4.1. Gospodarka wodna roślin

4.1 Gospodarka wodna roślin.

WODA i jej właściwości

• Jest jedną z najważniejszych i najbardziej rozpowszechnionych substancji na Ziemi.
• Odznacza się dobrym przewodnictwem cieplnym i wysokim ciepłem parowania, co zabezpiecza organizm przed przegrzaniem, umożliwia sprawną termoregulację.
• Ma dużą pojemność cieplną, chroniącą organizmy przed nagłymi skokami temperatur (wolno się nagrzewa i wolno ochładza).
• Ma wysokie napięcie powierzchniowe, co sprawia, że spełnia ważną rolę w tworzeniu błon cytoplazmatycznych. ...jej powierzchnia może być środowiskiem życia organizmów.
• Ma niesymetrycznie rozmieszczone ładunki elektryczne (jest dipolem) co sprawia, że jest dobrym rozpuszczalnikiem dla wielu substancji.

Biologiczna rola wody

• Stanowi niezbędny składnik każdej żywej komórki.
• Zawartość wody w organizmach jest zmienna i zależy od gatunku, wieku i stanu organizmu.
• Przeciętna zawartość wody w organizmach wynosi 70-80%.
• Woda stanowi środowisko wszystkich reakcji chemicznych, zachodzących w organizmie.
• Stanowi środek transportu wewnątrzustrojowego (substancji odżywczych, witamin, enzymów).
• Uczestniczy w regulacji temperatury, ciśnienia osmotycznego, pH.
• Uczestniczy w reakcjach biochemicznych.
• Utrzymuje odpowiednie wymiary i kształty komórek, warunkuje jędrność komórki ( tzw. turgor).
• Umożliwia szybki wzrost wydłużeniowy komórek

Transport wody w roślinie

1. Pobranie wody z roztworu glebowego i jej poziomy transport w poprzek tkanek korzenia
2. Pionowy transport wody z korzeniu poprzez łodygę do liści, który zachodzi w elementach przewodzących drewna – cewkach i naczyniach
3. Poziomy transport wody przez tkanki liścia zakończony transpiracją lub gutacją

1. Pobieranie wody i jej poziomy transport w poprzek korzenia

Pobieranie wody

• Do pobierania wody z gleby służy roślinie korzeń.
• Korzenie tworzą systemy korzeniowe (palowy i wiązkowy).
• Niekiedy główne korzenie docierają bardzo głęboko, sięgając warstw wodonośnych.
• Główną rolę w pobieraniu wody z gleby odgrywa strefa włośnikowa korzenia.
• Włośniki znacznie zwiększają powierzchnię korzenia i usprawniają wchłanianie roztworu soli mineralnych z gleby.
• Włośniki pobierają wodę w procesie osmozy.
• Roztwór glebowy ma niższe stężenie soli mineralnych niż sok komórkowy. Dzięki temu cząsteczki wody wnikają z gleby do wnętrza korzenia.

Sposoby transportu wody

• Transport apoplastyczny – odbywa się wzdłuż ścian komórkowych w przestrzeniach między włóknami celulozy oraz przestrzeniach międzykomórkowych
• Transport symplastyczny – zachodzi przez protoplasty sąsiadujących komórek; woda przekracza błonę komórkową tylko raz, a dalej jest przenoszona za pomocą plazmodesm
• Transport transmembranowy – odbywa się przez protoplasty sąsiadujących komórek; woda przekracza błonę komórkową wielokrotnie – za każdym razem, gdy przechodzi z komórki do komórki

W transportach symplastycznym i transmembranowym woda może przenikać przez błonę komórkową na drodze dyfuzji prostej (osmozy) lub przez kanały wodne – akwaporyny.

2. Pionowy transport wody w elementach przewodzących drewna

Tkanka przewodząca

Drewno

• transportuje wodę w kierunku z korzenia do liści.
• zbudowane jest z naczyń lub cewek.
• naczynia zbudowane są z martwych komórek ułożonych jedna nad drugą, tworzących pasma kapilar
• woda w naczyniach może przemieszczać się z prędkością 2 m/min.

Łyko

• transportuje produkty fotosyntezy w kierunku z liści do korzeni.
• zbudowane jest z żywych komórek, tzw. rurek sitowych.

