Транспорт минеральных солей по растению. Транслокация органических веществ по флоэме.

  • Департамент образования администрации г. Иркутска
  • Муниципальное автономное учреждение
  • дополнительного образования города Иркутска
  • «Станция юных натуралистов»
  • __(МАУДО г Иркутска СЮН)

Сибирских Партизан ул., д. 28 «а», Иркутск, 664020

Тел./факс 32-22-09, 32-95-40;

сайт: 38yunnat.ru; адрес эл. почты: yunnat.2014@mail.ru

Исследовательская работа

Транспортная система растений

Транспорт минеральных солей по растению. Транслокация органических веществ по флоэме. МБОУ г.Иркутска СОШ №37, 2 класс

Руководитель: ПДО Сизенова Крестина Владимировна

г.Иркутск 2017г.

СОДЕРЖАНИЕ.

Введение……………………………………………………………………2

Теоретическая часть……………………………………………………….3

Практическая часть………………………………………………………..6

Выводы……………………………………………………………………..9

ВВЕДЕНИЕ.

Растения- удивительное создание природы.

Летом это огромное зеленое море листьев, осенью – буйство красок, красивые пожелтевшие листья, которые со временем безжалостно срываются ветром, и на зиму оставляют нам лишь воспоминания, кажется, что больше не увидишь зеленой травы, одуванчиков и шумных листьев.

А весной все вновь оживает и радует всех людей своей красотой. Мне всегда было интересно узнать откуда деревья берут силы каждую весну, чтобы ожить. И я решила выяснить это с помощью педагога на станции, а затем поделиться своим исследованием с одноклассниками.

  1. Актуальность: знания транспортной системы позволят получать из скучных белых бутонов необычного окраса цветы.
  2. Цель работы: изучение передвижения воды и других веществ по растениям с помощью опыта, который не только даст новые знания о растениях, но и необычного цвета растения.
  3. Задачи:
  1. Изучить структуру растений и их органов;

  2. Выяснить как происходит движение веществ в растениях;

  3. Проведение опыта, подтверждающего наличие транспортной системы.

  • Объект исследования: транспортная система растений
  • Предмет исследования: Хризантема,
  • род: Хризантема (лат.Chrysanthemum)

семейство: Астровые (лат. Asteráceae).

Методика проведения исследования:

Свое исследование я решила разделить на несколько этапов:

  1. Изучение литературы по транспортной системе растений;

  2. Освоение методов размножения хризантемы;

  3. Проведение опытов, показывающее наличие транспортной системы у растений.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Передвижение минеральных и органических веществ по растению имеет очень большое значение, так как это процесс, с помощью которого осуществляется физиологическая взаимосвязь отдельных органов.

Между органами, поставляющими питательные вещества, и органами, потребляющими их, создаются так называемые донорно-акцепторные связи. Донором минеральных питательных веществ служит корень, донором органических веществ — лист.

В этой связи в растениях существуют два основных тока питательных веществ — восходящий и нисходящий.

Передвижение воды по коре корня идет главным образом по апопласту, где она встречает меньшее сопротивление, и лишь частично по симпласту. Из сосудов стебля вода попадает в сосуды листа.

Вода движется из стебля через черешок или листовое влагалище в лист. В листовой пластинке водопроводящие сосуды расположены в жилках. Жилки, постепенно разветвляясь, становятся все более мелкими.

Чем гуще сеть жилок, тем меньшее сопротивление встречает вода при передвижении к клеткам мезофилла листа.

Ряд уточнений в вопросе о путях и направлении передвижения веществ по растению внесли исследования с применением меченых атомов. В настоящее время ученые считают, что система транспорта у растений включает внутриклеточный, ближний и дальний транспорт.

 Ближний транспорт — передвижение веществ между клетками внутри органа по неспециализированным тканям, например, по апопласту или симпласту. Дальний транспорт — это перемещение веществ между органами по специализированным тканям — проводящим пучкам, т. е. по ксилеме и флоэме.

Вместе ксилема и флоэма образуют проводящую систему, которая пронизывает все органы растения и обеспечивает непрерывную циркуляцию воды и веществ.

Перемещение вещества по проводящим тканям растений называют транслокацией. У сосудистых растений эти ткани крайне специализированы и представлены ксилемой и флоэмой.

По ксилеме осуществляется транслокация в основном воды, растворенных в ней минеральных солей, а также некоторых органических соединений азота и гормонов; транспорт при этом направлен от корней к надземным органам растения.

Флоэма служит для перемещения прежде всего растворов органических и неорганических веществ; по флоэме вещества движутся главным образом от листьев и запасающих органов к прочим частям растения, как правило, к запасающим органам (корнеплоды, корневища, клубни, луковицы).

