Передвижение воды у цветковых растений
Вода, находящаяся в растении, непосредственно контактирует с водой почвы и с парами воды в окружающем растение воздухе. Она движется от более высокого водного потенциала к более низкому, поэтому вода передвигается по растению из области с высоким водным потенциалом (т.е. из почвы) в область с более низким водным потенциалом (т.е. в атмосферу) в соответствии с градиентом водного потенциала. Водный потенциал в умеренно влажном воздухе на несколько десятков тысяч килопаскалей ниже, чем в растении; отсюда и большее стремление воды выходить из растения.
Основная масса воды поступает в растение через корневые волоски. Вода проходит через кору корня в ксилему, поднимается по ксилеме к листьям и испаряется с поверхности клеток мезофилла, а затем диффундирует наружу через устьица. Последний процесс называется транспирацией, а поток воды из корня к транспирирующей поверхности - транспирационным током. Установлено, что растение в среднем использует менее 1% поглощённой им воды ( 0,2% часто). Из всего количества воды, проходящей по растению, только 0,2% задерживается в нём и идёт на построение органического вещества. 99,8% поглощённой воды испаряется. Чтобы создать 1г сухого вещества, растение должно пропустить через себя сотни граммов воды. Разные растения будут отличаться в этом отношении друг от друга.
Количество граммов воды, израсходованное растением в процессе транспирации при образовании 1г сухого вещества, называется транспирационным коэффициентом. Он равен 300 – 1000. Величина транспирационного коэффициента зависит от окружающих условий, от структуры растения и не может быть абсолютной.
Растения можно сравнивать также по продуктивности транспирации, под которой подразумевают количество граммов сухого вещества, образующегося при испарении 1л (1000г) воды. Обычно продуктивность транспирации выражается цифрами 3,4,5 и т.д.
Интенсивностью транспирации называется количество воды, испаряемой с 1кв.м листовой поверхности за 1 час. Она зависит от внешних условий: температуры, влажности, силы ветра, а также от строения организма, его защиты от испарения.
Лекция 3
Фотосинтез. Физиологические основы корневого питания растений
Фотосинтез
Механизм поглощения растениями элементов питания из почв
Избирательность поглощения ионов растениями. Физиологическая реакция солей
Фотосинтез
Высшие растения являются автотрофными организмами, т.е. они сами синтезируют органические вещества за счет минеральных соединений, в то время как для животных и подавляющего большинства микроорганизмов характерен гетеротрофный тип питания – использование органических веществ, ранее синтезированных другими организмами.
Высшие растения обитают одновременно в двух сферах: своими корнями они углубляются в почву, а стебли и листья простирают в атмосферу. Накопление сухого вещества растений происходит благодаря усвоению углекислого газа через листья (так называемое «воздушное питание»), а воды, азота и зольных элементов – из почвы через корни ( «корневое питание»). Поэтому принято различать воздушное и корневое питание растений. В действительности, однако, это единый процесс, ибо деятельность листового аппарата и корневой системы взаимосвязаны и не имеют возможности сколько – ни будь длительно осуществляться каждая в отдельности. Между надземной частью растения и его корнями идет интенсивный обмен веществами. И всякое нарушение его приводит к отрицательным последствиям, угнетению роста, падению продуктивности растения или даже его гибели.
Рост и развитие растений зависит, прежде всего, от их питания. Растения потребляют простейшие минеральные соединения (углекислый газ и несколько солей) и синтезируют в хлоропластах из них и воды с помощью солнечной энергии сложнейшие органические вещества. Благодаря этой особенности своего питания только растения способны в грандиозном масштабе усваивать кинетическую энергию солнечных лучей и накапливать ее в потенциальной энергии урожая.
Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. В первой фазе происходит фотолиз воды, т.е. разложение ее молекул с выделением в атмосферу кислорода. Идет обогащение воздуха кислородом. В процессе световой фазы образуются богатые энергией соединения, типа АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты. Накопленная в этой фазе энергия расходуется в тепловых реакциях фотосинтеза.
6СО2 +12Н2О+686 ккал = С6 Н12О6 +6 Н2О +6О2
В дальнейшем из простых углеводов, являющихся продуктом фотосинтеза, синтезируются более сложные органические соединения: крахмал, клетчатка, органические кислоты, жиры и другие соединения.
Интенсивность фотосинтеза, под которой понимают количество углекислоты, ассимилируемое 1 м2 листьев за 1 час, у многих культур при нормальных условиях составляет в пересчете на глюкозу 1 – 2 г, а в среднем около 1,3 г за 1 час. В целом, интенсивность фотосинтеза зависит от освещения, содержания углекислого газа в духе, обеспеченности растений водой и элементами минерального питания, потребляемыми корневой системой.
Если концентрация СО2 в воздухе, составляющая около 0,03 % (от объема), падает до 0,01 % фотосинтез приостанавливается. Повышение содержания СО2 в 30 раз (до 1%) и даже более усиливает ассимиляцию углекислоты растением.
Усваивая одну грамм – молекул СО2 растение запасают 112 ккал энергии. На протяжении одного светового дня в период наиболее интенсивного роста растения сахарной свеклы и картофеля на 1 га способны усвоить до 1т СО2 и синтезировать около 500 кг органических веществ ( при поверхности листьев до 50 тыс. м2 на 1 га).
Воздушное питание зеленых растении в земледелии пока в очень слабой степени поддается регулированию со стороны человека. Иначе обстоит дело с проблемой корневого питания.