2.19. Jak roślina gospodaruje wodą? Opracowała Bożena Smolik Konsultant Arleta Poręba-Konopczyńska

WODA i jej właściwości Jest jedną z najważniejszych i najbardziej rozpowszechnionych substancji. Odznacza się dobrym przewodnictwem cieplnym i wysokim ciepłem parowania, co zabezpiecza organizm przed przegrzaniem, umożliwia sprawną termoregulację. Ma dużą pojemność cieplną, chroniącą organizmy przed nagłymi skokami temperatur (wolno się nagrzewa i wolno ochładza). Jest dobrym rozpuszczalnikiem dla wielu substancji.

Biologiczna rola wody Biologiczna funkcja wody ma związek z jej fizycznymi właściwościami: Jest środowiskiem wszystkich reakcji chemicznych, zachodzących w organizmie. Uczestniczy w reakcjach chemicznych. Stanowi środek transportu wewnątrzustrojowego (substancji odżywczych, witamin, enzymów). Uczestniczy w regulacji temperatury, ciśnienia osmotycznego, pH. Utrzymuje odpowiednie wymiary i kształty komórek, warunkuje jędrność komórki (tzw. turgor). Niedobór wody powoduje zwolnienie procesów życiowych w komórce, a nawet jej zamieranie. http://www.scholaris.pl/cms/index.php/resources/animacja_woda_w_organizmach_%C5%BCywych.html

Mechanizmy przewodzenia wody Mechanizm przewodzenia wody związany jest ze zjawiskami: Osmoza, czyli przenikanie przez błony biologiczne – umożliwia pobieranie wody przez roślinę. Transpiracja, czyli parowanie wody z rośliny – decyduje o wymianie wody między komórką a jej środowiskiem zewnętrznym. Siła ssąca liści, która jest konsekwencją transpiracji – umożliwia transport wody do górnych części rośliny. Parcie korzeniowe, czyli przesuwanie się wody w kierunku naczyń, związane ze zużyciem energii przez roślinę – jest dodatkowym mechanizmem wmuszającym transport wody w kierunku liści.

Osmoza Osmoza polega na przenikaniu cząsteczek wody przez błonę półprzepuszczalną z roztworu o mniejszym stężeniu do roztworu o stężeniu większym. W efekcie osmozy układy dążą do wyrównania stężeń po obu stronach błony. Osmoza nie wymaga nakładów energii i zachodzi we wszystkich komórkach żywych.

Błona komórkowa Błona komórkowa jest strukturą każdej komórki, która umożliwia swobodne przemieszczanie się wody do komórki i z komórki. Błona komórkowa to białkowo- lipidowa struktura o wybiórczym działaniu. Wybiórczość błony komórkowej polega na swobodnym przemieszczaniu się przez nią wody, natomiast sole mineralne przemieszczając się zawsze zużywają energię.

Znaczenie osmozy w życiu rośliny Reguluje zawartość wody – pobieranie, przekazywanie, rozprowadzanie w komórkach i tkankach. Zapewnia odpowiedni turgor roślinie, co ma istotne znaczenie dla zachowania kształtu i dla przebiegu procesów fizjologicznych. Nadaje rosnącym tkankom siłę przebicia przez glebę, np. wzrastającym korzeniom. Warunkuje odporność roślin na suszę, zimno.

Osmoza w kuchni Zjawisko osmozy można zaobserwować kiedy posypiemy solą plasterki ogórka. Po kilku minutach pokrywają się one warstwą cieczy. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki soli nie mogą wnikać do wnętrza komórek ogórka. Aby wyrównać stężenie, z komórek wypływa woda, rozcieńczając stężony roztwór soli na jego powierzchni. W wyniku tego plasterki ogórka robią się wiotkie – ich komórki utraciły wodę i zmniejszyła się ich jędrność, czyli turgor. O tym zjawisku należy pamiętać w życiu codziennym, np. podczas przygotowywania surówek. Zbyt wcześnie posolona rzodkiewka czy pomidor tracą na wyglądzie i smaku.