Транспорт по флоэме может происходить одновременно в двух направлениях. Эта » двухнаправленность » является результатом одностороннего тока в отдельных, но смежных ситовидных трубках, соединенных с различными донорами и акцепторами.

Все потребляющие органы обеспечиваются, как правило, ближайшим к ним донором. Верхние фотосинтезирующие литься снабжают растущие почки и самые молодые листья. Нижние листья обеспечивают корни. Плоды обеспечиваются из ближайших к ним листьев.

Стебель и его функции

Стебель (у деревьев – ствол, ветви и побеги) служит связующим звеном между корнями, через которые вода и минеральные вещества поступают в растение, и листьями, в которых синтезируются питательные вещества.

Проводящие ткани стебля составляют единое целое с аналогичными тканями корня и листа – это пути передвижения веществ.

Клетки некоторых стеблей содержат хлорофилл, и в них происходит фотосинтез; другие клетки специализированы для запасания крахмала и иных питательных веществ. В точках роста стеблей образуются зачатки листьев и цветков.

В стебле проводящие ткани обычно расположены в виде колец: флоэма образует наружное кольцо, а ксилема – внутреннее; в корне же пучки трубок флоэмы лежат между лучами звездообразной массы ксилемы.

Стебли растений бывают травянистыми или дерявинистыми. Мягкий, зеленый, довольно тонкий травянистый стебель типичен для однолетних растений. Такие растения развиваются из семени, цветут и дают семена в течение одного вегетационного периода, отмирая до наступления зимы. Другие травянистые растения являются двулетними – их жизненный цикл длится 2 года.

Сильно отличаются от травянистых растений деревянистые многолетние растения, живущие гораздо дольше двух лет и имеющие толстый прочный стебель, или ствол, покрытый слоем пробки. Стебли этих растений в течение первого года жизни похожи по строению со стеблями травянистых.

Но к концу первого вегетационного периода в сердцевинных лучах возникает дополнительный камбий, так что в последствии образует сплошное кольцо, проходящее как между сосудистыми пучками, так и внутри них. В течении каждого следующего года камбий производит добавочные слои ксилемы и флоэмы. Так образуются годичные кольца у деревьев и кустарников.

Границы между ними видны на глаз, так как сосуды ксилемы, возникающие весной, шире и кажутся более светлым, чем сосуды, которые появляются осенью.

Транспирация

Листья, находясь на воздухе, теряют влагу путем испарения, за исключением тех периодов, когда воздух насыщен водяными парами.

Солнечное тепло вызывает испарение воды с поверхности клеток мезофилла, и образующийся водяной пар диффундирует из листа через устьица.

Такого рода потеря воды, называемая транспирацией, может иметь место во всех органах растения, выставленных на воздух, однако в основном она осуществляется листьями.

Транспирация облегчает передвижение воды вверх по стеблю, способствует концентрированию в листьях разбавленных растворов минеральных солей, поглощаемых корнями и необходимых для синтеза новых клеточных компонентов, а также вызывает охлаждение листьев подобно тому, как это происходит у животных при испарении пота.

Передвижение воды

Еще много лет назад было экспериментально показано, что в стебле вода и соли, поглощаемые корнями, поднимаются главным образом по трахеидам и сосудам ксилемы, а сахара и другие органические вещества движутся в основном по ситовидным трубкам флоэмы.

Если сделать по всей окружности стебля надрез, пересекающий флоэму и камбий, но не затрагивающий ксилему, листья долго будут сохранять тургор и оставаться в хорошем состоянии; следовательно, вода поступает в них через ксилему, поскольку флоэма полностью перерезана.

Применяя специальный метод, можно перерезать ксилему, сохранив флоэму относительно неповрежденной; в этом случае листья почти тотчас же завядают и отмирают, то есть и эти результаты свидетельствуют о том, что вода поступает в листья главным образом по ксилеме.

Хризантемы как предмет исследования.

Хризантемы (лат. Chrysanthemum) — род однолетних и многолетних травянистых растений семейства Астровые (Asteraceae), или Сложноцветные (Compositae). Растения близки к родам Тысячелистник и Пижма, куда нередко перемещаются многие виды хризантем.

Родиной хризантемы являются страны умеренных и северных зон Земли, но наибольшее количество растений все же произрастают в Азии, Европе и Африке.

Название рода произошло от греч. «χρῡσανθής» (златоцветный), образованного из двух слов «chrysos» (золото) и «anthemis» (цветок), и объясняется тем, что растения характеризуются жёлтой окраской соцветия.

Хризантемы произрастают преимущественно в виде ветвистых полукустарников, реже – в виде травянистых растений. Высота кустов от 50 см до 1,5 м. Листья расположены в очередном порядке, простые, цельные, зазубренные, выемчатые или рассечённые, различные по величине и форме, опушённые и нет, преимущественно светло-зелёные.

