Какие органы растений испаряют воду

Транспирация у растений и ее биологическое значение

Транспирация у растений и ее биологическое значение

Растения обладают своеобразной «кровеносной системой», позволяющей обеспечивать их всеми необходимыми для развития веществами. Ее венец – освобождение от воды через листья и стебли, которое биологи назвали «транспирация».

Транспирация – что это такое

Если говорить об этом понятии подробнее, то транспирация – не что иное, как испарение в атмосферу влаги из листьев и стеблей живых растений. Это явление помогает воде, которую всасывает корневая система, иногда из достаточно глубоких слоев грунта (в пустынях корни могут уходить вглубь даже на двадцать метров), подниматься по стеблям или стволам к листьям, цветам, плодам, доставляя ко всем частям растительного организма нужные минералы и элементы. И новая порция воды с питательными веществами «подсасывается» благодаря транспирации у растений: место освобождается испарением использованной влаги через мелкие поры на листьях, расположенные с тыльной стороны. Интенсивность движения воды зависит от внешних факторов – времени суток, температуры и влажности воздуха. Другими словами, растение транспирирует, когда влажность воздуха внутри него выше влажности окружающей атмосферы. Доказано, что десять процентов всей влаги, которая испаряется на поверхности Земли, относится на счет именно растительного мира нашей планеты.

Биологическое значение транспирации

Перефразируя известное выражение, можно сказать: если какое-то явление существует, значит, оно для чего-то нужно. Справедливо это и по отношению к транспирации. Для растений она имеет жизненно важное значение, и считать ее губительной для мира флоры неверно.

1. Процесс транспирации обеспечивает постоянное движение воды «от пят до макушки» – через корни, стебли, листья.
2. Таким образом удается регулировать температурный и водный режимы. В самое жаркое время летнего дня листья обычно прохладнее окружающей атмосферы на три – восемь градусов.
3. Испарение помогает разгрузить растение от излишка влаги внутри и дать место новой партии воды, полной питательными микроэлементами.
4. Транспирация предотвращает перегревание и ожоги листьев при высокой температуре или попадании прямых лучей солнца.

Но если воды уходит больше, чем растение успевает «выпить» из земли корнями, ему грозит опасность:

• дефицит влаги;
• приостановка роста;
• уменьшение интенсивности фотосинтеза;
• нарушение обмена веществ внутри растительного организма.

Итогом может стать не просто увядание, но даже гибель. И все-таки, если условия не экстремальны, растение способно самостоятельно регулировать уровень испарения. Если воды к поверхности, откуда она испаряется, приходит недостаточно, транспирация замедляется.

Процессы передвижения воды

Как мы уже выяснили, транспирация – естественный физиологический процесс в растительном мире. Главный ее орган – лист. Поскольку листьев у растений много, они образуют достаточно большую площадь для испарения. В результате водный потенциал уменьшается, а это сигнал для клеток листьев к поглощению воды из ксилемных жилок. По принципу падающего домино следом провоцируется движение воды из корней по ксилеме к листьям. Образуется нечто сродни верхнему конечному двигателю. И чем активнее транспирация, тем мощнее верхний «двигатель», и тем сильнее всасывающая сила «двигателя» нижнего – корневой системы.

Из стебля вода движется в листок, проходя по жилкам через черешок. По дороге жилки «разбегаются», число проводящих элементов становится меньше. Сами жилки превращаются в отдельные трахеиды, которые образуют очень густую сеть. Задерживают влагу в листе однослойный эпидермис с кутикулой на его поверхности. Превратившаяся в пар вода выходит сквозь устьица – специальные многочисленные отверстия микронных размеров, которые растение в состоянии расширять или сужать в зависимости от внешних условий.

Механизм и интенсивность транспирации

Растения поглощают лишь незначительную часть всего объема воды, который добывают из грунта – 0,2 процента, иногда немного больше. Все остальное испаряется в воздух. Механизм работы верхнего конечного двигателя достаточно прост. Основан он на том, что обычно в атмосфере маловато водяных паров, а значит, ее водный потенциал можно охарактеризовать как негативный. Например, при относительной влажности воздуха в 90 процентов атмосферное давление равняется 140 барам. А у подавляющего большинства представителей царства флоры давление внутри листа варьируется между 1 и 30 барами. Такой большой разрыв и обеспечивает транспирацию. Водный дефицит, спускаясь по клеткам от листьев по стеблям, неминуемо достигает корней. Это вынуждает нижний двигатель «запускаться», всасывая воду из грунта. А испарение с поверхности листьев поднимает ее, вместе со всеми минеральными солями, обратно наверх.