Pobieranie wody Do pobierania wody z gleby służy roślinie korzeń. Korzenie tworzą systemy korzeniowe (palowy i wiązkowy). Niekiedy główne korzenie docierają bardzo głęboko, sięgając warstw gleby, w których zawsze znajdują się pokłady wody. Główną rolę w pobieraniu wody z gleby odgrywa strefa włośnikowa korzenia. Włośniki znacznie zwiększają powierzchnię korzenia i usprawniają wchłanianie roztworu soli mineralnych z gleby. Włośniki pobierają wodę w procesie osmozy. Woda przenika przez błonę komórkową, która jest półprzepuszczalna. Roztwór glebowy ma niższe stężenie soli mineralnych niż sok komórkowy. Dzięki temu cząsteczki wody wnikają z gleby do wnętrza korzenia.

Transport wody Transport wody po roślinie przebiega sprawnie dzięki specjalnej budowie naczyń, tworzących ciągły system przewodzący we wszystkich organach. Służy temu odpowiednia budowa korzenia, łodygi i liści. Każdy system transportujący powinien zapewniać stałe, szybkie, dokładne i „bezkolizyjne” dostarczanie substancji potrzebnych komórkom. Funkcję kanałów transportujących pełnią tkanki przewodzące: drewno i łyko. Po wniknięciu do komórek włośnikowych skórki korzenia woda i związki mineralne przebywają najpierw drogę w poprzek korzenia, przez tkankę miękiszową, do centralnej części korzenia, do walca osiowego, gdzie znajdują się tkanki przewodzące.

Tkanka przewodząca Drewno: Łyko: transportuje wodę w kierunku z korzenia do liści. zbudowane jest z naczyń lub cewek. naczynia zbudowane są z martwych komórek ułożonych jedna nad drugą, tworzących pasma kapilar. woda w naczyniach może przemieszczać się z prędkością 2m/min. Łyko: transportuje produkty fotosyntezy w kierunku z liści do korzeni. zbudowane jest z żywych komórek, tzw. rurek sitowych.

Plazmoliza Gleby są czasami nadmiernie zasolone na skutek niewłaściwego nawożenia lub posypywania solą oblodzonych jezdni. Roztwór glebowy jest wtedy bardziej stężony niż sok komórkowy roślin, dlatego woda wypływa z komórek korzenia na zewnątrz, a roślina cierpi z powodu tak zwanej suszy fizjologicznej i usycha. W komórkach tych roślin możemy zaobserwować zjawisko plazmolizy, która do pewnego momentu jest jeszcze odwracalna (zachodzi możliwość deplazmolizy). O plazmolizie możesz poczytać i zobaczyć na stronie: http://eduseek.interklasa.pl/artykuly/artykul/ida/1055/idc/3/

Transpiracja Transpiracja jest to parowanie wody z nadziemnych części rośliny, głównie z liści. Transpiracja w przyczynia się do: powstania siły ssącej, wymuszającej przemieszczanie się wody z korzeni do liści, zapewnienia regulacji temperatury rośliny, przez co zapobiega przegrzaniu. Siła transpiracji zależy od: gatunku rośliny - w tym powierzchni liści i ilości aparatów szparkowych, turgoru komórek, który ma wpływ na otwieranie aparatów szparkowych, ruchu powietrza wokół rośliny (wiatr), temperatury otoczenia.

Udział liści w gospodarce wodnej Liście są zbudowane między innymi ze skórki, miękiszu asymilacyjnego i tkanek przewodzących. Są głównym organem przeprowadzającym proces fotosyntezy (do którego niezbędna jest też woda). Ich specyficzna budowa umożliwia: przenikanie światła do chloroplastów, pobieranie dwutlenku węgla, wydzielanie tlenu, doprowadzanie wody do wszystkich komórek liścia, wyparowywanie wody (transpiracja), odprowadzanie substancji pokarmowych do innych części rośliny. Liście są na ogół szerokie i cienkie, co ułatwia wykorzystanie światła i wymianę gazową, ale naraża roślinę na znaczną utratę wody.