Цветки мелкие, собраны в корзинку, у некоторых видов крупную, состоящую, как правило, из срединных трубчатых жёлтых цветков и язычковых краевых, разнообразно окрашенных и обычно расположенных однорядно. У многих гибридных сортов они располагаются многорядно и образуют так называемое «махровое» соцветие. Побеги – голые/или опушенные.

Плод – семянка.

 Хризантемы размножаются семенами, черенками.

Размножение семенами. Для раннего цветения семена сеют в марте в общие емкости. По мере подрастания сеянцев, их пикируют в горшочки. Субстрат для посадки берут рыхлый, питательный.

Размножение черенкованием. Хризантемы успешно размножаются черенкованием. Черенки берут с сильных молодых побегов. Срезают черенки аккуратно, под листовым узлом, острым инструментом.

Читайте также:  Неотложная помощь при ибс. неотложная помощь при стенокардии напряжения. неотложная помощь при нестабильной стенокардии принцметала.

Сажать можно в различные емкости, подойдут горшочки диаметром 7-9 см. Для укоренения берут торфоперегнойную смесь, которую сверху присыпают слоем песка толщиной около 2 см.

Можно укоренять в чистом песке.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Для начала мне нужно было посадить хризантемы. Имея несколько срезанных цветков хризантемы из букета, поэтому было легко обзавестись ее черенками.

1 Явзяла стебли хризантемы, срезала с них все листья и прищепила верхушку. Поставила эти стебли в стакан с водой и оставила до появления молодых корней.

2 Для дальнейшего выращивания я подобрала небольшой широкий горшок, так как корни растут больше в ширину, чем в глубину. Почву взяла универсальную, с небольшим количеством удобрения. Положила на дно горшка и перемешала с землей гальку. Это поможет избежать загнивания корневой системы. Горшок поставили на солнечное место в теплице СЮН.

3 Когда на черенках появились несколько сильных корней, побеги поместила во влажную землю на глубину 3-5 см. Присыпала корни землей, но закапывать их слишком глубоко не стала. Обернула горшок полиэтиленовой пленкой на 2 недели, чтобы корни смогли лучше прижиться.

Опыт №1.

После того, как хризантемы прижились, я начала поливать их водой с растворенным красителем (рис.1). И стала ждать, когда мои хризантемы начнут цвести. Полив осуществляла после высыхания верхнего слоя почвы.

Рис.1

Транспорт минеральных солей по растению. Транслокация органических веществ по флоэме.

Опыт №2.

Для того, чтобы убедиться, что вода поступает в листья по ксилеме я провела следующий опыт. В воду, где растворила чернила, поставила срезанную ветку клена. Со временем древесина окрасилась, а область ближе к коре, где находится флоэма, осталась не окрашенной. Из этого опыта я убедилась, что вода поступает по ксилеме, а также увидела где находятся ксилема и флоэма.

Ждать, когда вырастут хризантемы и зацветут достаточно долгое время, поэтому я решила провести еще один опыт для которого применила срезанные хризантемы, которые появились у нас дома после праздника.

Опыт №3.

Каждый стебель хризантемы я поставила в отдельную емкость с водой, куда добавила разные красители (рис.2).

В скором времени я наблюдала как белые соцветия начали постепенно обретать другую окраску, которая соответствовала цвету красителя (рис.3). Со временем цветки окрасились полностью (рис.4).

Так подтвердилось то, что вода вместе со всеми растворенными в ней веществами движется вверх с определенной силой.

Рис.2

Транспорт минеральных солей по растению. Транслокация органических веществ по флоэме.

Рис.3

Транспорт минеральных солей по растению. Транслокация органических веществ по флоэме.

Рис.4

Транспорт минеральных солей по растению. Транслокация органических веществ по флоэме.

ВЫВОДЫ:

Своей цели и поставленных задач я добилась:

  1. Изучила структуру растений и их органов;

  2. Выяснила как происходит движение веществ в растениях;

  3. Провела опыты, подтверждающие наличие транспортной системы у растений.

  4. По полученным данным написала и оформила исследовательскую работу.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Павлова Т. Хризантемы: сибирские гибриды. // Цветоводство. — 1996. — № 6.

  2. http://edportal.net/referaty/biologiya/61898/

  3. http://biofile.ru

  4. http://bookflowers.ru/

  5. http://fizrast.ru

  6. http://flora.dobro-est.com/

Разница между транспирацией и транслокацией

Главное отличие — Транспирация против Транслокации

Транспирация и транслокация — два процесса, которые происходят в растениях. Оба процесса участвуют в движении веществ в организме растения.

Транспирация относится к движению водяного пара из листьев в атмосферу через стому, тогда как транслокация относится к движению питательных веществ, производимых листьями по всему растению., Факторы окружающей среды, такие как тепло и ветер, участвуют в облегчении транспирации.