Есть несколько факторов, влияющих на интенсивность транспирации.

1. «Наполненность» растения водой. Когда она достигает критического уровня, устьица сужаются.
2. Насыщенность воздуха углекислым газом. Большинство растений на чрезмерную его концентрацию отвечают закрытием устьиц.
3. Освещение. Обычно когда светло, устьица открыты. Темнеет – закрываются.
4. Температура воздуха. Переваливая за 35-40°С, она провоцирует закрытие устьиц.
5. Температура поверхности самого листа. Нагреваясь на каждые 10°С, лист отдает вдвое больше влаги.
6. Влажность воздуха и скорость ветра. Чем суше атмосфера, тем выше транспирация.

Транспирация: виды

Испарение воды растениями проходит в три фазы:

1. Продвижение из жилок в верхние слои мезофилла.
2. Испарение из стенок клетки в межклеточные промежутки и пустоты вокруг устьиц; последующий выход наружу.
3. Последний этап подразделяется на:

• транспирацию через устьица – устьютную;
• испарение в атмосферу непосредственно через клетки эпидермиса – кутикулярную транспирацию.

Устьютная

Ее можно разбить на две стадии.

1. Переход воды из капельного состояния (в таком виде она пребывает в клеточных оболочках) в газообразное в межклеточных промежутках. В это время растение способно регулировать силу транспирации. Если воды ему не хватает, в корневых и стеблевых сосудах возникает сильное напряжение, задерживающее продвижение воды к клеткам листьев. И испарение замедляется.
2. Выделение пара на поверхность через устьица. Как только водяной пар выходит из межклеточных пустот, они снова заполняются за счет перемещения из оболочек клеток. Основной рычаг координирования транспирации – это степень открытости устьиц.

Кутикулярная

Транспирация, которую биологи назвали кутикулярной, у разных видов растений очень отличается по своей интенсивности. У одних потеря влаги за ее счет совсем незначительна. Например, семействам магнолиевых и хвойных толстый эпидермис и кутикула поверх него на листьях не дают терять много жидкости. У других транспортируемая таким образом вода может составлять до 50 процентов общего объема. Особенно силен процесс, когда листья еще молоденькие, с очень тонким эпидермисом и кутикулой.

Суточный ход и показатели транспирации

На протяжении суток растения «дышат» с разной силой.

1. Если на улице ясно и не очень сухо, первый глубокий «вдох» они делают на рассвете, когда устьица открываются на максимальную ширину. Во второй половине дня они понемногу сужаются и закрываются, когда садится солнце.
2. В сухую погоду это происходит намного раньше – уже к десяти-одиннадцати часам. Как только к вечеру зной спадает, они опять открываются до заката.
3. Когда небо затянуто облаками, устьица обычно открыты до вечера, но не очень широко.

Суточные колебания потери воды сопоставимы с движением устьиц. Транспирация несколько опережает поступление влаги, которая не может с такой же скоростью проходить по клеткам растения. Поэтому в дневное время образуется определенный дефицит. Зато ночью, когда устьица закрыты и «спят», он восполняется. Но во многом ситуация зависит от региона, где растение живет, и его вида. Так, у кактусовых и молочайных устьица открываются исключительно по ночам.

В умеренном климате для накопления одного грамма сухих веществ растения задействуют около 300 граммов воды. В общем, данный показатель может колебаться от 125 до 1000 граммов.

Источник

Биология в лицее

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Испарение воды растениями

Известно, что вода имеет жизненно важное значение для любого организма. Тогда почему растение испаряет воду? Все ли растения имеют одинаковые потребности в воде? Наша цель – выяснить, какие именно функции вода выполняет в растении.

Доказательство испарения воды листьями. Капельки воды, появившиеся на стенках колбы (см. рис.), свидетельствуют только об одном – листья испаряют воду. В результате обмена веществ в клетках основной ткани листа, на поверхности клеток появляется парообразная вода. Затем она проходит в межклетники и испаряется через открытые устьичные щели. Растение может регулировать интенсивность процесса испарения, увеличивая или уменьшая устьичную щель. Замыкающие клетки устьиц обладают способностью закрывать щель при переработке воды в растении. При закрытых устьицах водяной пар накапливается в межклетниках и испарение с поверхности клеток мякоти прекращается. Незначительное количество воды испаряется и через клетки кожицы.

