Транспирация у растений и ее биологическое значение

Механизм транспирации

Процесс жизнедеятельности любого растения неразрывно связан с потреблением влагой. Из суточного объема полученной воды для фотосинтеза и физиологических потребностей растению необходимо только 10%. Оставшиеся 90% испаряются в атмосферу.

Транспирация – это процесс перемещения жидкости по растительному организму и ее испарения наземной частью растения. В транспирации участвуют листья, стебли, цветы, плоды, корневая система растительного организма.

Зачем растению нужно испарять влагу? Транспирация позволяет растению получать из грунта питательные вещества и микроэлементы, растворенные в воде.

Механизм действия следующий:

1. Освобождаясь от лишней влаги, в водопроводящих тканях растений создается отрицательное давление.
2. Разряжение «подтягивает» влагу из соседних клеток ксилемы, и так, по цепочке, непосредственно до всасывающих клеток корневой системы.

Благодаря процессу испарения растения естественным образом регулируют свою температуру, защищая себя от перегрева. Доказано, что температура транспирирующего листа ниже не испаряющего влагу. Разница достигает 7°С.

У растений различают две разновидности влагообмена:

• посредством устьиц;
• через кутикулы.

Чтобы понять принцип действия данного явления необходимо вспомнить строение листа из школьного курса биологии.

Лист растения состоит из:

1. Клеток эпидермиса, которые образуют основной защитный слой.
2. Кутикула – восковой (внешний) защитный слой.
3. Мезофилл или «мякоть» – основная ткань, расположенная между внешними слоями эпидермиса.
4. Прожилки – «транспортные магистрали» листа, по которым перемещается влага насыщенная питательными веществами.
5. Устья – отверстия в эпидермисе, контролирующие газообмен растения.

При устьичной транспирации, процесс испарения происходит в две стадии:

1. Переход влаги из жидкой фазы в парообразную. Вода в жидком состоянии находится в клеточных оболочках. Пар формируется в межклеточном пространстве.
2. Выделение газообразной влаги в атмосферу через устья эпидермиса.

При устьичном влагообмене растение может регулировать уровень испарения. Далее рассмотрим механизм действия данного процесса.

Кутикулярная транспирация регулирует испарение влаги с поверхности листьев при закрытых устьях. Интенсивность испарения жидкости зависит от толщины кутикулы и возраста растения.

Важно знать, что уровень устичной транспирации составляет от 80 до 90 % от объема испарения всего листа. Именно поэтому такой механизм является основным регулятором интенсивности испарения у растений

Регуляция[править | править код]

Растение регулирует свой уровень транспирации с помощью изменения размера устьичных щелей. На уровень транспирации также влияет состояние атмосферы вокруг листа, влажность, температура и солнечный свет, а также состояние почвы и её температура и влажность. Кроме того, надо учитывать и размер растения, от которого зависит количество воды, поглощаемой корнями и, в дальнейшем, испаряемой через листья.

Во время сезона роста лист может испарить количество воды во много раз превышающее его собственный вес. Один гектар посева пшеницы испаряет за лето 2000—3000 тонн воды. В сельском хозяйстве оперируют понятием транспирационного коэффициента, это соотношение между затраченной массой воды и приростом сухой массы. Обычно он составляет от 200 до 600 (1000), т.е для образования одного килограмма сухой массы сельхозкультуры необходимо от 200 до 1000 литров воды.

Для измерения уровня транспирации растений существует множество техник и приборов, включая потометры, лизиметры, порометры, фотосинтетические системы и термометрические сенсоры. Для измерения эвапотранспирации применяют главным образом изотопные методы. Недавние исследования показывают, что вода, испарённая растениями, отличается по изотопному составу от грунтовых вод.

У пустынных растений есть специальные приспособления, позволяющие снизить транспирацию и сохранить воду, такие как толстая кутикула, уменьшенная площадь листьев и волоски на листьях. Многие из них используют так называемый CAM-фотосинтез, когда днём устьица закрыты, а открываются только ночью, когда температура ниже, а влажность больше.

Проект: «Транспирационный эксперимент»

 Растения потеют? Не совсем, но они теряют воду. Подсчитайте недостающую массу с помощью этого эксперимента, узнав, как растения испаряют воду через транспирацию.

Что нам понадобится:

• три небольших тонколистных растения;
• три небольших широколистных растения;
• маленькая лейка;
• линейка;
• 6 пластиковых пакетов, достаточно больших, чтобы полностью покрыть горшок с растением;
• малярный скотч.

