По сосудам к листьям поступают
«В природе нет ничего бесполезного» – Мишель де Монтень
Только вдумайтесь в мощь проводящей ткани! Ведь ей приходится поднимать воду и растворенные в ней минеральные вещества от тончайших волосков корня
до клеток листа. Самое высокое дерево на нашей планете, вечнозеленая секвойя по имени Гиперион, растет на севере Калифорнии и достигает (на 2017 год) – 117 метров в высоту.
И вода по проводящим тканям преодолевает 117 метров высоты у этого растения, от корней к листьям! Она передвигается по структурам проводящих тканей против
силы тяжести, и сегодня вы узнаете о секрете, который таит это уникальное явление.
Запомните, чтобы глубоко изучить любую науку, нужно восхищаться ей, уметь удивляться и проявлять любопытство в этой сфере. В ботанике это можно делать
самыми разными путями: вы можете посетить ботанический сад, или, к примеру, приобрести микроскоп и рассматривать ткани и органы растений, самостоятельно приготавливая
микропрепараты.
Это действительно важно, поэтому я останавливаюсь на этом. Сам я получаю и всегда призываю своих учеников получать искреннее удовольствие от погружения в науку.
Надеюсь, что и вы разделите эту радость новых интересных знаний, я приложу к этому все усилия. Итак, начнем изучать проводящие ткани.
Проводящие ткани можно сравнить с кровеносной системой человека, которая пронизывает весь наш организм, доставляя питательные вещества к клеткам и удаляя продукты
обмена веществ из них.
Как уже было сказано, эти ткани служат для передвижения по организму растения растворенных питательных веществ. Имеется два направления тока: от корней к листьям
(восходящий ток) и от листьев к корням (нисходящий ток).
Логическим путем можно угадать многие научные факты, даже не зная их. К примеру, чем представлен восходящий ток? Что поднимается от корней к листьям? Это конечно же
вода и растворенные в ней минеральные вещества, они движутся по сосудам и трахеидам проводящей ткани – ксилемы (древесины).
От листьев к корням спускаются органические вещества, образовавшиеся в результате фотосинтеза в листьях, они движутся по ситовидным трубкам проводящей ткани – флоэмы (луба).
Несмотря на то, что настоящие проводящие ткани впервые появились у папоротникообразных, но у мхов в наличии имеются водоносные клетки, благодаря которым они могут накапливать воду, которая в процентном соотношении может составить до 25% от их массы. По этой причине во время Первой мировой войны мох сфагнум использовали в качестве перевозочного материала. Кроме того, он обладает бактерицидными свойствами.
В состав и ксилемы, и флоэмы входят как живые, так и мертвые клетки. Однако отметим, что в ксилеме мертвые клетки преобладают.
Ксилема (древесина)
Обеспечивает восходящий ток (от корней к листьям) воды и растворенных в ней минеральных солей. В толще проводящей ткани находятся отнюдь не только те самые трахеиды и
сосуды, ее пронизывают многочисленные механические волокна – древесинные, обеспечивающие каркасность и прочность. В ксилеме содержатся также запасающие структуры,
представленные древесинной паренхимой, где накапливаются питательные вещества. Давайте разберемся из каких гистологических элементов состоит ксилема.
- Трахеиды
- Сосуды
- Древесинные волокна (либриформ)
- Паренхимные клетки (древесинная паренхима)
Эволюционно наиболее древние структуры. Представлены прозенхимными (вытянутые, с заостренными концами), мертвыми клетками. Через них осуществляется передвижение
и фильтрация растворов из нижележащей трахеиды в вышележащую. Их одревесневшая утолщенная клеточная стенка имеет разнообразные формы: пористую,
спиралевидную, кольчатую.
Длинные трубки, представляющие собой слияние отдельных мертвых клеток “члеников” в единый “сосуд”. Ток жидкости идет из нижележащих отделов в вышележащие
благодаря отверстиям (перфорациям) между клетками, составляющими сосуд. Так же, как и у трахеид, утолщения клеточных стенок у сосудов бывает самых разных форм.
Во время роста растения проводящие ткани также претерпевают морфологические изменения. Изначальная длина сосуда меняется, благодаря своему строению
он растягивается и обеспечивает ток воды и минеральных солей.
Полагают, что эволюционно эти волокна берут начало от трахеид. Они не проводят воду, имеют более узкий просвет и отличаются хорошо выраженной
клеточной стенкой, которая придает ксилеме механическую прочность.
Эти клетки составляет обкладку вокруг сосуда, имеют одревесневшие оболочки с порами, которым соответствуют окаймленная пора со стороны сосуда. То есть сюда из сосуда могут поступать органические вещества и формировать запасы, которые в дальнейшем пригодятся растению.