Транспирация позволяет восходящее движение воды в ксилеме. Транслокация осуществляется по флоэме. В флоэме содержатся питательные вещества в форме сахарозы для растущих частей растения, а также для хранения.

Ключевые области покрыты

1. Что такое Транспирация      — определение, характеристики, функции 2. Что такое Транслокация      — определение, характеристики, функции 3. Каковы сходства между транспирацией и транслокацией      — Краткое описание общих черт 4. В чем разница между транспирацией и транслокацией      — Сравнение основных различий

Ключевые слова: флоэма, фотосинтез, стома, сахароза, транслокация, транспирация, водяной пар, ксилем

Транспорт минеральных солей по растению. Транслокация органических веществ по флоэме.

Что такое Транспирация

Транспирация относится к движению водяного пара через стому в атмосферу. Это считается необходимым испарением воды через листья. 10% атмосферной влаги обеспечивается транспирацией, а остальная часть — испарением. Опустошение — процесс, подобный процессу транспирации, при котором некоторые растения экссудируют капли ксилемного сока по краям листьев.

Растения поглощают воду в почве через свои корни и переносят ее вверх через стебли ксилемой. Эта вода поступает в листья и в основном участвует в фотосинтезе. Остальная вода испаряется из листьев через стому. Транспирация также может происходить через стому в стеблях.

Транспирация — главная сила тяги воды в ксилеме стебля к листьям. Растение должно поглощать больше воды из почвы, чтобы заполнить ксилему, так как вода постоянно вытягивается вверх. Это позволяет растению получать больше минеральных питательных веществ из почвы вместе с водой. Транспирация также участвует в охлаждении тела растения.

Стома растения может быть в основном на нижней стороне листьев. Однако растения должны регулировать транспирацию, чтобы столкнуться с сухими условиями в почве и внешней среде. Транспирация регулируется путем регулирования размера стомы. Клетки, которые участвуют в регулировании размера стомы, называются защитными клетками.

Степень дыхания растения зависит от следующих факторов;

Транспорт минеральных солей по растению. Транслокация органических веществ по флоэме.

Рисунок 1: Транспирация

Факторы, которые влияют на транспирацию

  • Количество листьев на растении
  • Количество стомы
  • Размер листа
  • Наличие или отсутствие кутикулы
  • Количество света, получаемого растением
  • Температура и относительная влажность
  • ветер
  • Подача воды

Что такое Транслокация

Транслокация относится к движению питательных веществ из листьев в другие части тела растения. Растения производят свои органические вещества внутри листьев в процессе, называемом фотосинтезом. Глюкоза — это маленький сахар, полученный при фотосинтезе.

Глюкоза превращается в сахарозу в листьях для временного хранения. Обычно ночью сахароза загружается во флоэму. Флоема транспортирует сахарозу по всему растению. Сахароза и другие органические вещества, переносимые флоэмой, называются ассимилятами. Ассимиляты загружаются во флоэму у источника.

Ассимиляты высвобождаются из флоэмы в раковине. Транспортировка ассимилятов происходит через ситовые элементы флоэмы. Ситовые элементы соединяются друг с другом на своих концах, образуя непрерывный столбец. Транспорт ассимилятов по флоэме происходит через градиент концентрации.

В источнике ассимиляты активно загружаются в элементы сита. Это уменьшает водный потенциал ситового элемента в источнике. Вода поступает в ячейки сита из ксилемы, увеличивая давление внутри элемента сита и вытягивая содержимое через колонку. У раковины удаление ассимилятов снижает давление в колонне.

Разница давлений между источником и приемником служит движущей силой прохождения ассимилятов. Структура флоэмы показана в фигура 2.

Транспорт минеральных солей по растению. Транслокация органических веществ по флоэме.

Рисунок 2: Фолем

Сходство между переносом и переносом

  • Транспирация и транслокация — два процесса, которые происходят в растениях.
  • Как транспирация, так и транслокация участвуют в движении веществ.
  • Сосудистая ткань растения участвует как в транспирации, так и в транслокации.

Определение

Испарение: Транспирация относится к движению водяного пара через стому растений.

транслокации: Транслокация относится к движению питательных веществ из листьев в другие ткани растения.

Вещества

Испарение: Водяной пар транспортируется в транспирации.

транслокации: Сахароза в основном транспортируется в транслокации.

Значимость

Испарение: Транспирация позволяет внутреннему движению воды в ксилеме.

транслокации: Транслокация осуществляется по флоэме.

Сила тяжести

Испарение: Транспирация всегда происходит против силы тяжести.

транслокации: Транслокация может происходить в любом направлении.

Происходит в

Испарение: Транспирация происходит в дневное время.

транслокации: Транслокация происходит ночью.

Заключение

Транспирация и транслокация — два процесса, вовлеченных в движение веществ в организме растения. Транспирация — это движение водяного пара через стому. Растения поглощают воду из почвы и транспортируют к листьям.

