1.19. Gospodarka wodna roślin. Opracowała Bożena Smolik Konsultant Arleta Poręba-Konopczyńska

WODA i jej właściwości Jest jedną z najważniejszych i najbardziej rozpowszechnionych substancji na Ziemi. 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). Ma wysokie napięcie powierzchniowe, co sprawia, że spełnia ważną rolę w tworzeniu błon cytoplazmatycznych. Błąd ..jej powierzchnia może być środowiskiem życia organizmów. Ma niesymetrycznie rozmieszczone ładunki elektryczne (jest dipolem) co sprawia, że jest dobrym rozpuszczalnikiem dla wielu substancji.

Biologiczna rola wody Stanowi niezbędny składnik każdej żywej komórki. Zawartość wody w organizmach jest zmienna i zależy od gatunku, wieku i stanu organizmu. Przeciętna zawartość wody w organizmach wynosi 70- 80%. Woda stanowi środowisko wszystkich reakcji chemicznych, zachodzących w organizmie. Stanowi środek transportu wewnątrzustrojowego (substancji odżywczych, witamin, enzymów). Uczestniczy w regulacji temperatury, ciśnienia osmotycznego, pH. Uczestniczy w reakcjach chemicznych. Utrzymuje odpowiednie wymiary i kształty komórek, warunkuje jędrność komórki ( tzw. turgor). http://www.scholaris.pl/cms/index.php/resources/animacja_woda_w_org anizmach_%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 żywych komórkach.

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 przemieszczają się zawsze ze zużyciem energii.

Przykłady zachodzenia zjawiska osmozy 1. Gdy w wodzie umieści się rodzynki po pewnym czasie rodzynki silnie pęcznieją. Wyjaśnienie zjawiska: Rodzynki to wysuszone winogrona. Ich komórki zawierają dużo cukru. Po umieszczeniu rodzynków w wodzie błony komórkowe zatrzymują we wnętrzu owocu cząsteczki cukru, a przepuszczają do środka cząsteczki wody. Z powodu napływającej wody rodzynki robią się jędrne. 2. 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.

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.

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 wodonośnych. 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. 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 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 2 m/min. Łyko transportuje produkty fotosyntezy w kierunku z liści do korzeni. zbudowane jest z żywych komórek, tzw. rurek sitowych.

Transpiracja Transpiracja jest to parowanie wody z nadziemnych części rośliny, głównie z liści. Transpiracja przyczynia się do: powstania siły ssącej, wymuszającej przemieszczanie się wody z korzeni do liści, zapewnia regulację 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 liścia 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 w 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 – przemieszczanie się wody do komórek miękiszowych liści podciąga słup cieczy w naczyniach łodygi do góry, co wspomaga ruch wody z dołu do góry. 4 – wyparowanie wody przez 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.

Przystosowania roślin do ograniczenia parowania wody Przed nadmiernym parowaniem wody chroni roślinę tkanka okrywająca. W młodych częściach rośliny jest to pojedyncza warstwa silnie przylegających komórek, tworzących skórkę. Przed nadmiernym parowaniem przez skórkę chroni: warstwa nieprzepuszczalnej dla wody kutyny lub włoski, będące wytworem skórki. Zdrewniałe części roślin przed utratą wody chroni wielowarstwowy korek. Istotne znaczenie dla gospodarki wodnej ma kształt i wielkość liści. Liście kaktusa, występujące w postaci kolców, są przystosowaniem do życia w suchym i gorącym klimacie. Liście (rozchodnik) lub łodygi (kaktus) niektórych roślin mogą magazynować wodę.

Zadania Wyjaśnij, w jaki sposób skórka chroni liść przed utratą wody. Posypywanie solą oblodzonych jezdni i chodników przyczynia się do nadmiernego zasolenia gleb. Wyjaśnij, jakie to ma znaczenie dla gospodarki wodnej roślin, rosnących wzdłuż jezdni. Wymień trzy czynniki, które wpłyną na zwiększenie transpiracji. Białą, ściętą frezję umieszczono w naczyniu z rozpuszczonym w wodzie atramentem. Podaj, jaki będzie wynik tego doświadczenia oraz sformułuj wniosek. /2 punkty/

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.