Как растения собирают воду из воздуха
Важную роль в поглощении растениями воды из воздуха играют волоски, которыми усеяна поверхность их листьев, Во влажном воздухе они набухают, впитывая воду, а в сухом — отдают ее растению, утончаясь и сгибаясь. Авторы этого открытия, ученые из университета Синсю и Института индустриальной технологии Симанэ (Япония), рассказали о нем в своей статье в журнале Applied Physics Letters.
Рассмотреть подробно весь процесс можно на видеозаписи, созданной с помощью электронного микроскопа и приложенной к пресс-релизу Американского института физики. На ней хорошо видно, как набухшие от впитанной из воздуха воды конические волоски сначала становятся тоньше и сгибаются под углом в 90%, отдавая влагу своему растению. Когда воздух вокруг растения из сухого снова становится влажным, волоски совершают обратную эволюцию.
Результаты исследования показывают, что способность как впитывать воду, так и отдавать ее, волоскам придают находящиеся внутри них особые микроскопические волокна. Они же отвечают за сгибание волосков на 90% — по-видимому, с целью увеличения их механической прочности, ведь сухие волоски могут стать ломкими.
Модельным растением в этом исследовании выступала мухоловка Сиболда (Lychnis sieboldii). Однако исследователи считают, что аналогичный механизм присутствует и у других растений с «волосатыми» листьями.
Это открытие может иметь прикладное значение. «Эти растения дают нам отличную идею для копирования, — сказал профессор Сигеру Яманака (Shigeru Yamanaka), один из авторов исследования. — С помощью современных технологий можно разработать аналогичные волокна, а на их основе — устройства, которые смогут собирать воду из воздуха в засушливых районах планеты».
Напомним, что из-за глобального изменения климата засухи на планете усиливаются. По оценкам ученых, к 2080 г. от них будет страдать в 7 раз больше людей, чем сейчас. Сегодня от них уже страдает население центральной Африки, в несколько меньшей степени — Австралии и Амазонии, а в ближайшие испытывать на себе действие больших засух, судя по всему, придется жителям стран стран Азии и США.
Источник
Урок Бесплатно Дыхание растений. Передвижение и испарение воды в растениях
Дыхание растений
Растения состоят из одной или множества клеток.
Дыхание — такой же признак, характерный для живых организмов, как и рост, размножение.
Даже одноклеточные растения, такие как водоросль хлорелла, дышат, хотя и живут в воде.
Зачем растениям нужен кислород?
О том, что растения являются главным источником кислорода (О2), знают даже ученики младших классов.
Из-за этого и возникает путаница.
Многие ошибочно считают, что раз растения внешне не похожи на животных, значит дыхание у них происходит «в обратную сторону».
Часто люди думают, что растительные клетки выделяют кислород и поглощают углекислый газ (СО2) и таким образом дышат.
Мы развеем эти заблуждения.
Но для начала зададим вопрос: «Почему ученые не советуют ставить большие растения в спальне?»
Почему у людей, которые не слушались этого совета, утром болела голова и они себя чувствовали, мягко говоря, не очень хорошо?
Исследователи выяснили причину этого странного явления.
Оказывается, что растения, так же, как и люди, поглощают кислород и выделяют углекислый газ.
За счет этого они получают энергию.
Человек, который ночью спал в комнате с растениями, не получал достаточно кислорода и буквально травился углекислым газом, выделенным растением.
Схематично молекулу углекислого газа (СО2) можно представить так:
Запомните и никогда не путайте:
Дыхание — это процесс поглощение кислорода, а фотосинтез — его выделение растительными клетками.
Отличие дыхания от фотосинтеза:
свойственно всем клеткам
характерно только для растений
углекислый газ выделяется
углекислый газ поглощается
образуются сложные химические вещества
Влияние внешних факторов на процесс дыхания растений
- увеличение содержания кислорода в воздухе до 8–10 % сопровождается повышением интенсивности дыхания у растений, но дальнейшее увеличение концентрации кислорода не влияет существенно на дыхание
- в атмосфере чистого кислорода (без примесей азота и углекислого газа) интенсивность дыхания растений снижается. При длительном его действии растение погибает
- при высоком содержании углекислого газа в воздухе дыхание растений замедляется, так как устьица закрываются
- дыхание некоторых растений идет и при температуре ниже 0 о С (например, ель дышит при -25 о С)
- активность дыхания, возрастает при повышении температуры до определенного предела (+35- 40 о С)
- повышение содержания воды в семенах приводит к резкому увеличению интенсивности дыхания
- такие элементы, как сера, железо, медь, марганец, необходимы для дыхания, поэтому дыхание активируется при их высоком содержании (например, в воде)
- механическое повреждение усиливает дыхание
- интенсивность дыхания корней, как и листьев, по мере старения растений снижается
Откуда берется энергия у растений?