Водный обмен в растении. Большую часть воды растение получает из почвы с помощью корневых волосков корня. По сосудам корня вода с растворёнными в ней минеральными солями поступает в сосуды древесины стебля. Наконец, она попадает через сосуды жилок листа к каждой клеточке основной ткани. Здесь часть воды используется в процессе фотосинтеза, другая часть – во многих химических процессах преобразования веществ. В результате разложения органических веществ до углекислого газа и воды, она освобождается, выделяется из клетки и испаряется. Заметим, что большинство химических процессов идёт именно в водных растворах, поэтому поступление воды в клетку должно быть постоянным. Почему же клетка выделяет воду? Это помогает притоку новых порций водных растворов минеральных веществ из почвы. Вода затем испарится, а минеральные вещества останутся в растении, образуя так называемое сухое вещество. Они войдут в состав различных соединений организма растения.

Следовательно, водный ток в растении идёт снизу вверх – от корней к листьям. Снизу вода подаётся корнем, вверху листья её испаряют. Таким образом, ток воды с растворёнными веществами становится непрерывным. При нормальном водном обмене в благоприятных условиях растение испаряет до 95 % воды, полученной из почвы. В процессе фотосинтеза на создание органического вещества используется совсем небольшая её часть (из 1 литра – 1,5–2 г).

Условия, влияющие на испарение воды. Известно, что в жаркий день многие растения, особенно с широкими горизонтальными листьями, опускают их (подвядают). К вечеру листья распрямляются. В чём причина этого явления? На солнце, в жаркое время суток испарение превышает поступление воды в клетки листа. Объём вакуоли, а с ней и клетки уменьшается. Лист как бы подвядает. Но стоит понизиться испарению, как содержание воды в клетках восстанавливается. И клетки, и органы возвращают прежнее упругое состояние.

Если температура высокая, солнце яркое, ветрено, а влажность воздуха небольшая – испарение идёт особенно интенсивно. В тихую, пасмурную погоду, при умеренной температуре испарение уменьшается. Практически на интенсивность испарения влияют все условия, в которых произрастает растение: температура, освещённость, сила ветра, влажность воздуха и почвы. Растения, которые произрастают в условиях постоянного недостатка влаги, выработали специальные приспособления для уменьшения испарения. В первую очередь – это небольшие листовые пластинки (вспомним кактусы), а также утолщённые стенки клеток кожицы, восковой налёт, густые волоски, отражающие солнечные лучи.

Механизм испарения листьями. (Анимация)

Достаток или дефицит влаги в клетках влияет на все жизнедеятельные процессы растения.

Сухопутные растения произрастают в местах разной степени обводненности. По способности осуществлять свой водный обмен в разных условиях среды обитания растения разделяются на разные экологические группы. Экологические группы – это группы растений по отношению к какому-либо одному фактору среды, определяющему приспособительные свойства организмов.

Значение испарения воды для растения. Ни одно растение не может жить без воды. Она составляет от 70 до 95% сырой массы тела растения. Все процессы жизнедеятельности организма протекают с использованием воды: прорастание семян, рост и развитие взрослого растения, фотосинтез, образование плодов и семян. Важно, что при испарении поддерживается непрерывный ток воды по растению снизу вверх. Клетки листа, отдавшие воду, начинают активно её поглощать из сосудов жилок. Вместе с водой к клеткам поступают растворённые вещества. Следовательно, питание клетки прямо связано с испарением. При испарении организм растения охлаждается. Если процесс испарения нарушен, растение в потоках яркого солнечного света может пострадать от ожогов.

Интерактивный урок-тренажёр. (Выполните все задания урока)

Листопад – это естественный процесс отделения листа от стебля. Значение листопада заключается в защите растения от излишнего испарения. В результате листопада резко сокращается испаряющая поверхность, а следовательно, и потеря воды растением. Кроме того, в процессе листопада растение освобождается от ненужных организму веществ, накопившихся в процессе длительного периода в листьях.

Интенсивность испарения зависит от температуры, освещённости, влаж ности, силы ветра. У растений выра ботались специальные приспособле ния к излишней потере воды.

Источник