Сосуды растения по которым передвигается вода
У этого термина существуют и другие значения, см. Сосуд.
Сосу́ды (трахеи) — проводящие элементы ксилемы, представляющие собой длинные полые трубки, образованные одним рядом клеток (члеников) со сквозными отверстиями (перфорациями) на поперечных стенках, по которым происходит массовое передвижение веществ.
Строение[править | править код]
Сосуды растений (трахеи) состоят из многих клеток, которые называются члениками сосуда. Членики расположены друг над другом, образуя длинную полую трубку. Поперечные перегородки между члениками растворяются, и возникают перфорации (сквозные отверстия). По таким полым трубкам растворы передвигаются значительно легче, чем по трахеидам. Каждый сосуд может состоять из огромного числа члеников, поэтому средняя длина сосудов — несколько сантиметров (иногда до 1 м и больше). Самые совершенные сосуды состоят из широких коротких члеников, диаметр которых превышает длину, а в перфорационных пластинках имеется одно крупное отверстие (простая перфорация). Сосуды менее специализированные состоят из более длинных и узких члеников, поперечные стенки между которыми наклонены. Перфорационные пластинки имеют несколько отверстий, расположенных друг над другом (лестничная перфорация) или в беспорядке (сетчатая перфорация).
Развитие сосуда[править | править код]
Членики сосуда образуются из продольного ряда клеток и вначале представлены расположенными друг над другом живыми паренхимными тонкостенными клетками, полость которых заполнена цитоплазмой с крупным ядром.
Первичная оболочка члеников сосудов состоит из микрофибриллярной фазы и матрикса, заполняющего промежутки между пространственно организованными микрофибриллами целлюлозы. В оболочке молодых члеников сосуда преобладают компоненты матрикса и вода. В связи с этим они могут удлиняться и разрастаться в ширину, протопласт вакуолизируется и занимает постенное положение.
Ещё до завершения роста начинается отложение слоёв вторичной оболочки. Каждый из слоёв отличается направлением ориентации микрофибрилл, характерным для данного типа элементов ксилемы. В тех участках первичной оболочки, где позднее образуются перфорации, вторичная оболочка не откладывается, но за счёт разбухания пектинового вещества межклеточной пластинки эти участки несколько утолщаются.
В самых ранних по времени образования трахеальных элементах вторичная оболочка может иметь форму колец, не связанных друг с другом (кольчатые сосуды). Позднее появляются трахеальные элементы со спиральными утолщениями, затем с лестничными утолщениями (сосуды с утолщениями, которые могут быть охарактеризованы как плотные спирали, витки которых связаны между собой).
Сосуды с относительно небольшими округлыми участками первичной оболочки, не прикрытыми изнутри вторичной оболочкой, называют пористыми.
Вторичная оболочка, а иногда и первичная, как правило, лигнифицируются, то есть пропитываются лигнином. Это придает им дополнительную прочность, но ограничивает возможности дальнейшего роста органа в длину. Одновременно с одревеснением боковых клеток сосуда идет процесс разрушения поперечных стенок между члениками: они ослизняются и постепенно исчезают. Так формируется перфорация. Вокруг перфорации всегда сохраняется остаток продырявленной стенки в виде ободка (перфорационный поясок).
После образования перфорации протопласт отмирает, его остатки в виде бородавчатого слоя выстилают стенки трахеальных элементов (трахеид и члеников сосудов). В результате последовательных структурных изменений формируется сплошная полая трубка сосуда, полость которой заполняется водой.
Механизм действия[править | править код]
Механизм поступления воды в трахеальные элементы и проведения её ко всем частям растения сложен. Основная масса воды поступает в растение через корневые волоски. В силу т. н. корневого давления вода проходит к водопроводящим элементам корня, поднимается к листьям и испаряется с их поверхности наружу через устьица (транспирация).
Сосуды заполнены водой. По мере того, как вода движется по сосудам, в столбе воды создаётся натяжение. Оно передаётся вниз по стеблю на всём пути от листа к корню благодаря сцеплению (когезии) молекул воды. Молекулы стремятся «прилипнуть» друг к другу в силу своей полярности, а затем удерживаются вместе за счёт водородных связей. Кроме того, они стремятся прилипнуть к стенкам сосудов под действием сил адгезии. Натяжение в сосудах ксилемы достигает такой силы, что может тянуть весь столб воды вверх, создавая массовый поток. При этом прочность стенкам обеспечивают целлюлоза и лигнин.
