Кореневий тиск, сисна і нагнітальна діяльність кореневої системи. Гутація і "плач" у рослин

У судини ксилеми вода поступає осмотичним шляхом за градієнтом водного потенціалу.

Мінеральні речовини і метаболіти є осмотично активними речовинами, які виділяються іонними насосами, що розміщені в плазмалемі паренхімних клітин, які оточують судини. Накопичення цих осмотичне активних речовин у судинах створює сисну силу, яка сприяє осмотичному транспорту води в ксилему.

Таким чином, у результаті активної роботи іонних насосів у корені і осмотичному поступанню води в судини ксилеми в судинах розвивається гідростатичний тиск, який дістав назву кореневого тиску. Він забезпечує підняття ксилемного розчину по судинах ксилеми з кореня в надземні частини. Взагалі поглинання води кореневою системою проходить завдяки роботі двох кінцевих рушіїв водяного потоку: верхнього кінцевого рушія, або присмоктуючої сили транспірації, і нижнього кінцевого рушія, або кореневого тиску. Основною силою, яка викликає поступання і пересування води в рослині є присмоктувальна сила випаровування, в результаті якої виникає градієнт водного потенціалу.

Робота верхнього рушія мало пов'язана з життєдіяльністю кореневої системи. Коренева система рослини здатна активно рухати воду кореневими клітинами в певному напрямку - крізь кореневі волоски, клітини корової паренхіми кореня, ендодерму, перицикл і паренхіму осьового циліндра в судини кореня.

Явище активного руху води в коренях можна спостерігати неозброєним оком. Якщо рослину зрізати біля кореневої шийки, то на поверхні зрізу з'являться краплини. Сила, яка викликає односторонній потік води з розчиненими речовинами по судинах, яка не залежить від процесу транспірації, називається кореневим тиском. Кореневий тиск можна виміряти, якщо на зрізаний пеньок приєднати манометр. Величина кореневого тиску = 0,1-0,15 мПа,(1-3) атм. (Д.А.Сабінін). Витікання пасоки через поранену ділянку рослини називається "плачем". Плач рослини - це прижиттєвий односторонній потік води і поживних речовин, який залежить від аеробного перетворення асимілятів.

Плач рослин можна спостерігати весною, коли дерева ще не розпустили бруньки. Збирання березового соку - приклад дії нижнього рушія води і поживних речовин по рослині. Сік, який виділяється при плачі -ксилемний сік, або патока. Патока складається з води та розчинених в ній мінеральних і органічних речовин. Розрізняють два види плачу - весняний і літній. Весняний відбувається до розпускання листків, а літній - після розпускання. Весняний плач відрізняється від літнього більшою кількістю виділюваного соку. Влітку, при сильному випаровуванні, плач зовсім не виявляється: у цей час можна навіть спостерігати так званий негативний плач: коли на зрізаний пеньок налити воду, то вона буде всмоктуватися.

Патока навесні і влітку відрізняється за своїм хімічним складом. Весняна містить більше цукрів (головним чином інвертних), деякі органічні кислоти, переважно яблучну, незначну кількість білкових речовин, а також ряд ферментів - діастазу, пероксидазу. У пасоці берези цукрів - до 2 %, клена – до 3,5%, американської агави - до 9%.

У пасоці літнього плачу органічних речовин значно менше, цукру може зовсім не бути, але органічних кислот значно більше. Інтенсивність плачу у рослин підвищується після поливання. У лабораторних умовах плач можна демонструвати на фуксії.

Другим прикладом роботи нижнього кінцевого рушія є гутація. Гутація - це виділення води листками через особливі клітини - гідатоди. Гутацію можна спостерігати у рослин при високій вологості повітря, коли процес транспірації затруднений, а поступання води в кореневу систему достатнє. Явище гутації можна відтворити в лабораторних умовах. Для цього проростки злаків надмірно

поливають і закривають ковпаком. Сік гутації значно бідніший від соку плачу як мінеральними так і органічними речовинами. Це зумовлюється будовою гідатод. При гутації сік фільтрується крізь дрібноклітинну паренхіму, так звану епітему - тканину, яка вистилає дно повітряної порожнини гідатод.

