращаются к активной жизнедеятельности.
Обезвоживание является одним из необходимых этапов в созревании семян большинства растений. После того как семя сформируется, вода оттекает из него по сосудистым пучкам в другие ткани растения. В семени почти полностью прекращаются биохимические процессы, и оно, покинув материнское растение, может пролежать в почве всю зиму. По весне семя прорастет, впитав из почвы необходимое количество воды, и за лето сформирует полноценный организм, способный подготовиться к следующей зиме, — если растение многолетнее. Из семян однолетников весной развиваются растения, которые должны успеть зацвести и дать новые семена летом, чтобы продолжить жизнь в следующих поколениях.
Но хотя растения могут приспособиться к дефициту воды (например, как это делают мхи) либо даже сами обезвоживают свои семена (защищая их от гибели зимой), высокая обводненность всех организмов является общим законом.
Существует понятие гомеостатической воды, необходимой для гомеостаза — внутреннего баланса организма (гомеостаз переводится как равновесие). Это минимальный уровень содержания воды, ниже которого поддержание жизни невозможно.
Растения различных мест обитания характеризуются разными минимумами содержания воды. Для растений околоводных пространств (рогоз, стрелолист, частуха, сердечник) и влажных тропических лесов уменьшение обводненности тканей ниже 65-70% означает смерть. Растения средних по влажности местностей (лиственные деревья, большинство лесных и луговых трав, полевые сорняки, сельскохозяйственные культуры) могут обратимо снижать содержание воды до 45-60%. А для растений пустынь и других сухих мест обитания минимальный уровень воды в тканях составляет 25-27%.
Любопытно, что лишь 1 % находящейся в растении воды участвует в химических превращениях! Остальная вода все время движется, насасывается корнем и испаряется листьями. Вода — это подвижная внутренняя среда организма. Даже у водных растений вода в тканях обновляется, циркулирует по сосудистым пучкам. Благодаря направленному току воды осуществляется доставка в разные части растения “строительных блоков”, необходимых для синтеза биологических макромолекул.
Поступление воды происходит в корне. Вода попадает в клетки корневых волосков за счет осмоса. Клетки активно поглощают из почвы соли калия, а соли натрия не пропускают (концентрация ионов калия внутри становится гораздо выше, чем снаружи). Этот процесс обеспечивается специальными “насосами" в наружной мембране. Вода же свободно проникает в клетки, чтобы “выравнять” (разбавить) концентрацию ионов калия. Клетки контролируют свой водный баланс, регулируя внутреннюю концентрацию соли, а вода движется под действием осмоса. Если вода в почве пресная (содержит очень мало солей), то поглощение корнями ионов калия обеспечивает внутри клеток более высокую концентрацию соли, чем снаружи. В результате вода движется внутрь клеток, поддерживая растение упругим (в состоянии тургора). Стенки предохраняют клетки от разрыва. Если снаружи высокая концентрация солей (особенно солей натрия, не поглощаемых клетками), то вода оттягивается из клеток, вызывая увядание и гибель растения.
Для испарения воды (транспирации) на листьях растений имеются специальные образования — устьица.
Устьице представляет собой совокупность двух замыкающих клеток. Они имеют форму семян фасоли и обращены друг к другу вогнутыми сторонами, между которыми находится межклетник — устьичная щель. У замыкающих клеток утолщена средняя часть стенки, обращенной к устьичной щели. Обычно устьице окружено околоустьичными (побочными) клетками.
Итак, корень насасывает воду из почвы, через устьица листьев вода испаряется.
Внутри растений вода движется по специальным сосудам.
Соседние клетки различных тканей растения соединены плазмодесмами. По этим каналам вода может перемещаться из одной клетки в другую.
С током воды переносятся различные вещества.
Все органеллы (органелла — маленький орган) — ядро, митохондрии, хлоропласты, вакуоль — внутри клетки тоже движутся. Цитоплазма, жидкая основа любой клетки, всегда находится в постоянном круговом движении, вовлекая в него органеллы.
