Транспирация у растений и ее биологическое значение

Биологическое значение транспирации

Транспирация
— это физиологический процесс испарения
воды растением. Основным органом
транспирации является лист. Вода
испаряется с поверхности листьев через
клеточные стенки эпидермальных клеток
и покровные слои (кутикулярная
транспирация) и через устьица (устьичная
транспирация).

Эпидермис листьев
растений — первичная поверхностная
однослойная ткань – выполняет важную
роль в осуществлении процессов водо- и
газообмена. Клетки эпидермиса, покрытой
на поверхности кутикулой, часто и
восковым налетом, живыми или отмершими
волосками (исполняют роль экрана,
отражающего часть солнечных лучей).

В
результате потери воды в ходе транспирации
в клетках листьев возрастает сосущая
сила. Это приводит к усилению поглощения
клетками листа воды из сосудов ксилемы
и передвижению воды по ксилеме из корней
в листья.

Таким образом, верхний концевой
двигатель, участвующий в транспорте
воды вверх по растению, обусловлен
транспирацией листьев. Верхний концевой
двигатель может работать при полном
отключении нижнего концевого двигателя,
причем для его работы используется не
только метаболическая энергия как в
корне, но и энергия внешней среды —
температура и движение воздуха.

Транспирация
спасает растение от перегрева. Температура
сильно транспирирующего листа может
примерно на 7 оС
быть ниже температуры не транспирирующего
завядшего листа. Кроме того, транспирация
участвует в создании непрерывного тока
воды с растворенными минеральными и
органическими соединениями из корневой
системы к надземным органам растения.

Величина транспирации
зависит от числа устьиц, их размещения,
степени открытости, строения эпидермиса,
степени развития проводящей системы,
величины осмотического
давления
клеточного сока, насыщенности протоплазмы
водой, а также от интенсивности освещения,
температуры, влажности воздуха, силы
ветра и от содержания в почве азота и
др. элементов питания.

Перефразируя известное выражение, можно сказать: если какое-то явление существует, значит, оно для чего-то нужно. Справедливо это и по отношению к транспирации. Для растений она имеет жизненно важное значение, и считать ее губительной для мира флоры неверно.

1. Процесс транспирации обеспечивает постоянное движение воды «от пят до макушки» — через корни, стебли, листья.
2. Таким образом удается регулировать температурный и водный режимы. В самое жаркое время летнего дня листья обычно прохладнее окружающей атмосферы на три — восемь градусов.
3. Испарение помогает разгрузить растение от излишка влаги внутри и дать место новой партии воды, полной питательными микроэлементами.
4. Транспирация предотвращает перегревание и ожоги листьев при высокой температуре или попадании прямых лучей солнца.

В обычно протекающих процессах транспирация не является необходимой. Так если выращивать растения в условиях высокой и низкой влажности воздуха, то, естественно, в первом случае транспирация будет идти сознательно меньшей интенсивностью.

Однако рост растений будет одинаков или даже лучше там, где влажность воздуха выше, а транспирация меньше. Известно, что большая часть всей поглощенной энергии тратится на транспирацию, которая в определенном объеме полезна растительному организму.[6]

1. Транспирация спасает растение от перегрева, который ему грозит на прямом солнечном свете. Температура сильно транспирирующего листа может быть примерно 7`C ниже температуры листа завязающего, не транспирирующего.

Это особенно важно в связи с тем, что перегрев, разрушая хлоропласты, резко снижает процесс фотосинтеза (оптимальная температура для процесса фотосинтеза около 30-33`C). Именно благодаря высокой транспирирующей способности многие растения хорошо переносят повышенную температуру.

2. Транспирация создает непрерывный ток воды из корневой системы к листьям, который связывает все органы растения в единое целое.

3. С транспирационным током передвигаются растворимые минеральные и частично органические питательные вещества, при этом, чем интенсивнее транспирация, тем быстрее идет процесс передвижения.[6]

Механизмы передвижения воды по растению. Теория сцепления.

План лекции
представлен на слайде 4.1.

Восходящий
поток воды в растении идет по сосудам
ксилемы, лишенным цитоплазмы. Помимо
работы нижнего концевого двигателя и
присасывающего действия транспирации
(верхний концевой двигатель) в передвижении
воды по капиллярным сосудам ксилемы
участвуют силы сцепления (когезии)
молекул воды друг с другом и силы
прилипания (адгезии) воды к стенкам
сосудов.

Большая
часть воды, попавшей в листья, испаряется
в атмосферу, а меньшая часть (около 0,2
%) используется в метаболизме клеток,
на поддержание тургора и в транспорте
органических соединений по сосудам
флоэмы.

Вода
из клеток листа и непосредственно из
сосудов ксилемы поступает во флоэмные
окончания по осмотическому градиенту,
возникающему вследствие накопления в
клетках флоэмы сахаров и других
органических соединений, которые
образуются в клетках листьев и переносятся
в клетки флоэмы в результате активной
работы транспортных насосов.

Нисходящий
флоэмный ток доставляет органические
соединения тканям корня, где они
используются в метаболизме. В корне
окончания проводящих пучков флоэмы,
как и в листе, располагаются вблизи
элементов ксилемы, и вода по осмотическому
градиенту поступает в ксилему и движется
вверх с восходящим током. Таким образом,
происходит обмен воды в проводящей
системе корня и листьев.

Лекция 4. Транспорт воды по растению. Транспирация. Экология водного режима.

Как мы уже выяснили, транспирация – естественный физиологический процесс в растительном мире. Главный ее орган – лист. Поскольку листьев у растений много, они образуют достаточно большую площадь для испарения.

В результате водный потенциал уменьшается, а это сигнал для клеток листьев к поглощению воды из ксилемных жилок. По принципу падающего домино следом провоцируется движение воды из корней по ксилеме к листьям.

Из стебля вода движется в листок, проходя по жилкам через черешок. По дороге жилки «разбегаются», число проводящих элементов становится меньше. Сами жилки превращаются в отдельные трахеиды, которые образуют очень густую сеть.

Задерживают влагу в листе однослойный эпидермис с кутикулой на его поверхности. Превратившаяся в пар вода выходит сквозь устьица – специальные многочисленные отверстия микронных размеров, которые растение в состоянии расширять или сужать в зависимости от внешних условий.

Растения поглощают лишь незначительную часть всего объема воды, который добывают из грунта – 0,2 процента, иногда немного больше. Все остальное испаряется в воздух. Механизм работы верхнего конечного двигателя достаточно прост.

Основан он на том, что обычно в атмосфере маловато водяных паров, а значит, ее водный потенциал можно охарактеризовать как негативный. Например, при относительной влажности воздуха в 90 процентов атмосферное давление равняется 140 барам.

А у подавляющего большинства представителей царства флоры давление внутри листа варьируется между 1 и 30 барами. Такой большой разрыв и обеспечивает транспирацию. Водный дефицит, спускаясь по клеткам от листьев по стеблям, неминуемо достигает корней.