Вода — важнейшее условие протекания всех процессов жизнедеятельности растения. Она составляет до 95% массы растений, но это совсем мало, по сравнению с тем, сколько расходует растение, пока вырастет и даст урожай. С использованием воды протекают все процессы жизнедеятельности. Поэтому вода необходимое условие для жизни организма. При недостатке воды у растения нарушается обмен веществ. Ее роль в организме растения многообразна.
? Вода обеспечивает поток питательных и минеральных веществ по проводящей системе растения.
? Прорастание семян зависит от наличия воды.
? Вода участвует в процессе фотосинтеза.
? Водные растворы, наполняющие клетки и межклетники, обеспечивают растению упругость, таким образом растение сохраняет свою форму.
Вода в растениях может находиться в жидком, газообразном и твердом состоянии.
Летом вода является регулятором температуры листьев, она предотвращает их перегрев в результате транспирации. В зимнее время, находясь в твердом состоянии — в виде снега на поверхности земли, вода предохраняет растения от вымерзания. Растения, которые покрыты снегом, обычно хорошо перезимовывают, те же, что находятся не под снегом.
Поступление воды в растение
Растение поглощает воду исключительно своей корневой системой из почвы при помощи корневых волосков. Вода попадает в клетки корневых волосков за счет осмоса. Осмос — это просачивание жидких веществ сквозь полупроницаемые животные и растительные перепонки, ткани. При осмосе вода, в которой меньше растворенных веществ как бы засасывается в более насыщенные веществами растворы. Клеточные растворы растений более насыщенные, поэтому клетки впитывают воду. Кожица корня в зоне всасывания покрыта слизью, благодаря чему частички почвы прилипают к ней. Это облегчает корню всасывание воды и растворенных минеральных веществ.
Листья же через устьица испаряют воду. Клетки активно поглощают из почвы соли калия, а соли натрия не пропускают. Этот процесс обеспечивается специальными “насосами» в наружной мембране. Вода же свободно проникает в клетки, чтобы “выравнять” (разбавить) концентрацию ионов калия. Клетки контролируют свой водный баланс, регулируя внутреннюю концентрацию соли, а вода движется под действием осмоса. Если вода в почве пресная (содержит очень мало солей), то поглощение корнями ионов калия обеспечивает внутри клеток более высокую концентрацию соли, чем снаружи. В результате вода движется внутрь клеток, поддерживая растение упругим (в состоянии тургора).
Строение и функции клетки
... веществ. В цитоплазме расположены мельчайшие структуры – органоиды. К органоидам клетки относятся: эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи, клеточный центр. Мембрана. Если рассматривать в микроскоп клетку какого-нибудь растения, ... ядра делает клетку нежизнеспособной. Цитоплазма. Цитоплазма – полужидкая слизистая бесцветная масса, содержащая 75-85% воды, 10-12% ...
Стенки предохраняют клетки от разрыва. Если снаружи высокая концентрация солей (особенно солей натрия, не поглощаемых клетками), то вода оттягивается из клеток, вызывая увядание и гибель растения.
Для испарения воды (транспирации) на листьях растений имеются специальные образования — устьица.
Устьице представляет собой совокупность двух замыкающих клеток. Они имеют форму семян фасоли и обращены друг к другу вогнутыми сторонами, между которыми находится межклетник — устьичная щель. У замыкающих клеток утолщена средняя часть стенки, обращенной к устьичной щели. Обычно устьице окружено околоустьичными (побочными) клетками.
В результате постоянного поглощения и испарения воды в растении существует постоянный водный обмен, включающий три этапа:
- ? поглощение воды корнями;
- ? передвижение ее по сосудам проводящей ткани;
- ? испарение воды листьями.
Внутри растений вода движется по специальным сосудам.
Соседние клетки различных тканей растения соединены плазмодесмами. По этим каналам вода может перемещаться из одной клетки в другую.
С током воды переносятся различные вещества. Водный ток идет снизу вверх. Его сила зависит от интенсивности всасывания корней и испарения листьями. Водный ток объединяет все органы растения, переносит различные соединения, питает клетки водой.
Все органеллы (органелла — маленький орган) — ядро, митохондрии, хлоропласты, вакуоль — внутри клетки тоже движутся. Цитоплазма, жидкая основа любой клетки, всегда находится в постоянном круговом движении, вовлекая в него органеллы.
Сколько растение всасывает воды, приблизительно столько оно его испаряет. Лишь доли процента от поступившей воды идут на синтез веществ. Это достаточно большие объемы воды.
Растение обязательно должно поглощать воду. Иначе, рано или поздно, жизнь его прервется. Если испарение воды растением превышает поступление воды, то у растения наблюдается увядание. Так нередко бывает днем, когда жарко. Ночью растение восполняет недостаток, так как испарение в это время суток снижено.