Литература[править | править код]
- Атлас по анатомии растений: учеб. пособие для вузов / Бавтуто Г. А., Ерёмин В. М., Жигар М. П.. — Мн.: Ураджай, 2001. — 146 с. — (Учеб. и учеб. пособия для вузов). — ISBN 985-04-0317-9.
Источник
Хотя представители флоры могут абсорбировать воду всеми частями тела, основным её источником является почва. Но как она попадает от корня к вершине дерева, высотой с десятиэтажный дом? У растений нет мышц, они не могут качать жидкость по системе кровообращения. Тем не менее, вода движется по растениям вверх через клеточные стенки между протопластом клеток, через плазмодесмы (цитоплазматические мостики), через плазматические мембраны, а также через соединённые между собой проводящие элементы, распространённые по всему растению.
Сначала вода входит в корни, потом перемещается по ксилеме – внутренней проводящей ткани растения. Она поднимается, преодолевая силу тяжести Земли, благодаря двум двигателям: нижнему – корневому давлению и верхнему – испарению воды, и покидает растение в парообразном состоянии главным образом через устьица листьев (транспирация).
Большую часть пути наверх молекулы воды проходят по ксилеме. Например, по проводящим путям секвойи раствор может подниматься на высоту до 100 м. Главная роль в передвижении воды вверх принадлежит притягивающей силе, возникающей в результате испарения. При этом молекулы воды сцепляются водородными связями и движутся по стенкам трахеид и сосудов ксилемы (адгезия).
Части растения, участвующие в подъёме воды
Осмос усиливается аквапоринами
Вода в корневую систему поступает в зоне всасывания, через корневые волоски. Механизмы проникновения её в клетки подчиняются общим законом транспорта воды через плазмалемму. Если одиночную клетку поместить в воду, то концентрация ионов внутри ячейки будет больше, чем снаружи неё. И вода станет двигаться в клетку путём осмоса.
Однако скорость осмоса через мембрану ограничена. Долгое время учёные не могли понять, как вода может двигаться быстрее, чем предусматривает скорость осмоса. Теперь мы знаем, что осмос усиливается мембранными водными каналами, которые формируют интегральные мембранные протеины, называемые аквапоринами. Эти каналы есть в клетках животных и растений. Они проходят через мембраны вакуолей и клеточные мембраны и обеспечивают объёмный поток жидкостей.
Мембранные водные каналы ускоряют движение воды по ксилеме, обеспечивают постоянство водного баланса клетки, но они не способны изменить направление потока.
Вода движется по растениям вверх благодаря разности собственного потенциала
Направленное движение воды через плазмалемму обеспечивает разность потенциалов воды в корне и на поверхности устьиц. Потенциал воды – это вид свободной энергии. Именно градиент водного потенциала является решающей силой в определении направления движения жидкости. Жидкость движется от места большей концентрации к тому месту, где она меньше. Потенциал воды измеряется в единицах, называемых мегапаскалями (МПа).
Корневое питание растения
Как образуется водный потенциал?
Клеточные стенки сдерживают внутреннее давление клетки, когда вода наполняет её. Если клетку поместить в гипертонический раствор (с очень высокой концентрацией сахарозы), вода будет выходить из клетки, а клеточное давление упадёт. Клеточная мембрана отходит от клеточной стенки по мере уменьшения объёма клетки. Когда давление падает до 0, большинство растений вянут.
Тургор и плазмолиз в клетке растений
Изменение размера тургора можно предсказать путём вычисления потенциала воды в клетке и окружающем растворе. Водный потенциал имеет две составляющие:
- физические силы, такие как гравитация и давление на клеточную стенку;
- концентрация растворённого вещества внутри клетки и снаружи.
Вода всегда движется в направлении более низкого потенциала воды. Например, водопад движется вниз, потому что гравитация является для него основным фактором, а потенциал в нижней части водопада ниже, чем в верхней.