До сих пор нет ответа на вопрос. "Каковы причины такого движения?" Известно лишь, что внутри клеток есть специальные “рельсы”, по устройству напоминающие наши с вами мышцы. Эти "рельсы” образуют в клетках внутренний каркас, именуемый цитоскелетом. Предполагают, что именно он приводит в движение цитоплазму.
Опыты Ван Гельмонта побудили и других исследователей заняться изучением роли воды в жизни растений. Но и сейчас в этой области науки остается много загадок, которые ждут своего решения.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Вода в жизни растений играет огромную роль, она является составной частью каждого растения, каждого его органа. Процентное содержание воды в растительном организме:- в протоплазме содержится около 80% воды,
- в клеточном соке - 96-98% воды,
- в оболочках растительных клеток до 50% воды.
- в листьях содержание воды достигает 80-90%.
- в - до 98%,
- в - 94%,
- в - 92%,
- в - 77%.
Вода - основной растворитель
Высокое содержание воды в тканях растения необходимо для активной синтетической деятельности. Вода - основной растворитель , и при ее участии осуществляется поступление в растение растворенных в воде питательных веществ через корни и передвижение их из одних клеток в другие.Вода во взаимодействии растений с окружающей средой
Благодаря воде осуществляется взаимодействие растения с окружающей средой . В процессе фотосинтеза вода принимает непосредственное участие в образовании углеводов . Из 1000 частей воды, проходящих через растение, только 2-3 части используются в процессе фотосинтеза на образование углеводов, а 997-998 частей воды проходит через растение для поддержания его тканей в состоянии насыщения и для компенсации испаряющейся воды. Большая листовая поверхность растений приводит к трате огромного количества воды: за один час растения расходуют до 80-90% содержащейся в них воды. От количества воды в замыкающих клетках устьиц зависит степень их открытия; при большом ее содержании устьица открыты, и через них поступает углекислый газ в растение.Расход воды растениями
Различные растения содержат неодинаковое количество воды , оно изменяется как в течение суток, так и в течение вегетационного периода. К концу вегетации содержание воды уменьшается.
Расход воды растениями.
Из высших растений обезвоживание выдерживают очень немногие представители пустынной флоры, (подробнее: ) тогда как сухие семена, некоторые и лишайники могут сохранять жизнеспособность и при малом содержании воды.
В различных условиях произрастания потребность растения в воде неодинакова. В сухом и жарком климате растения за вегетационный период расходуют воды в 2-3 раза больше, чем в умеренном климате.
Состояние воды в растениях
Вода в растениях бывает в двух состояниях - в свободном и связанном . Связанной водой считают воду, которая удерживается гидрофильными коллоидами протоплазмы и активными веществами. Связанная вода теряет свойства растворителя и не принимает активного участия в превращении и передвижении веществ по растению. Роль связанной воды заключается в том, что она препятствует слипанию мицелл между собой и придает структурную устойчивость гидрофильным коллоидам протоплазмы. Количество связанной воды в растении непостоянно, в молодых растениях больше связанной воды, чем в старых. Свободная вода в растении - среда, в, которой протекают все процессы его жизнедеятельности. Большое количество свободной воды испаряется растением. Подобное разделение воды на свободную и связанную условно, так как вся имеющаяся в клетках вода связана с веществами, входящими в состав протоплазмы, клеточного сока и оболочки. Эти формы воды различаются лишь по характеру и прочности связей. Биологи провели ряд опытов с тяжелой водой , содержащей О 18 . У молодых растений фасоли, погруженных корнями в тяжелую воду, происходила быстрая смена части воды тканей на воду, содержащую О 18 .
Куст растения фасоли в цветении.
В тканях листьев и корней, имеющих быстрый обмен веществ, равновесие с внешним раствором наступало уже через 15-20 минут, при этом обменивалось немного более половины воды.
Вода в стебле заменялась на 90%. При увядании листьев быстрее всего терял воду клеточный сок, вода цитоплазмы удерживалась значительно сильнее, меньше всего терялась вода, входящая в состав органоидов.