Вода необходима для фотосинтеза. Транслокация — это перенос органических веществ из листьев в остальные ткани растения.

Основное различие между транспирацией и транслокацией заключается в механизме и типе сосудистой ткани, участвующей в каждом процессе.

Ссылка:

1. «Транспирация — водный цикл». USGS Water Resources of United States,

14.8. Транслокация органических веществ по флоэме [1990 Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. — Биология. В 3-х т. Т. 2]

Транспорт минеральных солей по растению. Транслокация органических веществ по флоэме.

НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    КАРТА САЙТА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ

У тех многоклеточных растений, у которых корни и другие органы удалены от мест фотосинтеза, для распределения продуктов фотосинтеза нужна специальная транспортная система. У сосудистых растений эти органические продукты переносятся из главных органов фотосинтеза — листьев — ко всем остальным частям растения по флоэме.

Флоэма состоит из ситовидных элементов, клеток-спутников, паренхимы, волокон и склереид. Строение флоэмы по данным световой микроскопии мы уже рассматривали в разд. 8.2.2. Ситовидные элементы располагаются торец в торец и образуют ситовидные трубки, в которых каждый элемент отделен от соседнего ситовидной пластинкой.

Связи между автотрофными клетками, образующими органические питательные вещества, и клетками, получающими эти вещества, показаны на рис. 14.20. Обратите внимание на то, что, как видно из этого рисунка, органические вещества у растений транспортируются и вверх, и вниз, т. е. в двух направлениях.

Читайте также:  Орунгал - инструкция по применению, аналоги, отзывы и формы выпуска (капсулы или таблетки 100 мг, раствор или сироп для приема внутрь, мазь или крем) лекарства для лечения микозов, кандидоза или молочницы у взрослых, детей и при беременности

Это отличает флоэму от ксилемы, по которой вещества передвигаются только вверх. Запомните также, что запасающие органы в разное время выступают то

Фотосинтезирующая ткань (главным образом листья) как экспортеры питательных веществ, то как их импортеры.

Транспорт минеральных солей по растению. Транслокация органических веществ по флоэме.Рис. 14.20. Передвижение органических веществ в зеленом растении

Как правило, около 90% растворенных веществ, переносимых по флоэме, составляет дисахарид сахароза.

Это сравнительно инертный и хорошо растворимый углевод, который не играет почти никакой роли непосредственно в самом метаболизме и поэтому служит идеальной транспортной формой сахара, так как маловероятно, чтобы он расходовался в процессе переноса.

Основное предназначение сахарозы — вновь превратиться в более активные моносахариды. Концентрация сахарозы во флоэме может быть очень высокой, и у сахарного тростника она достигает 25% (вес/объем).

Следует отметить, что по флоэме в различной форме переносятся и некоторые минеральные элементы, например азот и сера — в форме аминокислот, фосфор — в виде фосфорилированных Сахаров и ионов неорганического фосфата, калий — в виде ионов.

Кроме того, в небольшом количестве в ней могут присутствовать витамины, ростовые вещества (ауксины, гиббереллины и др.), искусственно привнесенные химикалии, вирусы и иные компоненты.

Значение флоэмы для рециркуляции и ремобилизации минеральных веществ уже обсуждалось в разд. 14.7.1.

Данные о циркуляции углерода в растении можно получить, если ввести в листья СО2 с радиоактивным изотопом 14С. Радиоактивная углекислота фиксируется в процессе фотосинтеза, и 14С переходит в растворенные органические вещества, например сахарозу.

Передвижение метки в растении можно проследить самыми разными методами, предназначенными для выявления радиоактивных изотопов, например с помощью радиоавтографии, сканирования поверхности счетчиком Гейгера или экстракции изотопа из разных частей растения.

В конечном счете и флоэма, и ксилема будут непосредственно участвовать в циркуляции углерода.

Так, например, углерод в форме сахарозы может попадать в корни и там использоваться для превращения нитратов в аминокислоты; а затем синтезированные аминокислоты, содержащие этот углерод, могут транспортироваться в ксилемном соке вверх по стеблю.

Транспорт веществ в растении. Транспорт минеральных солей по растению. Транслокация органических веществ по флоэме Транспорт воды и минеральных веществ растениями

Теперь, когда мы рассмотрели функции минеральных элементов, необходимых для нормального роста растений, следует обсудить механизмы их поступления в растения и структурные элементы, по которым предстоит им двигаться.

Минеральные вещества обычно поглощаются из почвы с помощью корней. Они могут поступать в небольших количествах также и через листья, поэтому внекорневое внесение некоторых микроэлементов стало стандартным сельскохозяйственным методом.

Минеральные вещества почти всегда поступают в растения в форме ионов.