Флоэма (луб)
Образовавшиеся в результате фотосинтеза в листьях продукты необходимо доставить в те части растения, где есть потребность в питательных веществах: конусы нарастания,
подземные части, или “складировать” на будущее в семенах и плодах. Флоэма обеспечивает нисходящий ток органических веществ в растении, доставляя их по месту назначения. До 90% всех перемещаемых веществ по флоэме составляет углевод – дисахарид сахароза.
Эта ткань представлена ситовидными трубками, генез (от греч. genesis – происхождение) которых различается: первичная флоэма дифференцируется из прокамбия, вторичная
флоэма – из камбия. Несмотря на различия генеза, клеточный состав описанных тканей идентичен.
Разберемся с компонентами, которые входят в состав флоэмы:
- Ситовидные элементы
- Склеренхимные элементы (лубяные волокна)
- Паренхимные элементы (лубяная паренхима)
Это живые клетки, обеспечивающие основной транспорт. Особо стоит выделить ситовидные трубки, образованные множеством безъядерных клеток – “члеников”, соединенных в единую цепь. Между “члениками” имеются поперечные перегородки с порами, благодаря которым содержимое из вышележащих клеток поступает в нижележащие. Эти перегородки похожи на сито – вот откуда берется название ситовидных трубок 🙂
Клетки-спутницы (сопровождающие клетки) также заслуживают нашего особого внимания. Они примыкают к боковым стенкам ситовидных трубок, из этих клеток через перфорации (поры) АТФ
и нуклеиновые кислоты попадают в ситовидные трубки, создавая нисходящий ток. Таким образом, клетки-спутницы контролируют деятельность
ситовидных трубок.
Пронизывают флоэму, придавая ей опору. Часть клеток отмирает, что характерно для данной группы тканей.
Обеспечивают радиальный транспорт веществ из проводящих тканей в рядом расположенные живые клетки других прилежащих тканей.
По мере старения ситовидные трубки закупориваются каллозой (образующей так называемое мозолистое тело) и затем отмирают.
Отмершие ситовидные трубки постепенно сплющиваются давящими на них соседними живыми клетками.
Ниже вы найдете продольный срез тканей растения, изучите его.
Жилка
Это сосудисто-волокнистый пучок, образованный ксилемой и флоэмой. Ксилема располагается сверху, флоэма – снизу. Над пучком и под ним располагаются уголковая или пластинчатая
колленхима, прилежащая к эпидерме и выполняющая опорную функцию. Склеренхима может располагаться участками или вокруг этих жилок. Жилки развиваются из прокамбия,
располагаются в центральном осевом цилиндре. Существует два вида жилок:
- Открытые
- Закрытые
Ключевой момент: между ксилемой и флоэмой располагается прослойка камбия. Этот факт обуславливает возможность образования дополнительного объема
ксилемы и флоэмы в будущем, для дальнейшего роста и увеличения в объеме пучка. Без камбия невозможно было бы утолщения органа. Такие пучки можно
обнаружить во всех органах двудольных растений.
Основное отличие в том, что между ксилемой и флоэмой отсутствует камбий. Невозможно образования новых элементов проводящих тканей, ксилемы и флоэмы.
Закрытые сосудисто-волокнистые пучки встречаются в стеблях однодольных растений.
Верхняя часть жилки представлена ксилемой, нижняя флоэмой. Вокруг пучка в виде кольца располагается механическая ткань
– склеренхима. Над пучком и под ним механическая ткань – колленхима – выполняет опорную функцию.
Как вода поднимается от корней к листьям, против силы тяжести?
Запомните, что вода и растворенные в ней минеральные соли поступают в растение благодаря слаженной работе двух концевых двигателей: нагнетающего корневого и
присасывающего листового.
- Корневое давление
- Транспирация
Силу, поднимающую воду вверх по сосудам, называют корневым давлением. Величина его обычно составляет от 30 до 150 кПа. В основе этого явления лежит осмос:
клетки корня выделяют минеральные и органические вещества в сосуды, что создает более высокое давление, чем в почвенном растворе, и последний начинает притягиваться
в сосуды.
Работа верхнего концевого двигателя заключается в транспирации – испарении воды с поверхности листа. Представим себе длинный сосуд с жидкостью от корневых
волосков до клеток листа. Далее проведите следующий мысленный эксперимент: из верхнего конца трубки жидкость все время удаляется путем испарения, то есть место
освобождается и это создает притягивающую силу для жидкости расположенной ниже, она поднимается наверх, на место испарившейся жидкости.