На уровне клетки вклад гравитации в потенциал воды настолько мал, что обычно не входит в расчёты, если не рассматривать очень высокое дерево. Тургорное давление (давление на клеточные стенки) называется потенциалом давления. Как только увеличивается тургор, увеличивается и потенциал давления.
Концентрация растворённых веществ также определяет потенциал воды и называется потенциалом растворённого вещества. В чистой воде он нулевой. Когда в ней растворяют вещества, молекулы воды образуют с ними водородные связи. Становится меньше свободных молекул воды, что уменьшает водный потенциал. Раствор с большей концентрацией веществ имеет меньший потенциал.
Общий водный потенциал растительной клетки – это сумма потенциала её давления и потенциала растворённого вещества. Когда общий потенциал энергии воды внутри и снаружи клетки одинаковый, то вода не движется.
Источник
- ГДЗ к учебнику Пасечника 6 класс
- ГДЗ к рабочей тетради Пасечника 6 класс
- Все рабочие тетради (главная страница сайта)
Вопросы в начале параграфа
1. Какие типы проводящей ткани в стебле вы знаете?
К проводящей ткани относятся ситовидные трудки луба стебля, по которым перемещаются растворы органических веществ, а также клетки сосудов древесины.
2. Каковы особенности строения клеток этих тканей?
Ситовидные клетки — это вертикальный ряд вытянутых живых клеток, у которых поперечные стенки пронизаны отверстиями словно у сита. Ядра в этих ситовидных клетках разрушены, а цитоплазма примыкает к оболочке.
Сосуды древесины представляют собой длинные трубки, созданные из ряда слившихся воедино клеток.
3. Что такое корневое давление?
Корневое давление — это процесс, происходящий в проводящих сосудах корней растений. Благодаря корневому давлению вода и растворённые в ней минеральные вещества поднимаются вверх от корны к другим частям растения.
Лабораторные работы
Лабораторная работа: Передвижение воды и минеральных веществ по стеблю
1. Рассмотрите поперечный срез побега липы или какого-либо другого древесного растения, простоявшего 2—4 суток в подкрашенной воде. Установите, какой слой стебля окрасился.
Окрасилась древесина стебля
2. Рассмотрите продольный срез этого побега. Укажите, какой слой стебля окрасился. На основании проведённых наблюдений сделайте вывод.
Окрасилась древесина стебля, а точнее сосуды древесины, по которым перемещаются вода и растворённые в ней минеральные вещества. То есть в данном опыте краситель, растворенный в воде прошел теми же путями, что и минеральные вещества, перемещающиеся по стеблю.
3. Прочитайте в учебнике, в чём особенности клеток, по которым передвигаются вода и минеральные соли.
Сосуды стебля состоят из длинных тонкостенных трубок. Эти трубки формируются из длинного вертикального ряда коротких клеток — члеников сосуда, которые соединяются за счёт растворения перегородок между ними.
4. Зарисуйте срезы.
5. Сделайте выводы об особенностях передвижения воды и минеральных веществ по стеблю.
Вода и минеральные вещества поднимаются от корня вверх к другим частям растения по сосудам, расположенным в древесине стебля растения.
Вопросы в конце параграфа
1. Что такое сосудистые пучки? Какую функцию они выполняют?
Сосудистые пучки, или сосудисто-волокнистые пучки, это группа проходящих рядом сосудов и окруженных прочными волокнами механической ткани.
По сосудисто-волокнистым пучкам вода с растворёнными в ней минеральными солями поднимается от корня вверх к другим частым растения.
2. Какой опыт доказывает, что вода с минеральными веществами передвигается по сосудам древесины?
Опыт, подтверждающий что вода с минеральными веществами передвигается по сосудам древесины проводится следующим образом:
- Возьмём сосуд с водой и подкрасим воду в нём цветными чернилами.
- Поставим в сосуд с подкрашенной водой побег какого-либо растения.
- Посмотрим поперечный срез поставленного в воду побега через 2 — 4 суток.
Результат опыта: древесина ствола побега окрасилась в цвет использованных чернил.
Вывод: Растворы веществ, как и подкрашенная вода поднимаются от корня вверх внутри стебля по сосудам древесины.
3. Почему вода непрерывно поднимается вверх по сосудам стебля?