Transport wody

• Transport wody po roślinie przebiega sprawnie dzięki specjalnej budowie naczyń, tworzących ciągły system przewodzący we wszystkich organach.
• Służy temu odpowiednia budowa korzenia, łodygi i liści.
• Każdy system transportujący powinien zapewniać stałe, szybkie, dokładne i „bezkolizyjne” dostarczanie substancji potrzebnych komórkom.
• Funkcję kanałów transportujących pełnią tkanki przewodzące: drewno i łyko.
• Po wniknięciu do komórek włośnikowych skórki korzenia woda i związki mineralne przebywają najpierw drogę w poprzek korzenia, przez tkankę miękiszową, do centralnej części korzenia, do walca osiowego, gdzie znajdują się tkanki przewodzące.

• Woda przemieszcza się z korzeni do liści przez martwe elementy przewodzące drewna – transport pionowy, wbrew sile grawitacji
• Naczynia i cewki są elementami apoplastu – SUPERAPOPLAST
• Przepływ wody przez superapoplast jest uwarunkowany silnym ujemnym ładunkiem elektrycznym ligniny, który umożliwia dobrą adhezję wody do ściany komórkowej, oraz różnicą ciśnień na przeciwległych końcach tkanki przewodzącej – przepływ masowy (ciśnieniowy)

3. Transport wody przez tkanki liścia

• Kiedy woda dopłynie do liści, opuszcza wiązki przewodzące zlokalizowane w żyłkach liściowych i przemieszcza się miękiszem asymilacyjnym do powierzchni epidermy
• Tam zachodzi transpiracja

Transpiracja

Transpiracja jest to parowanie wody z nadziemnych części rośliny, głównie z liści.

• Transpiracja przyczynia się do:
• powstania siły ssącej, wymuszającej przemieszczanie się wody z korzeni do liści,
• zapewnia regulację temperatury rośliny, przez co zapobiega przegrzaniu.

• Siła transpiracji zależy od:
• gatunku rośliny- w tym powierzchni liści i ilości aparatów szparkowych,
• turgoru komórek, który ma wpływ na otwieranie aparatów szparkowych,
• ruchu powietrza wokół rośliny (wiatr),
• temperatury otoczenia.

Aparaty szparkowe

• Aparaty szparkowe znajdują się głównie po spodniej stronie liści.
• Składają się z dwóch fasolowatych komórek szparkowych, leżących naprzeciwko siebie i zetkniętych końcami.
• Ściana komórek szparkowych ma różną grubość.
• Jeżeli komórki pęcznieją, to nacisk na cienką zewnętrzną ściankę powoduje otwarcie szparki.
• Gdy wody brakuje, ściana się zapada, a szparka zamyka.
• Przy zamkniętych szparkach nie zachodzi wymiana gazowa, co uniemożliwia fotosyntezę. Nie odbywa się transpiracja - co blokuje siłę ssącą, przepływ wody przez roślinę i jej ochładzanie.

Transport wody w roślinie

• 1 – wyższe stężenie soli mineralnych w komórkach korzenia powoduje wytworzenie układu osmotycznie czynnego i wnikanie wody z gleby do komórek korzenia.
• 2 – silnie uwodnione komórki korzenia wtłaczają wodę do naczyń (tkanka przewodząca).
• 3 – przemieszczanie się wody do komórek miękiszowych liści podciąga słup cieczy w naczyniach łodygi do góry, co wspomaga ruch wody z dołu do góry.
• 4 – wyparowanie wody przez otwarte aparaty szparkowe i skórkę zwiększa stężenie soku komórkowego w liściu. Woda z naczyń przenika więc do innych komórek liścia.

http://www.scholaris.pl/cms/index.php/resources/animacja_charakterystyka_ro%C5%9Blin.html

Gutacja

• Jest to aktywne wydzielanie przez rośliny wody w formie płynnej, za pomocą specjalnych organów – hydatod- występujących na liściach.
• Zachodzi w warunkach wysokiej wilgotności powietrza lub w środowisku wodnym, gdy parowanie wody przez aparaty szparkowe jest niemożliwe lub utrudnione.

Przystosowania roślin do ograniczenia parowania wody

• Przed nadmiernym parowaniem wody chroni roślinę tkanka okrywająca.
• W młodych częściach rośliny jest to pojedyncza warstwa silnie przylegających komórek, tworzących skórkę.
• Przed nadmiernym parowaniem przez skórkę chroni: warstwa nieprzepuszczalnej dla wody kutyny lub włoski, będące wytworem skórki.
• Zdrewniałe części roślin przed utratą wody chroni wielowarstwowy korek.
• Istotne znaczenie dla gospodarki wodnej ma kształt i wielkość liści. Liście kaktusa, występujące w postaci kolców, są przystosowaniem do życia w suchym i gorącym klimacie.
• Liście (rozchodnik) lub łodygi (kaktus) niektórych roślin mogą magazynować wodę.