На основании этих опытов были сделаны выводы, что в растении имеется трудно и легко обмениваемая вода
.
Свойства воды довольно необычны и связаны главным образом с малыми размерами молекул воды и их полярностью.
Полярность молекул воды. Под полярностью подразумевают неравномерное распределение зарядов в молекуле воды. В целом молекула нейтральна, но атомы в ней распределены так, что на одном конце образуется частичный положительный заряд (δ+), а на другом частичный отрицательный заряд (δ-). Такую молекулу называют диполем. Более электроотрицательный атом кислорода притягивает электроны водородных атомов, в результате между молекулами возникает электростатическое взаимодействие. Эти взаимодействия более слабые, чем обычные ионные связи называются водородными связями.
Вода как растворитель.
Вода хороший растворитель для полярных веществ. К ним относятся ионные соединения – соли, которые диссоциируют на ионы при растворении в воде, а так же некоторые неионные соединения – например сахара, спирты, у которых присутствуют заряженные группы (у сахаров и спиртов это –OHгруппы).
Когда вещество переходит раствор его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно, и как следствие реакционная способность вещества возрастает. По этой причине большая часть реакций протекает в растворах.
Неполярные вещества, например липиды, не смешиваются с водой и потому могут разделять растворы на отдельные компартменты, подобно биологическим мембранам. Неполярные части молекул отталкиваются водой и притягиваются друг к другу. Пример того – масла, образующие пленки, или крупные капли из мелких. То есть неполярные молекулыгидрофобны.
Наличие свойств растворителя у воды, обуславливает так же ее роль в транспорте веществ.
Большая теплоемкость.
Удельной теплоемкостью воды называют количество теплоты в джоулях, которое необходимо, чтобы поднять температуру 1 кг воды на 1°C.
Вода обладает большой теплоемкостью. Это значит, что существенное увеличение тепловой энергии вызывает лишь относительно небольшое повышение температуры. Это связано с тем, что большая часть энергии тратится на разрыв водородных связей, ограничивающих подвижность молекул воды.
Большая теплоемкость сводит к минимуму температурные изменения в водной среде, благодаря этому биохимические реакции идут в относительно узком температурном диапазоне и опасность нарушения от резкого скачка температуры им грозит не так сильно.
Большая теплота испарения.
Скрытая теплота испарения – это мера тепловой энергии, которую нужно сообщить жидкости для ее превращения в пар, т.е. для преодоления сил молекулярного сцепления.
Испарение воды требует значительного количества энергии, что объяснимо наличием водородных связей между молекулами. Именно из-за этого температура кипения воды – вещества, обладающего настолько маленькими молекулами – необычно высока.
Энергия, требуемая молекулами воды для испарения, черпается ими из своего окружения. Таким образом, испарение воды сопровождается охлаждением. Это явление играет существенную роль при охлаждении транспирирующих листьев растений.
Большая теплота плавления.
Скрытая теплота плавления – мера тепловой энергии, необходимая для расплавления твердого вещества (в случае воды – льда).
Воде для плавления требуется довольно большое количество энергии. Справедливо и обратное – при замерзании вода должна отдать большое количество тепловой энергии. Это уменьшает вероятность замерзания содержимого клеток и окружающей их жидкости. Кристаллы льда губительны для живого, когда образуются внутри клеток.
Большое поверхностное натяжение и когезия.
Когезия – сцепления молекул физического тела друг с другом при действии сил притяжения. На поверхности жидкости существует поверхностное натяжение – результат действия между молекулами сил когезии, направленных внутрь. Значительная когезия играет важную роль в движении воды по сосудам ксилемы.
Вода как реагент.
Биологическое значение воды определяется тем, что она является одним из необходимых метаболитов, то есть участвует в биохимических реакциях.
И так, обобщим физиологические функции воды:
· Обеспечивает поддержание структуры (высокое содержание воды в протоплазме).
· Служит растворителем и средой для диффузии.
· Вода участвует в реакциях гидролиза.