Ход эксперимента:

1. Возьмите шесть маленьких растений, три с широкими листьями и три с узкими листьями. Используйте малярный скотч и ручку, чтобы написать на каждом растении его номер.
2. Поливайте растения, пока вода не будет выливаться из нижней части горшка. Если растения очень сухие или сухая почва, то их тщательно полейте и подождите несколько минут. Затем полейте их снова. Когда вода впитается и горшок наполнится водой, а почва будет мягкая как губка — самое время взвесить растения. Нарисуйте таблицу, которая показывает, сколько весит каждое растение до и после эксперимента.

1. Создайте гипотезу, обратившись к этим вопросам:

• Если вы поливаете растения, а затем ставите их на солнце, что будет с водой?
• Изменится ли что-нибудь, если вы обернете пластиковым пакетом вокруг основания растения?
• Как добавление пакета изменит ваш эксперимент?

1. Поставьте растения на теплое солнце на час, надев на них пакеты, затем снимите их и снова взвесьте каждое растение. Запишите вес в таблицу. Вес отличается?  Остался тем же? Почему вы думаете, что это так? Разные растения потеряли разное количество веса или потеряли примерно одинаковое количество? Почему?
2. Высушите изнутри каждый пластиковый пакет. Повторно запечатайте их на растениях, верните растения в солнечное место и продолжайте измерять и взвешивать в течение нескольких часов, не добавляя больше воды. Что происходит?

Вывод:

Во время эксперимента по транспирации растения будут терять воду, даже если они находятся в пакетах. Растения с широкими листьями потеряют немного больше воды, чем растения с тонкими листьями, но в зависимости от размера растения это может быть очень сложно измерить.

Почему?

Так как же вода выходит из растений?

В жаркий день, вы можете немного вспотеть. Растения также «потеют». Подобно тому, как мы теряем воду через нашу кожу, растения теряют воду через свои листья.

Хотя вы, возможно, не сможете их увидеть , на листьях растений есть маленькие поры или отверстия. Взгляните на обратную сторону листа под микроскопом, и вы сможете увидеть эти отверстия, которые называются устьицами. Вот, где растения могут терять воду в результате транспирации.

Несмотря на то, что это невидимый процесс, потеря воды из растений в результате транспирации является важной частью круговорота воды, потому что она добавляет много воды в наш воздух. Всего за один год каждый лист на земле может отдать воды весом намного больше своего собственного. Фактически, большой дуб может давать воздуху больше 150000 литров воды в год!

Фактически, большой дуб может давать воздуху больше 150000 литров воды в год!

Вы, вероятно, поливаете растения в своем доме, чтобы они оставались здоровыми — и, если растениям нужна вода, то почему они ее теряют? Транспирация происходит отчасти потому, что растения должны дышать. Растения должны поглощать углекислый газ, и для этого им нужно открыть свои устьица. Когда это происходит — выходит вода. Вы, вероятно, испытывали это и во время своего собственного дыхания: в холодный день вы даже можете видеть воду от своего дыхания, которая создает облачка в воздухе.

Транспирация также помогает растениям, охлаждая их, подобно тому, как пот помогает нам регулировать температуру нашего тела. Транспирация также играет большую роль, помогая воде перемещаться вокруг растения, изменяя давление воды в клетках растения. Это помогает минералам и питательным веществам подниматься вверх от корней растения.

Дальнейшее исследование:

Что будет с растением, если вы обмажете вазелином его листья? Как насчет оливкового масла? Попробуйте смазывать различными веществами листья и взвешивать растение, затем повторите эксперимент. Что будет происходить в теплой комнате? Транспирация будет выражена больше или меньше?

Внутреннее строение листа

Внутренняя структура листовой пластинки приспособлена для фотосинтеза, газообмена и испарения воды. Вся поверхность листа покрыта прозрачной эпидермой, большинство клеток которой не имеет хлоропластов. Эпидерма верхней стороны листовой пластины содержит восковой кутикулярный слой, препятствующий испарению воды и отражающий солнечные лучи, на нём могут присутствовать железистые волоски и трихомы. Трихомы удерживает влагу и препятствуют её испарению. Эпидерма выполняет несколько функций:

• защита от излишнего испарения;
• регуляция газообмена для дыхания и фотосинтеза;
• выделение воды и некоторых веществ;
• впитывания воды (у некоторых растений, не у всех).

