1. Значення води в житті рослини

2. Етапи водообміну

3. Коренева система як орган поглинання води.

4. Кореневий тиск як нижній двигун водної течії у рослин. Явище плачу і гутації у рослин.

Вода в рослині знаходиться в усіх органах і тканинах. Але її кількість дуже коливається в залежності від виду рослин і неоднакова в різних органах однієї і тієї ж рослини в різних тканинах одного і того ж органу. Вміст води змінюється також в залежності від умов, в яких розвивається рослина і від її віку.

Високий вміст води характерний для вегетативних органів. Так у листках салату, цибулі, плодах помідора, огірка - 94-95% води, в листках капусти, корені редиски, м'якоті гарбуза - 92-93%, листках трав'янистих рослин - 83-86%, дерев'янистих і кущів - 79-82 %, бульбах картоплі - 74-80%, стовбурах дерев - 44-55%. Низький вміст води характерний для насіння - 12-14%, тканин моху і лишайників - 5—7%. Високий вміст води властивий самим молодим листках, по мірі їх старіння вміст води поступово знижується. Близько третьої частини води, яка знаходиться в клітині міститься у вакуолі - 98%, решта в протоплазмі в цитоплазмі - 95%, в хлоропластах - 50%. Оболонці 50%. Для гігрофітів вміст води становить 65 - 70% .мезофітів 45-60%. Ксерофітів 25-27%.

Вода не тільки середовище, але і матриця життя. Сент-Екзюпері пише, що вода не тільки необхідна для життя, але є самим життям, і є найбільшим багатством у світі. Вода відіграє таку важливу роль в життєдіяльності організму завдяки своїм унікальним фізичним і хімічним властивостям.

Вода складається з водню та кисню. Майже 200 років тому Гей-Люсак та Гумбольдт довели, що 2 атоми водню і атом кисню об'єднуються в молекулу води, H₂O.

У молекулі води дві пари електронів є спільними для ядер водню і кисню. Вони мають сильно витягнуті орбіти, оскільки більш електронегативний атом кисню притягує електрони від атомів водню, несуть позитивний заряд, а атом кисню з двома неподіленими атомами електронів має частково негативний заряд.

Оскільки у молекулі води

Один полюс молекули води заряджений позитивно, а другий негативно, тобто вода є диполем і це лежить в основі утворення водневих зв'язків. Завдяки утворенню водневих зв'язків вода має певну упорядковану структуру.

Кожна молекула води, являючись диполем із тетраедричним розподілом електронів навколо атома кисню, може взаємодіяти з чотирма іншими молекулами води за рахунок електростатичних сил. Така взаємодія з незначною долею ковалентності називається водневим зв’язком. (Взаємодія між молекулами води за рахунок електростатичних сил із незначною долею ковалентності називається водневим зв’язком).

Максимальну густину вода має при 4^оС; при замерзанні об’єм води різко зростає (на 11%).

При тискові в 1 атм. точки замерзання і кипіння дорівнюють 0^оС і 100^оС відповідно. Із збільшенням тиску температура кипіння зростає, а температура замерзання зменшується.

Вода має дуже високу приховану теплоту плавлення (» 335 дж/г) та приховану теплоту пароутворення. Величина теплоємності води в 5 - 30 разів більша, чим у інших речовин.

У води дуже висока прихована теплота випаровування та плавлення. Щоб випарувати воду з чайника, потрібно у 5 разів більше тепла, ніж для її кип'ятіння. Якби не ця властивість води — повільно випаровуватись, то багато б озер, річок влітку пересохли.

Замерзаючи, вода віддає багато тепла. Ось чому у холодні ночі взимку у теплиці ставлять бочку з водою: замерзаючи, вода віддає тепло та нагріває повітря Усі ми знаємо, що під час замерзання речовини стискаються в об'ємі, а вода розширюється. Тому лід завжди легший за воду та плаває на поверхні. Під такою "шубою" навіть взимку в Арктиці морським звірам не холодно.