· Участвует в фотосинтезе: 6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2
· Обуславливает осмос и тургесцентность клеток.
· Обеспечивает транспирацию и транспорт веществ.
· Обеспечивает прорастание семян – набухание, разрыв семенной оболочки, дальнейшее развитие.
· Служит средой в которой происходит оплодотворение.
· Обеспечивает распространение семян и гамет.
Вода поступает в растение из почвы через корневые волоски и молодые части корней и по сосудам разносится по всей его надземной части. В вакуолях растительных клеток растворены различные вещества. Молекулы этих веществ, растворенные в клеточном соке, оказывают давление на цитоплазму, которая хорошо пропускает воду, но препятствует прохождению через нее растворенных в воде частиц. Давление растворенных в воде веществ на цитоплазму называется осмотическим давлением. Вода, поглощенная растворенными в клеточном соке веществами, также оказывает давление на цитоплазму и растягивает до известного предела эластичную оболочку клетки. Клеточный сок с растворенными в нем веществами постоянно поддерживает растительную ткань в напряженном состоянии, и лишь при большой потере воды, при завядании, это напряжение (тургор) в растении исчезает.
Выделение растением капелек воды - гуттация - демонстрирует наличие корневого давления.
Когда осмотическое давление уравновешено растянувшейся оболочкой, вода не может поступать в клетку. Но стоит клетке потерять часть воды, как оболочка спадается, находящийся в клетке клеточный сок становится более концентрированным и начинает насасывать воду в клетку, пока оболочка снова не растянется и не уравновесится осмотическое давление. Чем больше воды потеряло растение, тем с большей силой вода поступает в клетки. Сила, с которой растение всасывает воду, - сосущая сила - представляет собой разность между осмотическим и тургорным давлением.
Растение непрерывно испаряет воду через устьица. Этим создается возможность нового притока воды к листьям. Присасывающее действие испарения играет большую роль в передвижении воды по растению. Устьица могут раскрываться и закрываться, образовывать то широкую, то узкую щель. На свету устьица раскрываются, а в темноте и при слишком большой потере воды закрываются. В зависимости от этого испарение воды то идет интенсивно, то сильно сокращается. Часть воды все время испаряется через кутикулу, однако это испарение идет гораздо слабее, чем через устьица.
Если срезать стебель растения около самого корня, из пенька начинает сочиться сок. Это показывает, что корень и сам нагнетает воду в стебель. Следовательно, поступление воды в растение зависит не только от испарения воды через листья, но и от корневого давления. Оно перегоняет воду из живых клеток корня в полые трубки омертвевших сосудов. Так как в клетках этих сосудов нет цитоплазмы, вода беспрепятственно движется по ним к листьям, где испаряется через устьица.
Испарение очень важно для растения. С передвигающейся водой разносятся по растению поглощенные корнем минеральные вещества. Испарение снижает температуру растения и тем самым предохраняет его от перегрева. Из каждой тысячи частей поглощенной из почвы воды растение усваивает лишь 2-3 части, а остальные 997-998 частей испаряются. Чтобы образовать 1 г сухого вещества, растение в нашем климате испаряет от 300 г до 1 кг воды.
Пока в почве есть влага, растение растет и развивается нормально. Но вот перестали выпадать дожди, наступает засуха, и растение испытывает недостаток воды и растворимых в ней минеральных веществ; в нем перестает образовываться новое вещество, рост и развитие прекращаются. Кроме того, растение начинает повреждаться от перегрева: на листьях и стебле появляются пятна ожогов. Особенно сильно повреждается растение от ожогов при суховее - сухом горячем ветре. Растение увядает и, если погода не изменится к лучшему, гибнет.
Глубокая вспашка, сохранение влаги в почве, своевременное уничтожение сорняков, севообороты, применение минеральных удобрений и другие агротехнические мероприятия помогают бороться с засухой. Не менее важны правильное семеноводство и создание более устойчивых к засухе сортов, а также использование засухоустойчивых культур. Но основная мера борьбы с засухой (там, где это возможно) - орошение полей.