Присасывающее действие транспирации передается корням в форме гидродинамического натяжения, которое связывает между собой работу обоих двигателей.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Источник
Биология, 6 класс
Урок 7. Передвижение веществ у растений
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке
- На уроке будут раскрыты особенности передвижения воды, минеральных и органических веществ в растении.
- Сформировано представление о биологическом значении транспорта веществ для растения.
- Более подробно изучены проводящие ткани.
Тезаурус
Проводящая ткань – вид тканей растений, служащих для передвижения по организму растворённых питательных веществ. У многих высших растений она представлена проводящими элементами (сосудами и ситовидными трубками).
Сосуды (трахеи) – длинные трубки, образованные одним рядом мёртвых клеток со сквозными отверстиями на поперечных стенках, по которым происходит передвижение веществ из корней в другие органы растений (восходящий ток веществ).
Ситовидные трубки – удлинённые живые клетки, по которым органические вещества передвигаются из листьев в другие органы растений (нисходящий ток веществ).
*Луб – проводящая ткань растений, в состав которой входят ситовидные трубки и другие виды клеток.
*Древесина – проводящая ткань растений, состоящая из сосудов и других видов клеток.
Основная и дополнительная литература по теме урока
- Биология. 5 – 6 класс. Линия жизни / В. В. Пасечник, С. В. Суматохин, Г. С. Калинова, Г. Г. Швецов, З. Г. Гапонюк. – М.: Просвещение, 2018.
- Биология в схемах и таблицах / А. Ю. Ионцева, А. В. Торгалов.
- Введение в биологию. Неживые тела. Организмы: учеб. для уч – ся 5 – 6 кл. общеобразоват. учеб. заведений / А. И. Никишов. – М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2012.
- Биология. Живой организм. 5 – 6 классы: учебник для общеобразовательных учреждений с приложением на электронном носителе / Л. Н. Сухорукова, В. С. Кучменко, И. Я. Колесникова. – М.: Просвещение, 2013.
- Биология. Обо всем живом. 5 класс: учебник / С. Н. Ловягин, А. А. Вахрушев, А. С. Раутиан. – М.: Баласс, 2014.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
На сегодняшнем уроке мы продолжим изучение процессов жизнедеятельности живых организмов и познакомимся с тем, как осуществляется транспорт веществ.
Вы уже знаете, что в живых организмах происходят сложные процессы, в результате которых образуются разнообразные вещества. Обычно эти вещества могут передвигаться внутри клетки от одного органоида к другому или же между клетками одного организма, переходя от одной клетки к другой.
Вода с минеральными веществами поступает в растение из почвы через корневые волоски. Затем по клеткам коры этот раствор поступает в сосуды проводящей ткани, которые находятся в центральном цилиндре корня. Сосуды – это длинные трубки, которые образуются из многих клеток, поперечные стенки между которыми разрушаются, а внутреннее содержимое отмирает. Таким образом, сосуды – мертвые проводящие элементы. По сосудам, благодаря действию ряда факторов, вода и растворённые в ней вещества передвигаются по стеблю к листьям. Это направление движения растворов получило название восходящий поток веществ.
Органические вещества транспортируются от листьев по стеблю в направлении корневой системы. Передвижение этих веществ происходит сначала по ситовидным трубкам листа, а потом стебля. Ситовидные трубки – это живые клетки, поперечные стенки которых имеют много отверстий и похожи на сито. Отсюда и название этих проводящих элементов. Поток органических веществ по ситовидным трубкам от листа ко всем органам называют нисходящим.
Таким образом, восходящий поток обеспечивает транспорт неорганических веществ по сосудам, а нисходящий поток – транспорт органических веществ по ситовидным трубкам.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля
Задание 1. Закончите фразу.
Передвижение веществ в растении обеспечивает____________________.
В образовании органических веществ принимает участие__________________.
Варианты ответов:
- Проводящая ткань
- Образовательная ткань
- Фотосинтезирующая ткань
- Покровная ткань
- Механическая
- Запасающая
Правильный вариант ответа:
Передвижение веществ в растении обеспечивает проводящая ткань.
В образовании органических веществ принимает участие фотосинтезирующая ткань.
Разбор типового контрольного задания
Задание 2. Заполните таблицу.
Поливаем растения правильно | Как не следует поливать растения |
Варианты ответов:
- Поливать водой комнатной температуры
- Рыхление почвы после полива
- Соблюдать режим полива, учитывая экологические характеристики растения
- Поливать можно любые растения 1 раз в день
- Воду из-под крана необходимо отстаивать
- Почву после полива не рыхлить
- Поливать водой из-под крана сразу
- Поливать нужно холодной водой
Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):
Поливаем растения правильно | Как не следует поливать растения |
|
|
Источник
Водный обмен растений.