Свойства воды
Значение воды в жизни растений определяется целым рядом ее свойств. Среди них необходимо отметить способность ее быть растворителем и средой, в которой совершается передвижение веществ и их обмен. В растительном организме воды, как уже было упомянуто, содержится 95 %. С поступлением и передвижением ее в растениях связаны все жизненные процессы. При наличии воды и других факторов семена набухают и прорастают, растут ткани, поступают в растения и передвигаются в них питательные элементы, осуществляется фотосинтез и синтезируется органическое вещество.
Вода — незаменимый терморегулятор для растений. Проходя через него, она регулирует температуру растительного организма и повышает его устойчивость к высоким и низким температурам. Вода поддерживает тургор клеток, распределяет по отдельным органам продукты ассимиляции.
Растения нуждаются в воде с момента посева семян и до окончания формирования урожая. При этом в разные периоды жизни растения требуют неодинакового количества воды: меньше — в начальный период, больше — в период формирования мощной вегетативной массы и генеративных органов, к концу жизни потребность в воде уменьшается.
Проблемы водопользования и загрязнения вод и почв в Крыму
... Крыма Экологические проблемы химической промышленности северного Крыма вызваны следующими факторами: наличие твердых отходов производства; загрязнение вод технологического цикла; выбросы в ... маслянистый бурый налет, в воздухе появился резкий неприятный ... в. весенняя вода не доходила устьев. Причинами обмеления стали вырубки леса, эрозия. В горах и предгорьях Крыма основная проблема - деградация почв ...
Период острой потребности растения в воде называется критическим, у зерновых он совпадает с фазой выхода в трубку — колошением, у зернобобовых — цветения, у картофеля — цветения и клубнеобразования. Недостаток влаги в это время резко снижает продуктивность растений.
Важной функцией воды является и то, что она влияет на плодородие почвы. Вступая во взаимодействие с ней, вода изменяет физическое состояние, течение микробиологических процессов, химические и другие превращения, становится одним из факторов почвообразовательного процесса, определяет уровень эффективного и потенциального плодородия почвы.
Вода как экологический фактор
Вода входит в состав клеток растения. К. А. Тимирязев подразделил воду на организационную и расхожую.
Организационная вода участвует в физиологических процессах растения, т. е. необходима для его роста.
Расхожая вода поступает из почвы в корень, проходит через стебель и испаряется листьями. Испарение воды растением называется транспирацией, оно происходит через устьичные щели.
Транспирация предохраняет ткани от нагрева; завядающие листья, транспирация которых понижена, нагреваются гораздо больше, чем листья, нормально транспирирующие.
Благодаря транспирации в растении сохраняется некоторый дефицит влаги. В результате этого происходит непрерывный ток воды через растение. Чем больше растение испаряет влаги через листья, тем больше оно поглощает воды из почвы Транспирация составляет значительную долю расходной части водного баланса территории.
Основным источником воды для большинства наземных растений является почвенная и отчасти грунтовая вода, запасы которой восполняют атмосферные осадки. Не вся влага атмосферных осадков достигает почвы, часть ее задерживается кронами деревьев и травостоем, с поверхности которых она испаряется. Атмосферные осадки насыщают воздух и верхние горизонты почвы, избыток влаги стекает и скапливается в низинах, вызывая заболачивание, попадает в реки и моря, из которых испаряется. Почвенная влага и грунтовые воды, поднимаясь к поверхности почвы, также испаряются. водоснабжение растение экологический
Все растения по обводненности их клеток делят на два типа:
1) пойкилогидрические—растения с меняющимся содержанием воды. Это низшие наземные растения (водоросли, грибы, лишайники) и мхи.
2) гомойогидрические — высшие наземные растения, активно поддерживающие высокую влажность клеток с помощью осмотического давления клеточного сока. Эти растения не обладают способностью к обратимому высыханию, как растения первой группы.
Растения различных по влажности местообитаний различаются особенностями, которые отражаются в их внешнем облике.
По отношению к водному режиму местообитания выделяют экологические группы растений:
? гидатофиты
? гидрофиты
? гигрофиты
? мезофиты
? ксерофиты
Гидатофиты — водные растения, целиком или большей своей частью погруженные в воду, например водоросли, кувшинки, кубышка, пузырчатка, роголистник и др. У этих растений листья либо плавают на поверхности воды, как у кубышки и кувшинок, либо все растение целиком находится под водой (роголистник).
Современная теория питания растений
... 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»). 3. Воздушное питание Фотосинтез является ...
У подводных растений лишь во время цветения и плодоношения цветки и плоды появляются на поверхности.
Среди гидатофитов есть растения, прикрепленные корнями к грунту (кувшинка) и не укореняющиеся в грунте (ряска, водокрас).
