Лекция 6. Водный режим растений

План лекции (4 часа):

1. Роль воды в жизни растений

2. Характеристика водообмена растений

3. Передвижение воды по растению

4. Транспирация. Значение транспирации

Много добрых слов сказано о воде. Французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери в книге «Планета людей» писал: «Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя не опи­шешь, тобою наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть жизнь... ты — вели­чайшее в мире богатство... Ты —_; божество, которое так легко спугнуть...». Растительные организмы возникли в воде, которая очень длительное время оставалась для них единственной средой обитания. После выхода расте­ний на сушу водную среду сменила воздушная. В новых условиях существования ус­ложнились механизмы добы­вания и расходования воды.

Наличие или отсутствие дос­таточного количества воды часто служит единственным фактором, определяющим рас­пространение растительности на поверхности Земли, темпы ее роста, внешнее и внутрен­нее строение. И это неудиви­тельно, ибо без воды не могут осуществляться процессы фо­тосинтеза, гидролиза различ­ных веществ (например, крах­мала), дыхания, роста и т.д., нарушается структура цито­плазмы клеток. Прекращение испарения ведет к перегреву и даже гибели растений.

Вода в биологических объектах выполняет следующие ос­новные функции:

1. Водная среда объединяет все части организма, начиная от молекул в клетках и кончая тканями и органами, в единое целое. В теле растения водная фаза представляем собой не­прерывную среду на всем протяжении от влаги, извлекаемой корнями из почвы, до поверхности раздела жидкость — газ в листьях, где она испаряется.

2. Вода — важнейший растворитель и важнейшая среда для биохимических реакций.

3. Вода участвует в упорядочении структур в клетках. Она входит в состав молекул белков, определяя их конформацию. Удаление воды из белков высаливанием или с помощью спир­та приводит к их коагуляции и выпадению в осадок. В поддер­жании структур гидрофобных участков белковых молекул и липопротеинов, возможно, существенна роль структурированной ВОДЫ.

4. Вода — метаболит и непосредственный компонент биохи­мических процессов. Так, при фотосинтезе вода является доно­ром электронов. При дыхании, например в цикле Кребса, вода принимает участие в окислительных процессах. Вода необходима для гидролиза и для многих синтетических

процессов.

5. Возможно, существенную роль в жизненных явлениях, особенно в мембранных процессах, играет относительно высо­кая протонная и электронная проводимость структурированной воды.

6. Вода — главный компонент в транспортной системе выс­ших растений — в сосудах ксилемы и в ситовидных трубках флоэмы, при перемещении веществ по симпласту и апопласту.

7. Вода — терморегулирующий фактор. Она защищает тка­ни от резких колебаний температуры благодаря высокой теп­лоемкости и большой удельной теплоте парообразования.

8. Вода — хороший амортизатор при механических воздей­ствиях на организм.

9. Благодаря явлениям осмоса и тургора (напряжения) вода обеспечивает упругое состояние клеток и тканей растительных организмов.

Водный обмен растений складывается из нескольких процессов: поглощения воды, передвижения ее по растению, усвоения и выделения.

Обычно большинство наземных цветковых растений погло­щает воду с помощью корней, в то время как водные (и часть наземных: мхи, лишайники) — всей поверхностью. Растения-паразиты добывают влагу с по­мощью особых присосок.

Растительная клетка как осмотическая система. Растительная клетка окружена клеточной стенкой, которая обладает определенной эластичностью и может растягиваться. Вакуоль содержит большое количество осмотически активных веществ — сахаров, органических кислот, солей. При изучении осмотических явлений в растительных клетках обычно рассма­тривается упрощенная модель, в которой полупроницаемой мембраной считается система, состоящая из плазмалеммы и тонопласта одновременно. Поскольку мембрана избиратель­но проницаема и вола проходит через нее значительно легче, чем вещества, растворенные в клеточном соке и цитоплазме, при помещении клетки в воду последняя по законам осмоса бу­дет поступать внутрь клетки.

Осмотическое давление (Р) разбавленных растворов подчиняется газовым законам и зависит от температуры, их молярной концентрации и относительного числа частиц (У).

Р = RСТУ, где

R - универсальная газовая постоянная, равная 0,0821 атм/градмоль;

С - концентрация раствора в молях;

Т - абсолютная температура (273°+ t°);

У - изотонический коэффициент.

Последний для неэлектролитов равен 1, а у электролитов зависит от числа частиц, на которые диссоциируют молекулы и от степени диссоциации. Для NaCl он примерно равен 1,5.

Силу, с которой клетка втягивает воду называют сосущей силой (S) . Она тождественна водному потенциалу клетки (). Величина сосущей силы определяется осмотическим давлением клеточного сока (P) и тургорным (гидростатическим) давле­нием в клетке (T), которое равно противодавлению клеточной стенки, возникающему при ее эластическом растяжении:

S = P – T; = - Р.

В условиях разной оводненности соотношения между всеми компонентами этого уравнения меняются. Когда клетка полностью насыщена водой (полностью тургесцентна), ее сосущая сила равна нулю, а тургорное давление равно по­тенциальному осмотическому. Состояние полного тургора наблюдается в клетках при достаточной влажности почвы и воздуха.