Aparaty szparkowe Aparaty szparkowe znajdują się głównie po spodniej stronie liści. Składają się z dwóch fasolowatych komórek szparkowych, leżących naprzeciwko siebie i zetkniętych końcami. Ściana komórek szparkowych ma różną grubość. Jeżeli komórki pęcznieją, to nacisk na cienką zewnętrzną ściankę powoduje otwarcie szparki. Gdy wody brakuje, ściana się zapada, a szparka zamyka. Przy zamkniętych szparkach nie zachodzi wymiana gazowa, co uniemożliwia fotosyntezę. Nie odbywa się transpiracja- co blokuje siłę ssącą, przepływ wody przez roślinę i jej ochładzanie.

Transport wody po roślinie 1 – wyższe stężenie soli mineralnych w komórkach korzenia powoduje wytworzenie układu osmotycznie czynnego i wnikanie wody z gleby do komórek korzenia. 2 – silnie uwodnione komórki korzenia wtłaczają wodę do naczyń ( tkanka przewodząca) 3 – utrata wody w naczyniach liści podciąga słup cieczy w naczyniach łodygi do góry, co wspomaga ruch wody z dołu do góry. 4 – wyparowanie wody prze otwarte aparaty szparkowe i skórkę zwiększa stężenie soku komórkowego w liściu. Woda z naczyń przenika więc do innych komórek liścia. http://www.scholaris.pl/cms/index.php/resources/animacja_charakterystyka_ro%C5%9Blin.html

Gutacja Jest to aktywne wydzielanie przez rośliny wody w formie płynnej, za pomocą specjalnych organów – hydatod- występujących na liściach. Zachodzi w warunkach wysokiej wilgotności powietrza lub w środowisku wodnym, gdy parowanie wody przez aparaty szparkowe jest niemożliwe lub utrudnione.

Sposoby na oszczędzanie wody Skórka pokryta kutykulą lub woskiem Obecność na skórce włosków, utrudniających parowanie Redukcja powierzchni liści Ukrycie aparatów szparkowych w zagłębieniach skórki Zrzucanie liści

Magazynowanie wody Rośliny rosnące na terenach ubogich w wodę lub gdzie woda występuje okresowo przystosowały się do jej magazynowania w łodygach lub w liściach, a także do pobierania wody przez rozbudowany system korzeniowy.

Zadania Przeprowadzono doświadczenie, które miało wykazać miejsce występowania aparatów szparkowych w liściu. W tym celu w probówkach napełnionych jednakową ilością wody z warstwą oliwy na jej powierzchni umieszczono jednakowej wielkości liście. Część liści posmarowano wazeliną po stronie dolnej, część po stronie górnej, części w ogóle nie posmarowano. Po pewnym czasie uzyskano efekt, który ilustruje poniższy schemat. Na podstawie analizy rysunku określ, po której stronie liści znajdują się aparaty szparkowe. Odpowiedź uzasadnij. / 2 punkty/

Zadania Parcie korzeniowe to jest to jeden z procesów, umożliwiających wodzie pobranej z gleby wędrówkę w górę rośliny, czyli wbrew przyciąganiu ziemskiemu. Z poniższych opisów doświadczeń wybierz to, które pozwoli zaobserwować ten proces: a/ Białą, ciętą frezję umieszczono w naczyniu z rozpuszczonym atramentem. b/ Pelargonię w doniczce przykryto workiem foliowym. c/ Pelargonię, wcześniej silnie podlewaną, ucięto na wysokości 5 cm od powierzchni gleby. d/ Do dwóch termosów włożono po 20 nasion fasoli. W pierwszym nasiona były suche, do drugiego wlano wodę. Termosy zamknięto korkami zaopatrzonymi w termometry.

Zadania 3. Podaj funkcję włośników. 4. Wymień trzy przykłady znaczenia, jakie ma dla rośliny zjawisko transpiracji.

Źródła J. Loritz-Dobrowolska i wsp.,Biologia 1, Operon,2009r. E. Kłos i wsp., Ciekawa biologia1,WSiP, 2002r. B.Klimuszko, Żak, 2009r. M.Jefimow ,M.Sęktas, Puls życia, Nowa Era,2009r. H.Lach,J.Ślósarczyk, Nowa Era, 1994r. Z.Sendecka i wsp., Vademecum, Operon, 2008r.