• Transport wody w obrębie tkanek liścia jest transportem poziomym. Ma on charakter transportu apoplastycznego, symplastycznego lub transmembranowego i jest uwarunkowany dyfuzją oraz osmozą.

Potencjał wody w roślinie

To zdolność komórki do pobierania lub oddawania wody na drodze osmozy

Zależy od potencjału osmotycznego roztworu i potencjału ciśnienia turgorowego

Mechanizmy przewodzenia wody

Mechanizm przewodzenia wody związany jest ze zjawiskami:

• Osmoza, czyli przenikanie przez błony biologiczne – umożliwia pobieranie wody przez roślinę.
• Siła ssąca liści, która jest konsekwencją transpiracji – umożliwia transport wody do górnych części rośliny. Odbywa się dzięki siłą kohezji i adhezji.
• Parcie korzeniowe, czyli przesuwanie się wody w kierunku naczyń, związane ze zużyciem energii przez roślinę – jest dodatkowym mechanizmem wmuszającym transport wody w kierunku liści. (gutacja, wiosenny płacz roślin)

Osmoza

• Osmoza polega na przenikaniu cząsteczek wody przez błonę półprzepuszczalną z roztworu o mniejszym stężeniu do roztworu o stężeniu większym.
• W efekcie osmozy układy dążą do wyrównania stężeń po obu stronach błony.
• Osmoza nie wymaga nakładów energii i zachodzi we wszystkich żywych komórkach.

Błona komórkowa

• Błona komórkowa jest strukturą każdej komórki, która umożliwia swobodne przemieszczanie się wody do komórki i z komórki.
• Błona komórkowa to białkowo-lipidowa struktura o wybiórczym działaniu.
• Wybiórczość błony komórkowej polega na swobodnym przemieszczaniu się przez nią wody, natomiast sole mineralne przemieszczają się zawsze ze zużyciem energii.

Przykłady zachodzenia zjawiska osmozy

1. Gdy w wodzie umieści się rodzynki po pewnym czasie rodzynki silnie pęcznieją. Wyjaśnienie zjawiska: Rodzynki to wysuszone winogrona. Ich komórki zawierają dużo cukru. Po umieszczeniu rodzynków w wodzie błony komórkowe zatrzymują we wnętrzu owocu cząsteczki cukru, a przepuszczają do środka cząsteczki wody. Z powodu napływającej wody rodzynki robią się jędrne. 2. Kiedy posypiemy solą plasterki ogórka po kilku minutach pokrywają się one warstwą cieczy. Wyjaśnienie zjawiska: Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki soli nie mogą wnikać do wnętrza komórek ogórka. Aby wyrównać stężenie, z komórek wypływa woda, rozcieńczając stężony roztwór soli na jego powierzchni. W wyniku tego plasterki ogórka robią się wiotkie – ich komórki utraciły wodę i zmniejszyła się ich jędrność, czyli turgor.

Znaczenie osmozy w życiu rośliny

1. Reguluje zawartość wody – pobieranie, przekazywanie, rozprowadzanie w komórkach i tkankach.
2. Zapewnia odpowiedni turgor roślinie, co ma istotne znaczenie dla zachowania kształtu i dla przebiegu procesów fizjologicznych.
3. Nadaje rosnącym tkankom siłę przebicia przez glebę, np. wzrastającym korzeniom.
4. Warunkuje odporność roślin na suszę, zimno.

Regulacja ilości wody w roślinie

• Transpiracja kutykularna – wprost przez zewnętrzną powierzchnię liścia, czyli epidermę pokrytą kutykulą; jej intensywność zależy od grubości kutykuli
• Transpiracja szparkowa – przez aparaty szparkowe; jej intensywność zależy od budowy rośliny (wielkość systemów korzeniowych, anatomia i wielkość liścia rozmieszczenie aparatów szparkowych) i czynników zewnętrznych (temperatura, światło, wilgotność powietrza, dostęp do wody glebowej)
• Transpiracja przetchlinokowa – przez przetchlinki korka pokrywającego łodygi roślin drzewiastych

Bilans wodny

Dziękuję za uwagę