Все органы гидатофитов пронизаны воздухоносной тканью — аэренхимой, которая представляет собой систему межклетников, заполненных воздухом.
Гидрофиты — водные растения, прикрепленные к грунту и погруженные в воду своими нижними частями. Они растут в при¬брежном поясе водоемов (частуха подорожниковая, стрелолист, тростник, рогоз, многие осоки).
Вегетацию эти растения начинают, будучи полностью погруженными в воду. В отличие от гидатофитов у них хорошо развита механическая ткань и водопроводящая система.
Распространение гидатофитов и гидрофитов не зависит от влажности климата, так как и в засушливых районах есть водоемы, обеспечивающие условия, необходимые для жизни этих растений.
Гигрофиты — растения избыточно увлажненных местообитаний,-но таких, где обычно нет воды на поверхности. Вследствие высокой влажности воздуха у этих растений резко замедляется или вовсе исключается испарение, что отражается на их минеральном питании, поскольку восходящий ток воды в растении замедляется. Листовые пластинки у этих растений часто тонкие, иногда состоят из одного слоя клеток (некоторые травянистые и эпифитные растения дождевых тропических лесов), так что все клетки листа непосредственно соприкасаются с воздухом, а это способствует большей отдаче воды листьями. Однако и эти приспособления недостаточны для поддержания постоянного тока воды в растении. У гигрофитов имеются на листьях специальные железки — гидатоды, через которые происходит активное выделе¬ние воды в капельно-жидком состоянии. К гигрофитам умеренной зоны относят сердечник, недотрогу, болотный подмаренник, некоторые хвощи.
Мезофиты — растения, обитающие в условиях среднего увлажнения. К ним относятся листопадные деревья и кустарники умеренной зоны, большая часть луговых и лесных трав (клевер луговой, тимофеевка луговая, ландыш, сныть) и многие другие растения.
Ксерофиты — растения, живущие в условиях резкого дефицита влаги (многие растения степей и пустынь).
Они могут переносить перегрев и обезвоживание. Повышенная способность ксерофитов добывать воду связана с хорошо развитой мощной корневой системой, иногда достигающей глубины 1,5 м и более.
У ксерофитов имеются различные приспособления, ограничивающие испарение воды. Сокращение испарения достигается уменьшением размеров листовой пластинки (полыни), вплоть до ее полной редукции (испанский дрок, эфедра), заменой листьев колючками (верблюжья колючка), свертыванием листа в трубочку (ковыль, типчак).
Испарение уменьшается и в том случае, если на листьях развивается толстая кутикула (агава), которая полностью исключает внеустьичное испарение, восковой налет (очиток) или густое опушение (коровяк, некоторые виды василька), что предохраняет лист от перегрева.
Среди ксерофитов выделяют группу склерофитов (от греч. склерос — твердый) и суккулентов (от лат. суккулентус — сочный).
У склерофитов хорошо развита механическая опорная ткань как в листьях, так и в стеблях.
Склерофиты обладают приспособлением к ограничению транспирации или к усилению поступления воды, что позволяет им интенсивно ее расходовать.
Влияние нефтезагрязнения на почву и растительность
... для неё устойчивых к нефтяному загрязнению растений. Изучаемые признаки можно использовать как индикаторы для характеристики состояния почв при нефтяном загрязнении (Мазунина Л.Е ... загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами приводит к замедлению роста и развития растений. Главными причинами замедленного развития растений или их гибели в результате загрязнения служат нарушения поступления воды, ...
Своеобразную группу растений засушливых местообитаний представляют суккуленты, которые в отличие от склерофитов имеют мягкие, сочные ткани с большим запасом воды. В нашей флоре суккуленты представлены очитком и молодилом. Суккуленты очень экономно расходуют воду, так как кутикула у них толстая, покрытая восковым налетом, устьица немногочисленные и погружены в ткань листа или стебля. Суккуленты запасают огромное количество воды.
Развитие растений в зависимости от количества влаги
Растения, имеющие в своем распоряжении много доступной влаги хорошего качества, «с удовольствии» ее расходуют, буйно развивая вегетативную массу, но не «торопятся» плодоносить. В таких случаях говорят, что растения «жируют».
Растения, находящиеся в условиях ограниченных запасов влаги, «ведут себя сдержаннее». Они тратят меньше влаги, развивают умеренную вегетативную массу и быстрее вступают в фазы цветения и плодообрахования.
А вот растения, сильно ущемленные в воде, не только не развивают вегетативной массы и не дают плодов, но и могут просто погибнуть.
Растениям, которые обычно выращиваются на наших полях при существующих системах обработки почвы, не способны ходить глубоко за водой, как дикорастущие растения пустыни на почвах нетронутых человеком.