Когда вы учили строение клетки, то узнали о такой органелле, как митохондрия.
На рисунке она похожа на фасолинку, хотя встречаются и другие ее формы.
Это очень странная часть клетки.
Некоторые ученые считают, что она образовалась из какого-то микроорганизма, который проник в клетку-хозяина и потом потерял большую часть своих способностей.
Правда, митохондрии сохранили способность двигаться и даже могут сливаться друг с другом!
Эта органелла стала просто незаменимой для клеток.
Ведь она выполняет одну из главных задач — образует молекулу АТФ (Аденозин-Три-Фосфорная кислота).
Когда от АТФ отщепляется один из трех фосфатов, то выделяется 40 000 Джоулей энергии.
Чтобы было понятнее — столько энергии нужно, чтобы нагреть примерно половину стакана льда до состояния кипятка.
И это только один фосфат отщепляется, а если три?
Представляете, сколько энергии в одной молекуле?
Присоединяя фосфаты, АТФ запасает энергию и постепенно отдает ее.
«А при чем здесь кислород?» — спросите вы.
Кислород участвует в сложном процессе образования АТФ с помощью глюкозы внутри митохондрии. Это называется внутриклеточным дыханием.
И в результате всех этих химических реакций образуется углекислый газ и вода, так же, как и при горении.
Следовательно, горение похоже на дыхание.
Есть лишь небольшая разница: при горении в результате реакции кислорода с молекулами других веществ, энергия высвобождается мгновенно.
Опыты, доказывающие дыхание растений
Опыт №1 Образование углекислого газа при дыхании
Возьмем веточку растения, поставим ее в стакан с водой; рядом поставим другой стакан с прозрачной известковой водой, закроем всё стеклянным колпаком и поместим в темное место, чтобы приостановился процесс выделения кислорода.
Примерно через сутки мы увидим, что стакан с известковой водой помутнел, эта реакция известковой воды на углекислый газ.
Откуда в закрытом колпаке образовался углекислый газ?
Делаем вывод: растение выделило углекислый газ в ходе дыхания.
Таким образом, мы видим, что растение активно дышит, забирая из воздуха кислород и выделяя углекислый газ.
Но не забывайте, что дыхание растений идет непрерывно и днем, и ночью, как у человека и животных.
Опыт №2 Необходимость воздуха для дыхания корней
Взяли два растения и поместили их в сосуды с водой, на поверхность воды налили масло (слой масла задерживает поступление воздуха в воду).
Воду в одном из сосудов ежедневно насыщаем воздухом из пульверизатора, растение в этом сосуде активно развивается.
А другое растение начинает гибнуть из-за недостатка воздуха, который необходим корням растения.
Вывод: корни растения дышат, без дыхания корней все растение может погибнуть.
Опыт № 3 Дыхание семян
В одну банку положим проросшие семена, в другую банку положим сухие семена.
Закроем плотно обе банки и поставим в темное теплое место.
На следующий день проверим состав воздуха.
Вы знаете, что для горения необходим кислород.
Опустим в бутылку с сухими семенами зажженную свечку — она хорошо и непрерывно горит, то есть воздух в банке остался неизменным, так как непрорастающие семена дышат очень слабо.
А если поместим свечку в банку с прорастающими семенами, свечка сразу потухнет, потому что прорастающие семена активно израсходуют кислород в ходе дыхания и выделят большое количество углекислого газа, а раз нет кислорода — горение свечи происходить не может, так как для горения нужен кислород.
Опыт доказывает, что проросшие семена активно дышат, поглощая кислород и выделяя углекислый газ.
Вывод: дыхание растениям необходимо для получения энергии, которая тратится на различные процессы жизнедеятельности (рост, размножение, питание и другие процессы)
Дыхание во всех живых клетках и органов растения происходит непрерывно.
Как и животные, растения погибают с прекращением дыхания.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Источник
Bio-Lessons
Образовательный сайт по биологии
Значение воды в жизни растений. Испарение воды листьями.
Значение воды в жизни растений. Вода имеет очень важное значение для растительного организма. Ее недостаток приводит к замедлению роста и в конечном счете приводит к его гибели. Вода участвует и влияет на следующие процессы:
1. Образование органических веществ в ходе фотосинтеза невозможно без участия воды. Недостаток влаги приводит к полному прекращению фотосинтеза в листьях и других зеленых частях растения.