Вода поднимается вверх по сосудам стебля непрерывно благодаря процессу корневого давления и испарению: корневое давление подталкивает воду от корней вверх, а в процессе испарения в листьях и стеблях освобождается пространство для новых порций воды.
4. На каком опыте можно убедиться, что органические вещества передвигаются по ситовидным трубкам луба?
Опыт, подтверждающий, что органические вещества передвигаются по ситовидным трубкам луба проводится следующим образом:
- На стебле комнатного растения (фикуса, драцены и т.д.) сделать кольцевой надрез.
- Удалить с поверхности стебля кольцо коры и обнажить древесину.
- На стебле укрепить стеклянный цилиндр с водой.
Результат опыта: На стебле среза образовалась раневая пробка, а потом — кольцеобразный наплыв, заживляющий рану. Затем из наплыва начали образовываться придаточные корни.
Вывод: После срезания колька коры со стебля у растения были перерезаны ситовидные трубки луба и органические вещества, идущие от листьев в нижние части растения, стали накапливаться на кромке надреза. Получив увеличенное количество питательных веществ, клетки стебля со срезанной корой начали активно делиться и образовали наплыв, а затем и новые придаточные корни, позволяющие растению восстановить нормальную жизнедеятельность.
5. Где запасаются органические вещества у разных растений?
Запас органических веществ у разных растений может образовываться:
- в клетках плодов и семян;
- в клетках корней, стеблей и их видоизменений (в корнеплодах, клубнях, луковицах и т.д.);
- в сердцевине и древесине стебля (например, у деревьев и кустарников).
Подумайте
Могут ли знания о передвижении питательных веществ в растениях помочь управлять их развитием? Если да, приведите примеры.
Да, знания о передвижении питательных веществ могут помочь управлять их развитием. Например, если обрезать боковые побеги у винограда или томата, то плоды на оставшихся ветках начинают получать большее количество органических веществ. Это позволяет увеличить урожайность растения и ускорить время созревания плодов.
Задания
Для подготовки к изучению прорастания семян возьмите четыре стакана или небольшие стеклянные банки и поместите в них одинаковое количество семян огурцов, фасоли, зерновок овса или пшеницы. В первом стакане семена оставьте сухими. Во второй на дно налейте немного воды и поставьте в тёплое место. Третий стакан до краёв наполните кипячёной водой и накройте его стеклом. В четвёртый стакан налейте немного воды (как во второй), но поставьте его на холод, например в холодильник, или закопайте в снег. Наблюдайте, что произойдёт с семенами в каждом стакане. Во всех ли стаканах и все ли семена проросли? Сделайте вывод, какие условия необходимы для прорастания семян. Свои наблюдения и вывод запишите.
- В первом стакане (семена оставлены сухими) семена не проросли потому, что у семян не было достаточно влаги.
- Во втором стакане (с малым количеством воды в тёплом месте) семена хорошо проросли потому, что у семян было достаточно и воздуха, и влаги, и тепла.
- В третьем стакане (много воды с крышкой) семена не проросли потому, что у них был переизбыток влаги и недостаток воздуха. Семена задохнулись.
- В четвёртом стакане (немного воды и в холодном месте) семена не проросли потому, что им не хватило тепла. Семена могут прорастать только при определённой температуре воздуха, причем для каждого растения существуют свои идеальные условия.
Вывод: Для успешного прорастания семян необходимо обеспечить их достаточным количеством воздуха, влаги и комфортной температурой окружающей среды.
Задания для любознательных
Наблюдайте за образованием наплыва и придаточных корней на одревесневших побегах комнатных растений, повторив опыт, изображённый на рисунке 83. Посадив побег с корнями в почву, наблюдайте за развитием растения из укоренившегося побега.
Словарик
Сосудистые пучки — это группа сосудов растения (проводящая ткань) окруженная прочными волокнами механической ткани.