Эти ионы сначала должны пересечь оболочку и плазмалемму, с тем, чтобы попасть в цитоплазму: затем при необходимости пройти и через мембрану, окружающую вакуоль (тонопласт) или какую-либо клеточную органеллу, для того, чтобы оказаться в том или ином внутреннем компартменте.

Изучение вопроса транспорта элементов является одним из основных в проблеме минерального питания. Это предопределяется следующими обстоятельствами. Во-первых, суть питания растений состоит в поступлении и включении в метаболизм минеральных элементов в результате обмена между организмом и средой.

Во-вторых, изучение процесса транспорта элементов сопряжено с выяснением свойств и функций клеточной оболочки, мембранных образований, связи между клетками и тканями.

В-третьих, выяснение вопросов, связанных с транспортом, приближает нас к целенаправленному управлению продуктивностью сельскохозяйственных растений.

Гидратированное состояние ионов.
Перенос ионов через мембрану связан с определенными трудностями. Одной из трудностей является наличие гидратированной воды, которая окружает ион и значительно увеличивает его объем.

Рассмотрим одновалентные ионы, в частности катионы Li + , Na + , K + , Rb + и Cs + : самое легкое ядро у лития, а самое тяжелое у цезия.

С увеличением массового числа растет также и количество электронов, которые окружают ядро и объем пространства, занимаемого электронными орбиталями. Поскольку плотность электронного облака, окружающего ядро мала, можно предположить, что ядро более доступно внешним воздействиям.

Эта зависимость находит свое отражение в величинах радиусов гидратированных ионов: Li + – 0,06; Na + – 0,095; K + – 0,133; Rb + – 0,148; Cs + – 169 нм.

В водных растворах молекулы воды удерживаются около ионов электростатическими силами, источником которых служат заряженные частицы атомного ядра. Чем ближе могут подойти к заряженному атомному ядру молекулы воды, тем сильнее они связываются и тем больше изменяется величина свободной энергии, обусловленная гидратацией.

Таким образом, у лития молекулы воды ближе к ядру и это значит, что в гидратной оболочке лития содержится больше молекул воды. Известно, что молекулы воды являются диполями.

Около катионов все ближайшие молекулы воды ориентируются отрицательными полюсами внутрь, а около анионов внутрь направлены положительные полюсы молекул воды (рис. 5.1).

Этот внутренний, сильно связанный с ионами структурированный слой молекул воды, называют первичной оболочкой.

На некотором отдалении, превышающем толщину первичной оболочки, напряженность электрического поля несколько снижается, что приводит к изменению нормальной ориентации молекул воды. Из-за этого вокруг иона возникает вторичная оболочка (рис. 5.2).

Таким образом, благодаря гидратной оболочке размеры ионов сильно увеличиваются. Между радиусами гидратированных и негидратированных катионов щелочных металлов существует обратная зависимость, т. е.

гидратированный ион, имеющий меньший кристаллический радиус, имеет большие размеры. Радиусы гидратированных ионов трудно вычислить; данные разных авторов значительно разнятся.

Подвижность ионов дает представление об их относительных размерах (табл. 5.2).

  • Таблица 5.2
  • Подвижность ионов в водных растворах (25 О С)
  • В настоящее время общепринятыми являются представления о том, что ионы и различные вещества преодолевают мембрану несколькими способами, основные из которых:

1. Простая диффузия через липидную фазу, если вещество растворимо в липидах (это не касается ионов).

2. Облегченная диффузия гидрофильных веществ с помощью липофильных переносчиков (транспортеров).

3. Простая диффузия ионов через гидрофильные поры (например, через ионные каналы).

4. Перенос веществ с участием активных комплексов (насосов).

5. Транспорт веществ путем пиноцитоза в условиях существенных изменений архитектуры мембран.

  1. Что касается движущих сил мембранного транспорта, то различают два механизма.
  2. Пассивный транспорт – перемещение веществ путем диффузии по градиенту электрохимического потенциала без затраты энергии (простая и, в какой-то мере, облегченная диффузия).
  3. Активный транспорт
    перемещение веществ против градиента электрохимического потенциала с затратой метаболической энергии, как правило в форме АТФ или редокс-цепей.

Для того чтобы понять механизмы трансмембранного переноса элементов минерального питания, остановимся на рассмотрении некоторых физико-химических закономерностях, определяющих движение ионов в растворе и мембране. Начнем с процессов пассивного транспорта (в частности вспомним законы диффузии).

Согласно первому закону Фика, поток (Ф) прямо пропорционален коэффициенту диффузии D и градиенту концентрации dC/dх
в точке х в данный момент времени.

Транспорт ассимилятов — дальний и ближний — всегда сопряжен с затратой
энергии. Вначале ассимиляты (глюкоза) из мест их образования проходят по
симпласту до клеток-спутниц и окружающих ситовидные трубки паренхимных клеток
.