Водный ток обеспечивает связь между отдельными органами. Насыщенность
клеток водой – тургор – обеспечивает прочность тканей и транспорт
питательных веществ по растению.
По растению вода передвигается из области с высоким водным потенциалом (из почвы) в область с
низким водным потенциалом (атмосфера) по градиенту водного потенциала.
Непрерывный водный ток растения начинается с поглощения воды
поверхностью корней, проходит через все растение и заканчивается на
испаряющейся поверхности листьев.
Водообмен растений складывается из трех
этапов:
1.
1.
Поглощение
воды корнем
2.
2.
Передвижение
по сосудам
3.
3.
Испарение
воды листьями
Поглощение воды корнями.
Вода и минеральные
вещества поглощаются клетками эпидермиса корня в зоне поглощения. Вода
поступает в клетки корня за счет осмотических сил, переходя из участков с
высоким водным потенциалом в почве в участки с более низким водным потенциалом
в клетках корня.
В корне также существует градиент водного потенциала. Он высокий в
корневых волосках и низкий в клетках, примыкающих к ксилеме..
Поэтому вода проходит через корневые волоски к ксилеме, а затем
передвигается вверх по растению.
Градиент водного потенциала поддерживается за счет того, что
осмотическое давление в ксилемном соке выше, чем в
разбавленном почвенном растворе.
Сосущая сила сосудов ксилемы выше, чем у окружающих клеток, поэтому в
них развивается гидростатическое давление – корневое давление. Оно
обеспечивает поднятие ксилемного раствора из корня
вверх по растению в надземные части. Механизм поднятия воды по растению
вследствие развивающегося корневого давления называется нижним концевым
двигателем. Примером нижнего концевого двигателя служит «плач
растений». Весной у деревьев с нераспустившимися листьями через надрезы
ствола выделяется ксилемная жидкость. У вегетирующих
растений при удалении стебля из пенька долго выделяется ксилемный
сок или пасока. Другим примером нижнего концевого двигателя служит гуттация.
При высокой влажности воздуха в результате деятельности нижнего концевого
двигателя выделяется капельно-жидкая влага на концах листьев, как, например, у комнатного растения монстеры.
1.
2.
Передвижение воды по сосудам.
От корней вверх по растению вода
поднимается по ксилеме. Сосуды ксилемы – это мертвые трубки с узким
просветом
Согласно теории
сцепления (когезии) подъем воды от корня
обусловлен испарением воды из клеток листа. Испарение приводит к снижению
водного потенциала клеток мезофилла листа, примыкающихх
к ксилеме. Вода входит в эти клетки из ксилемного
сока и испаряется через устьица..
Сосуды ксилемы заполнены водой и по мере того, как вода выходит из
сосудов, в столбе воды от корня к листьям создается натяжение. Оно передается
вниз по стеблю на всем пути от листа к корню благодаря сцеплению молекул воды
– когезии. Сцепление молекул воды происходит за
счет их электрических сил и удерживается за счет водородных связей.
Молекулы воды
также прилипают к стенкам сосудов за счет адгезии. Это препятствует
образованию в сосудах ксилемы
образованию полостей, заполненных воздухом и парами воды, что облегчает
натяжение водного столба и транспорт воды.
В результате высокой когезии молекул воды натяжение водного столба настолько
велико, что может тянуть весь столб воды вверх, создавая массовый поток.
2.
3.
Испарение воды листьями.
По сосудам ксилемы вода поступает вверх
от корня к листьям, где испаряется через устьица листа. Процесс испарения воды
называется транспирацией.
Транспирация слагается из 2 процессов:
1.
1.
Передвижение
воды из листовых жилок в поверхностные слои стенок клеток мезофилла.
2.
2.
Испарение
воды из клеточных стенок в межклеточные пространства с
последующей диффузией в атмосферу через устьица (устьичная
или кутикулярная транспирация).
Испарение происходит
за счет того, что водный потенциал в клетках листа и межклетниках выше, чем в
атмосферном воздухе. В межклетниках воздух насыщен водой наполовину, а водный
поток межклетников уравновешен с водным потенциалом окружающих клеток. Поэтому
молекулы воды покидают растения, перемещаясь в сторону более низкого водного
потенциала в атмосферный воздух..
В результате потери
воды клетками в них снижается водный потенциал и возрастает сосущая сила. Это
приводит к усилению поглощения воды клетками листа из ксилемы жилок и
поступлению воды из корня в листья. Этот механизм поступления воды называется верхним
концевым двигателем. Он обеспечивает передвижение воды вверх по растению, а
создается и поддерживается высокой сосущей силой транспирирующих
клеток мезофилла. Чем активнее транспирация, тем больше сила верхнего концевого
двигателя.
Источник