- ГДЗ к учебнику Пасечника 6 класс
- ГДЗ к рабочей тетради Пасечника 6 класс
- Все рабочие тетради (главная страница сайта)
Источник
- главная
- люди
- Петя Кантроп
Основные двигатели водного тока
Поглощение воды корневой системой идет благодаря работе двух концевых двигателей водного тока: верхнего концевого двигателя, или присасывающей силы испарения (транспирации), и нижнего концевого двигателя, или корневого двигателя. Основной силой, вызывающей поступление и передвижение воды в растении, является присасывающая сила транспирации, в результате которого возникает градиент водного потенциала. Водный потенциал – это мера энергии, используемой водой для передвижения. Водный потенциал и сосущая сила одинаковы по абсолютному значению, но противоположны по знаку. Чем меньше насыщенность водой данной системы, тем меньше (более отрицателен) ее водный потенциал. При потере воды растением в процессе транспирации создается ненасыщенность клеток листа водой, как следствие, возникает сосущая сила (водный потенциал падает). поступление воды идет в сторону большей сосущей силы, или меньшего водного потенциала.
Таким образом, верхний концевой двигатель водного тока в растении – это присасывающая сила транспирации листьев, и его работа мало связана с жизнедеятельностью корневой системы. Действительно, опыты показали, что вода может поступать в побеги и через мертвую корневую систему, причем в этом случае поглощение воды даже ускоряется.
Кроме верхнего концевого двигателя водного тока, в растениях существует нижний концевой двигатель. Это хорошо доказывается на примере таких явлениях, как гуттация.
Листья растений, клетки которых насыщены водой, в условиях высокой влажности воздуха, препятствующей испарению, выделяют капельно-жидкую воду с небольшим количеством растворенных веществ – гуттация. Выделение жидкости идет через специальные водные устьица – гидаторы. Выделяющаяся жидкость – гутта. Таким образом, процесс гуттации является результатом одностороннего тока воды, происходящего в отсутствие транспирации, и, следовательно, вызывается какой-то иной причиной.
К такому же выводу можно прийти и при рассмотрении явления плач растений. Если срезать побеги растения и к срезанному концу присоединить стеклянную трубку, то по ней будет подниматься жидкость. Анализ показывает, что это вода с растворенными веществами – пасока. В некоторых случаях, особенно в весенний период, плач наблюдается и при надрезе веток растений. Определения показали, что объем выделяющейся жидкости (пасоки) во много раз превышает объем корневой системы. Таким образом, плач – это не просто вытекание жидкости в результате пореза. Все сказанное приводит к выводу, что плач, как и гуттация, связана с наличием одностороннего тока воды через корневые системы, не зависящего от транспирации. Силу, вызывающую односторонний ток воды по сосудам с растворенными веществами, не зависящую от процесса транспирации, называют корневым давлением. Наличие корневого давления позволяет говорить о нижнем концевом двигателе водного тока. Корневое давление можно измерить, присоединив манометр к концу, оставшемуся после срезания надземных органов растения, или поместив корневую систему в серию растворов различной концентрации и подобрав такую, при которой плач прекращается. Оказалось, что корневое давление равняется примерно 0,1 – 0,15 МПа (Д.А.Сабинин). Определения, проведенные советскими исследователями Л.В.Можаевой, В.Н.Жолкевичем, показали, что концентрация наружного раствора, останавливающего плач, значительно выше концентрации пасоки. Это позволило высказать мнение, что плач может идти против градиента концентрации. Было показано также, что плач осуществляется только в тех условиях, в которых нормально протекают все процессы жизнедеятельности клеток. Не только умерщвление клеток корня, но и снижение интенсивности их жизнедеятельности, в первую очередь интенсивность дыхания, прекращает плач. В отсутствии кислорода, под влиянием дыхательных ядов, при понижении температуры плач приостанавливается. Все сказанное позволило Д.А.Сабинину дать следующее определение: плач растений – это прижизненный односторонний ток воды и питательных веществ, зависящий от аэробной переработки ассимелятов. Д.А.Сабинин предложил схему, объясняющую механизм одностороннего тока воды в корне. Согласно этой гипотезе, клетки корня поляризованы в определенном направлении. Это проявляется в том, что в разных отсеках одной и той же клетки процессы обмена веществ различны. В одной части клетки идут усиленные процессы распада, в частности, крахмала на сахара, вследствие чего концентрация клеточного сока возрастает. На противоположном конце клетки преобладают процессы синтеза, благодаря чему концентрация растворенных веществ в этой части клетки уменьшается. Надо учитывать, что все эти механизмы будут работать только при достаточном количестве воды в среде и не нарушенном обмене веществ.
