Лекция 5. Водообмен и минеральное питание

Водообмен растений

Строение свойства формы и функции воды в клетке:

Содержание воды в клетке до 95% (в зависимости от типа ткани). Это основная составляющая часть клетки. В сухих семенах не более 10% от массы ткани. Содержание воды зависит от условий внешней среды, от вида и возраста растения.

Функции воды:

4. Транспортная

5. Универсальный растворитель

6. Поддержание турнира, структуры и устойчивости ЦП коллоидов

7. Непосредственный участник многих биохимических реакций (реакции гидролиза) и донор электронов и протонов (фотосинтез)

8. Терморегуляция и защита тканей растений от резких колебаний температур (испарение, теплоемкость и теплопроводность)

Вода — это диполь. Благодаря такому строению молекулы воды могут ассоциировать друг с другом, с белками и другими молекулами. Обладает высокой теплоемкость и теплопроводностью. Вода существует в разных формах: твердом, жидком и газообразном.

Форма воды в клетке.

Согласно современным представлением вода в клетке — это сложная гетерогенная система, которая состоит из жидкой фазы, гидратносвязанной, гидрофобностабилизированной (форма воды в мембранах), пространственно стабилизирована (в капиллярных промежутках). Делится на два типа

1. Свободная. Это та вода, которая сохранила все или почти все свойства чистой воды. Она легко передвигается, вступает в различные б/х реакции, испаряется в процессе транспирации и замерзает при низких температурах.

2. Связанная. Это та вода, которая имеет измененные физические свойства. Бывает

• Коллоидно связанной

• Осмотически связанной

• Понятие водообмена и водного баланса.

Водный режим иди водообмен это поступление воды в растение, отдача ее необходимые для обеспечения всех процессов жизни деятельности. Он складывается из следующих процессов:

1. Поступление воды в корни растения из почвы.

2. Поднятие воды по корням и стеблями в листья. В расположенные на стеблях растущие эмбриональных ткани (точки роста)

3. Испарение воды в окружающую атмосферу

Баланс дух процессов поступления и испарения воды называется водным балансом.

Закономерности соглашения воды клеткой. Два основных механизма

1. Осмотический. В основе поступления воды лежит явление осмоса (разность концентрации растворов по обе стороны полупроницаемой мембраны). Более концентрированный раствор - клеточный сок, менее концентрированный - раствор в свободном пространстве клеточной стенки. В данном случае при поступлении воды осмос нельзя считать просто односторонней диффузией, не зависящей от обмена веществ. Для обеспечения осмотического поглощения воды нужна энергия. Она тратится на создание разных концентраций по обе стороны мембраны, а именно на активный транспорт растворенных веществ в вакуоль, на образование продуктов метаболизма и на сохранение избирательной проницаемости. Осмотическое поступление воды приводит к возникновению гидростатического или тургорного давления. Разница между осмотическим давлении клеточного сока и противодавления клеточной стенки определяет поступление воды в клетку в каждый данный момент.

2. Коллоидно химический. Около 80% сухой массы протопласта составляет ВМС, а именно белки, полисахариды, нуклеиновых кислоты не растворимые в воде. Они тоже влияют на поступление воды в клетку. Имея отрицательно и положительно заряженные группы атомов, гидрофильные коллоиды притягивают доподлинно воды (водородных и электростатические). Соглашение жидкости ВМВ сопровождается увеличением его объем и называется набуханием. Самое большое набухание при прорастании. В данном случае набухание рассматривается как который вид диффузии поскольку движение воды идет по градиенту концентрации. Силу набухания называют матричные потенциалом. Набухание участвует в поступлении воды в цитоплазме и поступление воды в клеточную стенку

Транспорт воды по растению. Пути ближнего и дальнего транспорта

Транспорт воды и ионов делят на следующие виды:

• Внутриклеточный транспорт. Например, в клетках корня ионы вместе с водой попадают из почвенного раствора в свободное пространство клеточной стенки. Далее транспортируются через плазмолемму в протопласт с помощью транспортных белков (аквамарин и белки переносчики). В самой цитоплазме распределение движения воды и ионов осуществляется благодаря движению цитоплазме

• Ближний транспорт. Это транспорт веществ и воды в тканях одного органа. Он осуществляется по не специализированным тканям.