Гутаційне виділення вологи характерне для тропічних рослин, які живуть при підвищеній вологості. У цих рослин піднімання води практично здійснюється тільки внаслідок кореневого тиску. Під такими деревами в тропічному лісі ніби постійно падає дощ.

Механізм гутації тісно пов'язаний з диханням організму і біосинтезом білка. Якість гутаційних виділень є видовою і сортовою ознакою.

Добре гутують фуксія, картопля, примула, кімнатні рослини - арум, філодендрон. У водних рослин гутація проходить безперервно - це єдиний шлях виділення вологи.

Фізіологічне значення гутації полягає у підтриманні рослинами рівноваги між поглинанням і випаровуванням води. Інтенсивність гутації у нічний період підвищується.

У тарро дерев'янистого верхівка кожного листка виділяє в деяких умовах до 200 крапель за хвилину. Цезальпінія дощова в деякі дні гутує з такою силою, що під деревом йде проливний дощ. Із деревних рослин помірної зони активно гутує верба.

Загальна характеристика транспірації і її фізіологічне значення

Верхнім кінцевим рушієм, який забезпечує пересування води вверх по рослині, є сисна сила транспіруючих клітин листкової паренхіми. Чим активніше проходить транспірація, тим більша сила верхнього кінцевого рушія. Транспірація - це фізіологічний процес випаровування води рослини.

К.А.Тімірязєв назвав транспірацію, в тому об'ємі, в якому вона проходить, необхідним фізіологічним

злом. Дійсно, ті розміри, в яких проходить транспірація, не є необхідні. Якщо вирощувати рослину в умовах високої або низької вологості повітря, то в першому випадку транспірація буде проходити із значно меншою інтенсивністю. Але ріст рослин буде однаковий, або навіть кращий там, де вологість повітря вища, а транспірація нижча. Наприклад, одна рослина кукурудзи за вегетаційний період випаровує 200 л води, а в перерахунку на 1 га посіву - 6000 т води, береза за один день випаровує 400 л води. Вологолюбні рослини за сезон випаровують 6000-10000 т, а одне дерево середньої величини – до 9-14 т.

Фізіологічне значення транспірації:

1. Транспірація служить засобом пересування води і розчинних речовин по стеблі рослини з кореневої системи.

2. Є засобом захисту рослин від перегріву. Температура інтенсивно транспіруючого листка може бути на 7°С нижчою температури листка, який в'яне.

3. Транспірація впливає на процеси фотосинтезу, бо поглинання вуглекислого газу з повітря проходить через продихи - орган випаровування води рослиною.

4. Зниження інтенсивності транспірації в результаті нестачі води підвищує температуру листків, порушує колоїдну структуру протоплазми, пригнічує фотосинтез, посилює процеси дихання. За певними межами ці порушення приймають паталогічний характер.

Методи дослідження і одиниці вимірювання транспірації

Методи, якими користуються при вивченні процесу транспірації поділяються на кількісні і якісні.

Одним із кількісних методів є ваговий, розроблений Івановим. Якісні методи ґрунтуються на вивченні

стану продихового апарату: хлоркобальтовий метод, інфільтраційний метод відбитків, розроблений

професором Чернівецького університету Г.Х.Молотковським та ін. Основними кількісними

показниками, які характеризують процес випаровування є:

Інтенсивність транспірації - це кількість води, яка випаровується рослиною з одиниці площі

листкової поверхні за одиницю часу.

m

ІТ=--------------------------------------------------- Г/М2 х ГОД.

S x t

У більшості рослин ІТ = 15-250 г/м2 х год. в день, і 1-20 г/м2 х год. вночі.

Продуктивність транспірації - кількість грамів сухої речовини, яка утворюється при випаровуванні