Формы воды в почве и их доступность для растений.
Вода, находящаяся в почве, в зависимости от своего состояния может находиться в одной из следующих форм:
Гравитационная — это вода, заполняющая большие почвенные капилляры, попадающая в почву при дожде или поливе, быстро двигающаяся вниз в глубокие слои почвы под действием силы тяжести собственного веса. Для растений существенного значения не имеет, так как хотя и поглощается ими, но быстро уходит из зоны почвы, где располагается корневая система.
Капиллярная- это вода, заполняющая узкие капилляры и удерживающаяся силами поверхностного натяжения менисков. Она находится в почве длительное время, незначительно притягивается к почвенным частицам, является наиболее доступной для растений формой.
Пленочная — это вода, покрывающая непосредственно почвенные частицы, удерживающаяся на их поверхности силами молекулярного притяжения или адсорбционными силами почвенных частиц. Эта вода труднодоступна для растений, поглощается в основном растениями, приспособленными к засушливым условиям, имеющими очень высокую концентрацию клеточного сока.
Гигроскопическая — это вода, находящаяся в воздушно-сухой почве, удерживаемая внутри почвенных частиц силой свыше 100000 килопаскаль. Ее количество колеблется от 5% в песчаной почве до 14% в глинистой почве. Для растений эта вода недоступна.
Имбибиционная- это вода, находящаяся внутри коллоидных частиц почвы, вызывающая их набухание, при этом в набухшей коллоидной частице создаются значительные водоудерживающие силы. Эта форма воды характерна для торфяников. Для растений она также практически недоступна.
Очень важным моментом является соотношение скорости поглощения воды из почвы и скорости испарения воды растением. При испарении воды из листьев корневая система поглощает воду в доступной зоне, в результате чего в близлежащей почве образуетсязона иссушения. Корневая система, разрастаясь вширь и вглубь, поглощает воду из более дальних участков почвы, но этот процесс не бесконечен и не всегда достаточно быстро происходит. Поэтому если испарение происходит со значительной скоростью, то корневая система слишком быстро поглощает воду и оказывается полностью в зоне иссушения. В этом случае наличие в почве запасов воды не обеспечивает поглощение воды растением.
Микроэлементы (цинк, железо, марганец) в системе «почва-растение» ...
... поглощения в работе Л. В. Переломова и Д. Л. Пинского (2005) показал, что способность почв прочно связывать цинк играет важную роль в доступности металла растениям. Несмотря на увеличение потенциальной доступности цинка с ...
Статически доступная вода оказывается динамически недоступной.
Вода в почве будет находиться в равновесном статическом и динамическом состоянии при следующих условиях:
Будет наблюдаться очень значительное насыщение почвы корнями, так что благодаря малым расстояниям между ближайшими корнями станет невозможным местное иссушение почвы. Вот почему так важно обеспечить полив растениям на первых фазах развития, когда корневая система недостаточно развита.
Будет наблюдаться медленный ток воды через растение, когда скорость поглощения воды корнями из почвы окажется равной скорости восстановления исходного содержания воды в местах иссушения. Вот почему значительную роль играет влажность воздуха, поэтому освежительные поливы в виде дождевания часто рекомендуются в качестве элемента технологии при возделывании культур в южном засушливом климате.
Для различных видов растений (засухоустойчивых или влаголюбивых) оптимальное значение влажности почвы может варьировать в достаточно широких пределах. Кроме того, для одного и того же вида растения в разные фазы его развития этот показатель также может различаться. Более того, семена растений обладают настолько большой сосущей силой, что способны при прорастании даже использовать недоступную гигроскопическую форму воды.
Наиболее важным показателем, характеризующим почву, является влагоемкость почвы. Влагоемкость почвы — это величина, количественно характеризующая водоудерживающую способность почвы.
Водоудерживающая способность почвы — это свойство почвы удерживать в себе то или иное количество влаги от стекания действием капиллярных и сорбционных сил.
Различают следующие разновидности влагоемкости:
? общую,
? полную,
? капиллярную или относительную,
? полевую или предельную или наименьшую,
? максимальную молекулярную.
Для определения необходимости полива чаще всего используют понятие предельной полевой влагоемкости (ППВ).
Поливы назначают при показателе влажности почвы равном 70-75% от предельной полевой влагоемкости.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что роль воды в жизни растений, несомненно, очень велика. Именно вода является основным источником питания растений и принимает активное участие во всех жизненно важных обменных процессах.
1. http://activestudy.info/
2. http://scienceland.info/
3.
4. С. Г. Зайчикова, Е. Н. Барабанов «Ботаника»;
5. В. М. Гольд, Н. А. Гаевский, Т. И. Голованова, Н. П. Белоног, Т. Б. Горбанева. Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Физиология растений»