Согласно другой гипотезе, зависимость плача растений от интенсивности дыхания является косвенной. Энергия дыхания используется для поступления ионов в клетки коры, откуда они десорбируются в сосуды ксилемы. В результате концентрация солей в сосудах ксилемы повышается, что и вызывает поступление воды.
Передвижение воды по растению
Вода, поглощенная клетками корня, под влиянием разности водных потенциалов, которые возникают благодаря транспирации, а также силе корневого давления, передвигается до проводящих путей ксилемы. Согласно современным представлениям, вода в корневой системе передвигается не только по живым клеткам. Еще в 1932 г. немецкий физиолог Мюнх развил представление о существовании в корневой системе двух относительно не зависимых друг от друга объемов, по которым передвигается вода, – апопласта и симпласта. Апопласт – это свободное пространство корня, в которое входят межклетные промежутки, оболочки клеток, а также сосуды ксилемы. Симпласт – это совокупность протопластов всех клеток, отграниченных полупроницаемой мембраной. Благодаря многочисленным плазмодесмам, соединяющим между собой протопласт отдельных клеток, симпласт представляет единую систему. Апопласт, по-видимому, не непрерывен, а разделен на два объема. Первая часть апопласта расположена в коре корня до клеток эндодермы, вторая – по другую сторону клеток эндодермы, и включает в себя сосуды ксилемы. Клетки эндодермы благодаря пояскам Каспари представляют как бы барьер для передвижения воды по свободному пространству (межклетникам и клеточным оболочкам). Для того чтоб попасть в сосуды ксилемы, вода должна пройти через полупроницаемую мембрану и главным образом по апопласту и лишь частично по симпласту. Однако в клетках эндодермы передвижение воды идет, по-видимому, по симпласту. Далее вода поступает в сосуды ксилемы. Затем передвижение воды идет по сосудистой системе корня, стебля и листа.
Из сосудов стебля вода движется через черешок или листовое влагалище в лист. В листовой пластинке водопроводящие сосуды расположены в жилках. Жилки, постепенно разветвляясь, становятся более мелкими. Чем гуще сеть жилок, тем меньшее сопротивление встречает вода при передвижении к клеткам мезофилла листа. Иногда мелких ответвлений жилок листа так много, что они подводят воду почти к каждой клетке. Вся вода в клетке находится в равновесном состоянии. Иначе говоря, в смысле насыщенности водой, имеется равновесие между вакуолью, цитоплазмой и клеточной оболочкой, их водные потенциалы равны. Вода передвигается от клетки к клетке благодаря градиенту сосущей силы.
Вся вода в растении представляет единую взаимосвязанную систему. Поскольку между молекулами воды имеются силы сцепления (когезия), вода поднимается на высоту значительно большую 10 м. сила сцепления увеличивается, так как молекулы воды обладают большим сродством друг к другу. Силы сцепления обладают и между водой и стенками сосудов.
Степень натяжения водных нитей в сосудах зависит от соотношения процессов поглощения и испарения воды. Все это позволяет растительному организму поддерживать единую водную систему и не обязательно восполнять каждую каплю испаряемой воды.
В том случае, если в отдельные членики сосудов попадает воздух, они, по-видимому, выключается из общего тока проведения воды. Таков путь передвижения воды по растению (рис. 1).
Рис. 1. Путь воды в растении.
Скорость перемещения воды по растению в течение суток изменяется. В дневные часы она на много больше. При этом разные виды растений различаются по скорости передвижения воды. Изменение температуры, введение метаболических ингибиторов не влияют на передвижение воды. Вместе с тем этот процесс, как и следовало ожидать, очень сильно зависит от скорости транспирации и от диаметра водопроводящих сосудов. В более широких сосудах вода встречает меньшее сопротивление. Однако надо учитывать, что в более широкие сосуды могут попасть пузырьки воздуха или произойти какие-либо иные нарушения тока воды.
Видео: Движение воды и органических веществ по стеблю.
<iframe src=”https://www.youtube.com/embed/OfkoOseoD8E” frameborder=”0″ width=”420″ height=”315″></iframe>
Источник