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Значение воды в жизнедеятельности растений
Вода необходима для жизни любого растения. Она составляет 70-95 % сырой массы тела растения. У растений все процессы жизнедеятельности протекают с использованием воды
Функции воды в клетке Вода - это та внутренняя среда, в которой протекает обмен веществ. Она осуществляет связь органов, координирует их деятельность в целостном растении. Вода входит в состав мембран и клеточных стенок, составляет основную часть цитоплазмы, Вода обеспечивает транспорт веществ по растению и циркуляцию растворов. Вода защищает растительные ткани от резких колебаний температуры. Обеспечивает упругое состояние растений, с чем связано поддержание формы травянистых растений, ориентация органов в пространстве.
водообмен поступление воды в растение и отдача её растением, необходимые для его жизнедеятельности
водный обмен складывается из трех этапов: 1) поглощения воды корнями 2) передвижения ее по сосудам древесины, 3) испарения воды листьями. Обычно при нормальном водном обмене сколько воды поступает в растение, столько ее и испаряется.
Транспорт воды по сосудам
Транспирация Процесс испарения воды через листья
Водный ток в растении идет в восходящем направлении снизу вверх. Он зависит от силы всасывания воды клетками корневых волосков внизу и от интенсивности испарения наверху. Постоянный ток воды от корневой системы к надземным частям растения служит средством транспортировки и накопления в органах тела минеральных веществ и различных химических соединений, поступающих из корней. Он объединяет все органы растения в единое целое. Помимо этого, восходящий ток воды в растении необходим для нормального водоснабжения всех клеток. Особенно он важен для осуществления процесса фотосинтеза в листьях
Из всего огромного количества воды, проходящей через растение, лишь очень незначительная ее часть используется им на синтез веществ своего тела. Только 0,2 % всей пропускаемой воды растение усваивает. Остальные 99,8 % поглощенной воды тратятся на испарение Но эта «трата» очень важна для растения.
21.01.2013 МОУ "СОШ №2" город Чернушка Пермский край Может быть корни могут обходиться без воды? Может достаточно просто опрыскивать стебель и листья растения водой?
Экологические группы – это группы растений по отношению к какому-либо одному фактору среды, определяющему приспособительные свойства организмов
Экологические группы по отношению к воде Гидатофиты (от греч. гидатос – «вода», фитон – «растение») – водные травы (элодея, лотос, кувшинки) . Гидатофиты полностью погружены в воду. Стебли почти не имеют механических тканей и поддерживаются водой. В тканях растений имеется много крупных межклетников, заполненных воздухом Кувшинка
Элодея канадская
Кубышка Кувшинка
Гидрофиты (от греч. гидрос – «водный») растения, частично погруженные в воду (стрелолист, камыш, рогоз, тростник, аир) . Обычно обитают по берегам водоемов на сырых лугах. Рогоз
Стрелолист
Аир болотный
Гигрофиты Осока (от греч. гигра – «влага») растения влажных мест с высокой влажностью воздуха калужница, осоки, циперус, ситник.
Мезофиты (от греч. мезос – «средний») растения, живущие в условиях умеренного увлажнения и хорошего минерального питания сурепка, нивяник, ландыш, земляника, яблоня, ель, дуб. Растут в лесах, на лугах, в поле. Большинство сельскохозяйственных растений – мезофиты. Они лучше развиваются при дополнительном поливе
Мезофиты
Ксерофиты (от греч. ксерос – «сухой») растения сухих местообитаний, где воды в почве мало, а воздух сухой алоэ, кактусы, саксаул.
Суккуленты Сочные ксерофиты с мясистыми листьями (алоэ, толстянки) или мясистыми стеблями (кактусы – опунция, маммилярия, цереус)
Опунция Толстянка
склерофиты Сухие ксерофиты –(от греч. склерос – «жесткий») приспособлены к жесткой экономии воды, к уменьшению испарения (ковыль, саксаул, кермек, верблюжья колючка) . синеголовник
Ковыль Саксаул Склерофиты Верблюжья колючка