• Дальний транспорт. Осуществляется по специализированным тканям. Основная масса воды и растворенных в ней неорганических веществ поднимается по растению вверх из корней в литья/цветки - восходящий ток (по сосудам ксилемы) и небольшая часть воды и органических веществ движется вниз - нисходящий ток (по флоэме)

• Восходящий ток. Вода и растворенные вещества поступившие в клетки корня под влиянием радости водных потенциалов возникающих благодаря транспирации и корневому давлению передвигается до проводящих элементов ксилемы (по апопласту (- свободное пространство, в которое входят межклетники, оболочки клеток и сосуды ксилемы) и симпласту (- совокупность протопласта всех клеток ограниченных полупроницаемой мембраной, благодаря плазмодезмой, соединяющий собой протопласта отдельных клеток)). Апопласт в корне разделен на два объема:

1. Расположена в коре корня до клеток эндодермы

2. По другую сторону клеток эндодермы после поисков Каспари (посмотрел дома). Благодаря им возникает барьер для передвижения воды по свободному пространству клеток. Передвижение воды по корню идет в основном по апопласту и достаточно быстро. А чтобы попасть в сосуды ксилемы вода и растворенные вещества проходят через полупроницаемую мембрану клеток эндодермы и уже оттуда поступает в сосуды ксилемы. Попав в сосуды ксилемы вода движется по сосудистой системе корня стебля и листа. Проводящие системы ксилемы из сосудов и трахеи, а в листьях это сеть жилок. Их густота — это признак ксероморфной структуры.

Водный дефицит

Это преобладает испарения воды над поступлением. В растении происходят

1. На молекулярном уровне. Уменьшение в клетках свободной воды, что влияет на гидратные оболочки белков и функционирование ферментов. При длительном заседании активируются гид политические процессы, что ведет к увеличению содержания в клетках НМ белков, протеинов, свободных АК и углеводов. Под влиянием засухи в листьях снижается количество РНК в следствии уменьшения ее синтеза и активации рибонуклеаз. В цитоплазме наблюдается распад полисом (комплексы из рибосом), т.е. снижается синтез белка и его нормальная конформация. Изменяется ионный состав клеток, облегчаются процессы выхода из клеток ионов. В результате длительной засухи снижается скорость всех метаболических процессов (фотосинтеза, дыхания (на поздних этапах)).

2. На клеточной и организменном уровне. Возрастает концентрация вокуолярного сока. Тормозится процессы клеточного деления и растяжения, что приводит к образованию мелких клеток. Замедляется рос растения. В результате замедления роста задерживается рост стеблей и листьев. Скорость роста корней в начале засухи увеличивается и снижается лишь при длительном недостатке воды в почвах. При засухе в клетках корня ускоряется дифференцировка. Происходит опробковение и формируется так называемое ксероморфная структура.

По устойчивости к водному дефициту делятся:

Ксерофиты - растения засушливых территорий. У них есть приспособления, позволяющие пережить засуху. Три основных способа защиты (избегание высыхания - предотвращение излишней потери воды клетками; перенесение высыхания; избегание периода засухи)

Суккуленты — это растения, которые западают влагу в листьях, стеблях. Они покрыты толстой кутикулы и волосками. Могут быть водоизмещения листьев. Транспирации и рост осуществляются медленно. Для них характерен особый вид фотосинтеза САМ-путь. Корневая система распространяется широко, но не на большую глубину и длительное обезвоживание они переносят плохо. Это кактусы, алоэ, очиток, молочай, молодило.

Несуккулентные виды. Разнообразные виды адаптации. Настоящие ксерофиты - верблюжьей колючка; полуксерофиты; эфемеры и эфемероиды (нарциссы, тюльпаны, гиацинт); Растения способные выносить сильное обезвоживание и впадать в анабиоз. Эпифиты (растения, паразитирующие на других растениях) - орхидея

Мезофиты — это растения умеренного климата, обладающие большой приспособляемостью к окружающим условиям. В ответ на водный дефицит у них активируются он-то генетические адаптации на молекулярном уровне и на уровне растительного организма. На молекулярном уровне идет синтез белков адаптации (белки теплового шока (БТШ), леобелки, фермеры синтеза осмолитов (сахароза, глюкоза), активация синтеза аквапаринов. На уровне организма происходит изменение в гормональной системе растения (происходит уменьшения содержания гормонов активатор роста - ауксина, цитокинина, гиббереллинов) возрастает уровень гормонов стресса (этилен, абсцизовой кислота) это приводит к уменьшению площади листовой поверхности, либо опадают уже существующих, стимуляция роста корневой системы, уменьшение потерь воды за счет устриц и перераспределение воды и ее более эффективное использование. Переключение на С4 путь фотосинтеза

Гигрофиты. Наземные растения, обитающие в районах с большим количеством осадков и высокой влажностью воздуха.

Гидрофиты - водные растения