В этих клетках сначала происходит превращение глюкозы в сахарозу
, которая затем в результате активного переноса «перекачивается»
в ситовидные трубки. Дальний транспорт сахаров по ситовидным трубкам осуществляется в виде сахарозы
.

В местах потребления ассимилятов или отложения запасных веществ
ассимиляты переходят из ситовидных трубок и достигают конкретного места
назначения по симпластическому пути также в виде глюкозы
.

Растущие органы и ткани — листья
, меристемы — активно притягивают к себе ассимиляты из мест их хранения, а также из
закончивших рост листьев.

Главный путь дальнего транспорта ионов — транспирационный ток по ксилеме
. Для ближнего транспорта в корне используются симпласт и апопласт
. Главным фильтрующим барьером на пути ионов в корне оказывается эндодерма с ее поясками Каспари
.

Через эндодерму ионы проникают по пропускным клеткам путем активного
транспорта. Переход ионов в сосуды может быть пассивным или активным.

В оси
побега — стебле — ионы активно извлекаются из сосудов и транспортируются в горизонтальном
направлении, в основном по сердцевинным лучам.

В листе из окончаний сосудов ионы выходят пассивно вместе с транспирационным
током и в течение вегетационного периода могут накапливаться в большом
количестве. Часть накопленных ионов (Са и Mg) удаляется вместе с осенним
листопадом, другая часть к этому времени из листьев отводится.

Основным двигателем транспирационного тока является

Движение веществ по клеткам и тканям. Внутри живых клеток и между отдельными клетками постоянно перемещаются различные вещества. Одни из них поступают в клетку, другие выводятся из нее.

Например, вещества, которые образуются в растении, перемещаются внутри клетки, между соседними клетками, от одного органа к другому.

Так, продукты фотосинтеза от клеток листа транспортируются к не зеленым частям растения (корню, стеблю, цветкам).

Транспорту веществ способствует строение клеточной оболочки, через которую проходят определенные вещества. Цитоплазма соседних клеток сообщается между собой тончайшими канальцами, которые густо пронизывают клеточную стенку.

Читайте также:  Склеренхима. Строение и функции склеренхимы.

Движение минеральных и органических веществ между органами, Для того чтобы понять, каким образом перемещаются вещества между органами растения, вспомните внутреннее строение и функции корня, стебля и листа.

Водный раствор минеральных веществ из почвы поглощают корневые волоски всасывающей зоны корня. Далее через клетки коры корня этот раствор поступает к сосудам центрального цилиндра.

Благодаря корневому давлению, возникающему в клетках корня, почвенный раствор солей по сосудам поступает в надземную часть растения.

Корневое давление можно измерить, присоединив к пню свежесрезанного растения манометрическую трубку (прибор, измеряющий давление). У травянистых растений корневое давление достигает 2-3 атмосфер, у деревянистых – еще больше. По сосудам вода передвигается к листьям, из которых испаряется через устьица. Это направление движения растворов называют восходящим потоком.

На восходящий поток веществ значительно влияет испарение воды листьями, создающее так называемую присасывающую силу листьев. Чем больше воды испаряют листья, тем интенсивнее корневая система поглощает ее из почвы и тем скорее почвенный раствор поступает к надземным частям.

От листьев по стеблю в направлении корневой системы, цветков или плодов транспортируются органические вещества – продукты фотосинтеза.

Количество органических веществ, образованных за один световой день в хлоропласте, превышает его массу в несколько раз.

Органические вещества по ситовидным трубкам оттекают от листьев к другим частям растения, где они потребляются или откладываются про запас (корень, стебель, плоды). Этот поток называют нисходящим.

Вода и растворенные в ней минеральные и органические вещества могут передвигаться в растении также и в горизонтальном направлении. В корне, например, этот транспорт осуществляется по клеткам коры, а в стебле – по клеткам сердцевинных лучей.

Зная пути и механизмы передвижения веществ по растению, можно ими управлять. Так, чтобы ускорить созревание помидоров, удаляют боковые побеги. Укорачивая побеги, появившиеся после формирования гроздей винограда, можно изменить направление потоков питательных веществ к плодам, созревание которых при этом значительно ускорится.

Удаление избыточной воды из растения. Вы уже знаете, что в ходе транспирации вода передвигается по тканям и испаряется в атмосферу. Но, рассматривая движение водных растворов по растению, необходимо вспомнить и явление, которое вы неоднократно могли наблюдать. Так, рано утром на верхушках листьев некоторых растений (например, земляники) можно заметить крупные капли воды.

Но это не роса. Иногда корни поглощают из почвы больше воды, чем успевают испарять листья, особенно ночью, когда устьичные щели закрыты. Избыток воды выдавливается через специальные отверстия по краям листовых пластинок. В частности, это явление можно наблюдать у комнатных растений – монстеры, арума, а также в лабораторных условиях у проростков овса, пшеницы, кукурузы.