Слой эпидермы на нижней стороне большинства листьев содержит щелевидные отверстия (устьица), с расположенными по бокам замыкающими клетками. При равном освещении обеих сторон листа, устьица образуются на обеих из них. У плавающих в воде листьев устьица есть только на верхней эпидерме. Устьица регулируют газообмен и испарение, они связаны с межклетниками основной ткани листа.

Эпидерма листа традесканции

Основная ткань между верхней и нижней эпидермой называется мезофиллом. Мезофилл – важнейшая ткань листа, в её клетках сосредоточены хлоропласты и происходит фотосинтез. Она перемежается жилками различных размеров. Клетки мезофилла покрыты тонкой оболочкой, они не имеют одревесневшей клеточной стенки.

Большинство листьев папоротников и цветковых растений имеет два различных типа мезофилла:

• верхний, столбчатый (палисадный) – состоящий из одного или нескольких (чаще двух) рядов плотноупакованных бочкообразных или цилиндрических вытянутых клеток хлоренхимы (паренхима с хлоропластами). Они расположены прямо под эпидермой вертикально по отношению к ней. Листья, растущие на солнце, содержат до 5 слоёв палисадного мезофилла, в теневых листьях есть только 1 слой. Некоторые растения, например виды Эвкалиптов из-за особого расположения их листьев по отношению к свету (боком) содержат столбовидную хлоренхиму ближе к краям листовой пластинки.
• губчатый – пространство между столбчатой хлоренхимой и нижним эпидермисом заполнено рыхлой паренхимой, между клетками которой имеется множество воздушных пространств. Эти воздушные полости взаимосвязаны с устьицами и участвуют в газообмене и выведении водяного пара из листа. Увеличение межклеточных пространств достигается различными путями: в одних случаях клетки сохраняют округлую форму, в других образуют выросты.

Расположение устьиц преимущественно на нижней стороне листа объясняется не только положением губчатого мезофилла. Потеря воды листом в процессе транспирации идёт медленнее через устьица, расположенной в нижней, а не в верхней эпидерме. Кроме того, главным источником углекислого газа в атмосфере является «почвенное дыхание» — выделение СО₂ в результате жизнедеятельности многочисленных живых существ, населяющих почву.

Абсолютная толщина палисадной и губчатой ткани и число слоёв клеток в них различны, в зависимости от освещения и других причин. Даже у одной особи, например на одном кусте сирени, листья, выросшие на свету, имеют более развитый мезофилл, чем теневые листья.

Внутреннее строение листьев может меняться. Если нижняя сторона листьев получает достаточно света, то и на ней образуется столбчатый мезофилл. У многих листьев однодольных растений мезофилл не дифференцируется на столбчатый и губчатый, а состоит из одинаковых клеток. Встречаются уклонения от типичной плоской структуры листа и тогда клеточное строение тоже меняется. У некоторых растений-ксерофитов обе стороны листа имеют одинаковую эпидерму и мезофилл. У многих суккулентов листья цилиндрической формы с радиальной симметрией. У некоторых злаков имеется особенно высокоспециализированный тип мезофилла – корончатый. Здесь клетки мезофилла окружают проводящие пучки, примыкая к ним по радиусу. В промежутках между клетками имеются большие межклетники, против которых с обеих сторон имеются устьица.

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.

Виды, функции и строение тканей растений.

Образовательная ткань растений.

Образовательная ткань растений

Вставочная меристема

Покровная ткань растений.

Клетка эпидермы

Строение эпидермы

Покровная ткань растений — корка

Проводящая ткань растений.

Проводящая ткань

Проводящая ткань

Сопровождающая клетка

Механическая ткань растений.

Механические ткани растений

Механические ткани растений

Основная ткань растений.

Основные ткани растений

Основные ткани растений

На рисунке ниже представлен сосудисто-волоконный проводящий открытый пучок.

Сосудисто-волоконный проводящий открытый пучок

1. Флоэма
2. Ксилема
3. Камбий
4. Склеренхимные волокна

Информация о статье:

Ткани растенийВиды, функции и строение тканей растений.

Date Published: 11/29/2016
В статье описываются основные ткани растений. Их функции, строение. В качестве примеров приведены рисунки.

10 / 10 stars

Испарение в жизни

И действительно: чего в этой жизни только не испаряется — мы встречаемся с этим каждый день. Давайте узнаем, зачем этот процесс вообще нужен, и как люди научились извлекать из него пользу.