2. Вода осуществляет транспорт растворенных веществ — сахаров, минеральных солей и т. д. Вещества в организме растений не могут перемещаться в сухом виде. Поэтому транспорт любых веществ по организму растений осуществляется в виде растворов. Как вы помните, растворенные минеральные (неорганические) вещества переносятся по сосудам ксилемы — древесины, а органические вещества по ситовидным трубкам луба — флоэмы.
3. Если бы листья не испаряли воду, то растворы перестали бы подниматься по стеблям на большие расстояния. Это особенно важно для высоких древесных растений. Поскольку силы, с которой клетки корня выталкивают водные растворы в стебель, не хватает для того, чтобы вода достигла листьев. Процесс испарения способствует продвижению воды по стеблю, как бы подгоняя ее вверх.
4. Вода составляет значительную часть массы живых клеток. Значит, при росте, размножении и формировании новых клеток необходимо достаточное количество воды. Нужны и другие вещества, из которых состоят клетки. Это белки, жиры, углеводы и минеральные соли. Но в целом их нужно меньше, чем воды.
5. В жаркие дни испарение защищает листья от перегрева солнечными лучами.
Испарение воды (транспирация) происходит в основном в листьях. Чем больше пластинка листа, тем больше испаряется влаги. В испарении воды растением можно убедиться, поставив следующие опыты (рис. 1, а-б).
Рис.1 Опыты по определению испарения воды листьями растений
Опыт №1. Возьмем комнатное растение и на один из его побегов наденем колбу. Горлышко колбы закроем ватой. Через несколько дней на внутренней стороне колбы появятся капельки воды. Они образовались из паров, которые выделяются листьями.(рис. 1, а)
Для проведения опыта №2 возьмем 3 пробирки, наполненные водой (рис. 1, б).
В первую пробирку наливается вода, при этом она ничем не прикрывается. Во вторую пробирку приливаем такой же объем воды и сверху наливается масло тонким слоев (0,5-0,6 см). В третью пробирку помещается веточка с листьями, приливается вода по уровню, равному с первыми двумя пробирками. Сверху приливаем растительное масло. Через 2-3 дня можно обнаружить, что воды в первой пробирке стало меньше, поскольку ничто не препятствовало ее испарению с поверхности.Уровень воды во второй пробирке не изменился, так как слой масла препятствовал испарению. В третьей пробирке количество воды также уменьшилось, потому что идет процесс испарения листьями.
Вода испаряется даже в плотно закупоренном сосуде, если в него через маленькое отверстие вставлена веточка растения, (рис.1, в).
Испарение воды осуществляется через устьица. Если растению не хватает воды, устьица закрываются (рис.2).
Рис.2 Закрытое и открытое устьице
Приспособление листьев к влажному и сухому климату. В районах с повышенной влажностью листья у растений крупные и темно-зеленые, на них очень много устьиц. Насыщенность воздуха и почвы влагой способствует увеличению размера листьев.
Листья растений, произрастающих в засушливых местах, приспособлены к замедленному испарению. У одних растений они мелкие, у других преобразовались в колючки, чешуйки. Иногда они покрыты восковым налетом или густыми волосками.
Листья саксаула, растущего в южных областях Казахстана, из-за недостатка влаги видоизменены в мелкие чешуйки (рис. 3). Устьица находятся в молодых побегах, поэтому процесс фотосинтеза происходит в молодых зеленых побегах, а не в листьях.
У песчаной акации и чингиля, растущих на засоленных и песчаных почвах, листья мелкие, узкоконусовидной формы. Снаружи они покрыты небольшими короткими густыми волосками — серебристым пушком, поэтому воду они испаряют в очень незначительном количестве. Обычно, если влаги достаточно, то устьица растений открываются, и лишняя вода испаряется. Когда наступает дефицит влаги, устьица закрываются и испарение прекращается.
Испарение воды листьями — обязательный процесс, без него вода не поднималась бы : по стеблю, а вместе с ней не транспортировались бы по растению растворенные вещества. Вода всасывается корнем, а испаряется листьями через устьица. Фотосинтез без воды тоже невозможен. Испарение воды — защита от перегрева. Чтобы растениям хватало воды, они приспособились к разному климату. У растений засушливых мест листья мелкие с толстой оболочкой, видоизмененные в колючки или чешуйки (саксаул), У растений влажных мест листья широкие, большие, с большим количеством устьиц.
Источник
