Раздел 2. Водный обмен растений

Растительные ткани содержат большое количество воды (в среднем 75…90 % массы растения). Осо­бенно богаты водой сочные плоды, молодые корни и молодые листья (работа 10). Активное проявление жизнедеятельности без воды вообще невозможно. Это объясняется свойствами и ролью воды в живых клетках.

Вода в растениях находится как в свободном (с неизменными физико-химическими свойствами), так и связном состоянии (с измененными физико-химическими свойствами). Свободная вода содержится в клеточных стенках и проводящей системе растений. Связная вода составляет 10…15 % общего её содержания. Осмотически связная вода содержится в вакуолях клеток, коллоидно связная – в цитоплазме, каппилярно связная – в клеточных стенках, ксилеме, флоэме.

Вода обладает важными для процессов жизнедеятельности свойствами: высокой теплопроводностью, теплоемкостью и теплотой парообразования (охлаждение растения при транспирации); высокой растворяющей способностью; способностью диссоциировать на ионы (гидратирует белки, полисахариды, фосфолипиды, биоколлоиды и обеспечивают их пространственную конфигурацию и ориентацию в клеточных структурах); высокой реакционной способностью (участие в окислительно-восстановительных реакциях, гидролизе); электропроводностью (электрические свойства клеток).

Водный обмен растений складывается из процессов поглощения, передвижения и испарения воды.

Основным механизмом поглощения воды клетками является осмос (работа 11). Благодаря осмосу в клетках поддерживается тургорное давление, возникают другие осмотические явления (работа 12).

Важнейшим термодинамическим показателем, характеризующим состояние воды в растениях, является водный потенциал (работа 13), который являются алгебраической суммой четырех компонентов – осмотического потенциала (работа 14), матричного потенциала, потенциала давления и гравитационного потенциала. Градиент водного потенциала определяет направление транспорта воды в клетках, тканях, в системе почва-растения-атмосфера.

Функцию поглощения воды выполняет корневая система. Поглотительная способность корней зависит от их ростовой активности, степени ветвления, общей и рабочей адсорбирующей поверхности, обеспеченности органическими веществами. Основными внешними факторами, влияющими на поглощение воды корнями, являются температура и аэрация почвы.

Восходящий транспорт воды в растениях осуществляется под действием двух концевых двигателей: нижнего (корневое давление) и верхнего (транспирация). Вода передвигается как по живым клеткам (радиальный транспорт в корне, транспорт по клеткам листа), так и по проводящей системе (ксилеме). Направленный транспорт воды от корневых волосков к сосудам (радиальный транспорт в корне) способствует возникновению корневого давления. Проявлением корневого давления является плач растений – вытекание ксилемного сока из поврежденных стеблей или веток, и гуттация – выделение капельно-жидкой влаги в условиях высокой влажности воздуха через гидатоды, расположенные на кончиках или зубчиках листа.

Более 99 % поглощенной растениями воды испаряется. Процесс испарения воды растениями называется транспирацией. Главным органом транспирации является лист. Транспирация имеет важное физиологическое значение – обеспечивает охлаждение растений, способствует газообмену, транспорту минеральных веществ, является верхним концевым двигателем восходящего тока.

Для количественной характеристики водообмена используется ряд показателей: интенсивность транспирации (работы 15, 16, 18), относительная транспирация (работа 17), продуктивность транспирации, транспирационный коэффициент, водный дефицит (работа 19).

В посевах сельскохозяйственных культур эффективность использования воды характеризует эвапотранспирационный коэффициент, или коэффициент водопотребления, который рассчитывается как отношение эвапотранспирации (суммарного расхода воды с 1 га посева или насаждения за вегетацию) к создан­ной биомассе или хозяйственно-полезному урожаю.

Регуляция водообмена растений является одним из условий оптимизации их роста, развития и повышения продуктивности.