Испарение в организме человека и животных

Выше мы разбирали вопрос, почему если облиться теплой водой, нам все равно станет холодно. По этому же принципу работает ощущение холода после того, как мы вспотели — в какой-то момент нам становится холодно.

Само потоотделение — важный процесс терморегуляции организма. Если мы достигаем высокой температуры (из-за внешних воздействий или же из-за болезни), то организм стремится себя охладить, чтобы не умереть из-за превращения белков в нашем организме в яичницу.

Пот выделяется через поры кожи, а затем испаряется — все это позволяет нашему организму быстро избавиться от лишней энергии, охладить тело и нормализовать температуру.

У животных этот механизм работает схожим образом. Но, например, собакам испарения с кожи недостаточно, поэтому они часто открывают пасть, высовывают язык и дышат порой ну очень смешно

Именно гортань и язык собаки идеально подходят для испарения влаги и охлаждения тела животного.

Испарение у растений

Удивительно, но у растений механизм испарения тоже работает схожим образом. Растения очень любят воду, поэтому домашние растения мы поливаем, а в пустынях их просто нет.

Ту воду, которую цветы поглотили, они могут испарять, чтобы не перегреться под жарким солнцем. Да, вода нужна, чтобы растения питались, но в жаркие дни еще и для температурной саморегуляции. Поэтому не забывайте поливать цветы, а в очень жаркие дни делайте это еще интенсивнее.

Испарение в природе и окружающей среде

Процесс испарения напрямую связан с круговоротом воды в природе. Именно круговоротом воды в природе обеспечивается жизнь на Земле — так как влага разносится по всему миру, растения в дикой природе способны жить без наших попыток полить большую пальму из леечки.

Испарение воды с поверхности рек, озер, морей и океанов создает дождевые тучи, которые затем, проливаясь дождем, поливают растения и деревья. Многие дождь не любят, мол, он мокрый, мерзкий и затекает в ботинки, но он очень нужен засушливым регионам — Северной Африке или Центральной Индии, которые часто страдают от засухи.

Испарение в промышленности и быту

С бытом совсем все просто: мы сушим вещи, готовим еду, покупаем увлажнители воздуха или размазываем разлитую лужу по полу.

В случае с промышленностью для нас все не так очевидно. Промышленная техника, работающая на основе испарения, разрабатывается по схожей схеме: в ней всегда максимально увеличена площадь поверхности жидкости, чтобы испарение шло интенсивно.

Например, испаритель, изображенный на схеме, состоит из совокупности соединенных между собой испарителей. В основе его действия — пар, полученный в одной ступени, который используют в качестве источника тепла для следующей ступени. По мере того, как температура уменьшается от одной ступени к другой, вакуум увеличивается, так что температура кипения становится ниже и испарение поддерживается. Он предназначен для того, чтобы очистить воду от отходов.

Понимать и любить этот мир проще, когда разбираешься в физике. В этом помогут небезразличные и компетентные преподаватели детской школы Skysmart.

Чтобы формулы и задачки ожили и стали более дружелюбными, на уроках мы разбираем примеры из обычной жизни современных подростков, Приходите на бесплатный вводный урок по физике и начните учиться в удовольствие уже завтра!

Интенсивность

Периодичность суточной транспирации отмечается у многих растений. Однако у различных видов культур функционирование устьиц происходит неодинаково. У теневыносливых растений, деревьев, многих видов злаков и прочих гидростабильных насаждений, которым свойственна совершенная регуляция устьичной транспирации, она начинается на рассвете. Своего максимума испарение достигает в утреннее время. К полудню интенсивность транспирации снижается. Ее увеличение вновь наблюдается к вечеру при снижении температуры воздуха. Такая интенсивность испарения вызывает незначительные суточные изменения в осмотическом давлении и объеме воды в листьях. У гидролабильных (имеющих способность переносить резкие колебания содержания влаги в течение суток) происходит одновершинное испарение с максимумом в полуденное время. И в том, и в другом случае транспирация ночью будет минимальной либо полностью отсутствовать.

Что такое транспирация?

Объем воды, который испаряется растением, во много раз выше количества, содержащегося в культуре. В современной сельскохозяйственной практике вопрос экономного расходования влаги является одним из наиболее актуальных. По мнению К. А. Тимирязева, процесс транспирации в его обычном объеме является физиологическим злом. В действительности он не считается необходимым для растения. К примеру, если выращивать культуры в условиях низкой и высокой влажности, в первом случае транспирация (испарение) будет интенсивнее. При этом рост растений будет одинаковым или даже лучше во втором случае.