Вона перебуває в трьох агрегатних станах: в твердому (лід) - всі молекули зв’язані водневими зв’язками, рідкому і газоподібному. Для того, щоб в процесі випаровування пройшло відривання молекули від водної поверхні, необхідно затратити певну кількість енергії для розриву водневих зв’язків, тому випаровування води супроводжується охолодженням. Висока теплота випаровування зумовлюється наявністю водневих зв’язків. Вода володіє високою теплоємністю, тому поглинання, або втрата тепла тканинами рослин супроводжується порівняно невисоким коливанням їх температури. Вода має високу температуру плавлення і кипіння. Це свідчить про сильне притягання між сусідніми молекулами, внаслідок чого рідка вода володіє внутрішнім зчепленням. Для води характерний високий поверхневий натяг і прилипання (адгезія).

У воді з усіх рідин найбільший поверхневий натяг. Поверхня води завжди затягнута тонкою плівкою з молекул. По ній, як по підлозі, бігають комахи — водомірки та навіть тропічні ящірки-василиски. Сили поверхневого натягу підіймають воду з ґрунту для жив¬лення рослин.

Вода — наймогутніший розчинник. Тому питання "Бачив хто-небудь воду?" — не може здатися зайвим. Але якщо бути точним у відповіді, то доведеться сказати, що ніхто ще не бачив воду та не тримав в руках. Те, що ми звикли називати водою — насправді розчин великої кількості речовин. У ній розчинені: азот, кисень, аргон, вуглекислота та усі домішки, які знаходяться у повітрі. У воді розчинені солі з ґрунтів, залізо з труб, сотні, а може й тисячі різних з'єднань майже усіх елементів періодичної системи. У ній є дрібні нерозчинені частки пилу. Це ми називаємо "чиста вода".

Аквапорини

Транспортна активність аквапоринів регулюється їх фосфорилюванням-дефосфорилюванням. Таким чином, рослинні клітини регулюють мембранну проникність для молекул води шляхом приєднання або відщеплення залишку фосфорної кислоти до молекули аквапорину. Такий тип регуляції активності аквапорину впливає лише на швидкість транспорту води через мембрану, але не на напрямок водяного потоку.

Форми води в ґрунті. Коефіцієнт в'янення та "мертвий запас" води в ґрунтах різних типів

Грунт складається з твердих мінеральних частинок різної величини, органічної речовини (гумус), ґрунтового розчину і ґрунтового повітря. Мінеральні речовини і гумус утворюють ґрунтову структуру, а вода і повітря заповнюють порожнини цієї структури.

Вода, яка заповнює великі ґрунтові капіляри і перебуває у рухомому стані – називається гравітаційною. Це вода, яка потрапляє у грунт від дощів, поливів, заповнює всі капіляри і силою своєї ваги рухається вниз. Вона добре доступна для рослин, але ця вода легко стікає в нижні горизонти під впливом сили земного тяжіння і буває в ґрунті лише після дощу.

Вода, яка заповнює вузькі капіляри і утворюється силами поверхневого натягу менісків - називається капілярною. Сила, з якою капілярна вода утворюється в ґрунті, незначна і вимірюється частками атмосфери. Ця вода легко доступна для рослин.

Вода, яка безпосередньо покриває ґрунтові частки і утворюється на їх поверхні силами молекулярного притягання, адсорбції, - називається плівковою. Вода із периферичних шарів гідратаційних оболонок може поглинатися клітинами коренів. Чим ближче до колоїдних частинок розміщуються молекули води, тим з більшою силою вони утворюються і є менш доступними для рослини.

Гігроскопічна вода адсорбується сухим ґрунтом, якщо його помістити в атмосферу з 95% відносної вологості повітря. Ця форма води повністю недоступна для рослини. Вона утримується ґрунтом з силою 1000 атмосфер. Повітряне сухий грунт містить від 0,5% (для піску) і до 14% (для глини) води. Колоїдні речовини ґрунту мають здатність набрякати у воді і розвивати значні водоутримуючі сили. Вода, яка витрачається для цього, - називається імбібіційною. Вона є недоступною для рослин і характерна для торф'яних і перегнійних ґрунтів.

Кількість недоступної для рослин води в ґрунті визначають так. У металевому або скляному посуді вирощують рослину. Після того, як вона буде у фазі бутонізації, її перестають поливати, і коли рослина починає в'янути (це свідчить про припинення надходження води в корені), визначають вміст води висушування проби ґрунту при 100°С. Визначена таким способом вода є недоступною для кореневої системи і становить мертвий запас. Коефіцієнт в'янення - це показник, який характеризує грунт, а не особливості рослини. Мертвий запас води виключно залежить від типу ґрунту. Чим більше глинистих частинок у ґрунті, тим більший мертвий запас вологи. Ґрунти більш тонкого механічного складу характеризуються більшою вологоємкістю. Кількість доступної для рослинного організму води є різницею між повною вологоємкістю (максимальна кількість води, яку може утримати грунт) і мертвим запасом. Перегнійні, суглинисті ґрунти володіють найбільш мертвим запасом і найбільшим запасом доступної води.

Коренева система як орган поглинання води. Здатність надземних органів до поглинання води

Основним органом поглинання води є коренева система. Завдяки великій поверхні кореневої системи забезпечується поступання води в рослину з великого об'єму ґрунту. Згідно даних Ротмістрова В.Г., Модестова А.П., Красовсокої І.В., поверхня кореневої системи перевищує поверхню надземних органів в 140-150 раз. Підраховано, що число коренів однорічних сіянців яблуні досягає 45 тисяч. А при вирощуванні однієї рослини жита було встановлено, що загальна довжина його корінців досягає 600 кілометрів, при цьому на них утворюється 15 млрд. кореневих волосків. Це свідчить про інтенсивний ріст кореневих систем.

З фізіологічної точки зору коренева система неоднорідна. І в кожному корені розрізняють декілька зон. Кінчик кореня захищений кореневим чохликом. Його клітини видовжені, мають тонкі стінки і захищають точку росту. Клітини чохлика злущуються, мають полісахаридний слиз, що зменшує тертя і сприяє проникненню кореня всередину ґрунту. Під кореневим чохликом розміщена меристематична зона. Клітини дрібні, щільно упаковані, майже повністю заповнені протоплазмою, інтенсивно діляться.

Слідуюча зона - зона розтягу. Тут клітини збільшуються в об'ємі (розтягуються), Одночасно в цій зоні появляються диференційовані ситовидні трубки. Слідуюча зона - зона кореневих волосків. Поглинання води проходить в основному клітинами зони розтягу і зони кореневих волосків. Уже в меристемі

тканини кореня диференціюються, формується перицикл, ендодерма, але клітинні стінки її не мають поясків Каспарі, починають утворюватись елементи флоеми. У зоні розтягу закінчується диференціація флоеми і формуються елементи протоксилеми. У зоні кореневих волосків завершується утворення основних тканин кореня: ризодерми, первинної кори, ендодерми і системи тканин центрального циліндра.

Розглянемо будову кореня в зоні кореневих волосків. Поверхня кореня покрита ризодермою. Ризодерма - це одношарова клітина, яка складається з двох типів клітин: трихобластів, які утворюють кореневі волоски і атрихобластів, які їх не утворюють. За ризодермою до перицикла розміщуються клітини кори. Кора складається із декількох шарів живих паренхімних клітин. Між клітинами є великі міжклітинники, які забезпечують аерацію кореня. На межі кори і центрального циліндра розвивається ендодерма – шар щільно розміщених клітин. Поперечні і радіальні клітинні стінки містять непроникний шар суберину і лігніну, який називається пояском Каспарі. Цей шар перешкоджає транспорту води і солі по апопласту і речовини через клітини ендодерми проходять по симпласту.

Під ендодермою розміщуються клітини перицикла - один шар, дуже рідко більше. Основний циліндр, або стела включає перицикл і дві системи провідних елементів-ксилему і флоему.

Чим повільніше росте корінь, тим зона поглинання коротша. В середньому зона поглинання становить 2-5-10см в довжину.

Рослини поглинають воду не тільки кореневою системою. Воду рослини можуть поглинати і за допомогою надземних органів-пагонів, бруньок, листків. При певних умовах даний спосіб поглинання відіграє істотне значення. Так у пустині Перу, де дощі взагалі не випадають, рослини існують виключно за рахунок вологи туманів. Відсоток води, яка поглинається надземними органами, збільшується восени і зимою, коли всмоктувальна діяльність кореневої системи понижується. Однак, в цей період вода не відіграє істотного значення в житті рослини.