Выделение избытка воды в виде капель необходимо для нормального функционирования организма растения. Попав в лист с восходящим током, вода должна или испариться, или выделиться в виде капель наружу, если испарение недостаточно интенсивное.

Для осуществления процессов жизнедеятельности растениям нужна вода и растворенные в ней минеральные (неорганические) вещества. Получить их растение может в основном из увлажненной почвы. За всасывание водного раствора у растений отвечают корни.

Однако не столько корни нуждаются в воде, сколько листья и другие надземные органы растения (развивающиеся почки, побеги, цветки, плоды). Поэтому у высших растениях в процессе эволюции получила развитие проводящая система, обеспечивающая транспорт веществ.

Наиболее сложное строение она имеет у покрытосеменных растений.

За передвижение воды и минеральных веществ как по стеблю, так и по листьям и в корнях, отвечают сосуды
. Они представляют собой мертвые клетки. Движение воды и минеральных веществ вверх обеспечивается за счет корневого давления и испарения воды листьями.

У древесных растений сосуды находятся в древесине стеблей. В этом можно убедиться, если поставить ветку в подкрашенный водный раствор. Через некоторое время на поперечном спиле можно увидеть, что окрасится только древесина. Это значит, что только по ней передвигаются вода и растворенные в ней минеральные вещества.

Передвижение по стеблю органических веществ

В зеленых листьях растений происходит фотосинтез, в процессе которого синтезируются органические вещества. Из этих веществ в дальнейшем синтезируются другие органические вещества, используемые в различных процессах жизнедеятельности и для получения энергии.

В органических веществах нуждаются не только зеленые части растения, но и другие органы и ткани. Кроме того, часть органических веществ откладывается про запас. Поэтому в растениях осуществляется передвижение не только воды и минеральных веществ, но и транспорт органических веществ. Обычно он идет в противоположную сторону от тока водного раствора.

Органические вещества у покрытосеменных растений передвигаются по ситовидным трубкам
. Это живые клетки, их поперечные перегородки, которыми они соприкасаются друг с другом, похожи на сито.

У древесных растений ситовидные трубки расположены в лубе, который является часть коры, расположенной ближе к камбию (с внутренней стороны от камбия находится древесина).

Если кора стебля растения повреждается достаточно глубоко, и это препятствует оттоку органических веществ, то на стволе образуются так называемые наплывы, или наросты. В них скапливаются органические вещества. За их счет на повреждении ствола образуется раневая пробка. Далее в этом месте могут начать развиваться корни и почки.

Органические вещества у растений часто накапливаются в различных органах и тканях (корнях, стеблях, сердцевине). Весной эти вещества используются для того, чтобы у растения появились листья и новые побеги.

Для этого запасенные органические вещества должны раствориться в воде и переместиться туда, где они требуются.

И получается, что в это время органические вещества двигаются не по ситовидным трубкам, а по сосудам с водой и минеральными веществами.

Растения получают углерод и кислород
преимущественно из воздуха, а остальные
элементы из почвы. Питательные элементы
— это химические элементы, которые
необходимы растению и не могут быть
заменены никакими другими. Питательные
вещества — это соединения, в которых
имеются эти элементы.

Питательные
элементы содержатся в почве в 4 формах:
1) прочно фиксированные и недоступные
для растения (например, ионы калия и
аммония в некоторых глинистых минералах,
2) труднорастворимые неорганические
соли (сульфаты, фосфаты, карбонаты) и в
такой форме недоступные для растения,
3) адсорбированные на поверхности
коллоидов, доступные для растений
благодаря ионному обмену на выделяемые
растением ионы, 4) растворенные в воде
и поэтому легко доступные для растений.

В поглощении минеральных веществ играют
роль и клеточная стенка, и плазмалемма.

Наличие в клеточной стенке пектиновых
веществ с карбоксильными группами
обуславливает их свойство катионообменников
(активно связывают двух- и трёхвалентные
катионы и удерживают их в кажущемся
свободном пространстве, непосредственно
примыкающем к плазмалемме).

Таким
образом, благодаря контактному обмену
с почвенным раствором или непосредственно
с почвенным поглощающим комплексом ППК
(адсорбированными на частицах почвы
ионами) происходит обмен катионов
водорода на катионы окружающей среды
и HCO 3 — (OH -)
на анионы минеральных веществ.

Перемещение же ионов через плазмалемму
осуществляется либо путём диффузии (по
электрическому и концентрационному
градиентам) – пассивный транспорт

,
либоактивно

– против градиента,
с затратой энергии (Н + — АТРаза,Na + ,K + —
АТРаза,Ca 2+ — АТРаза,
анионная АТРаза).

Особую роль в плазмалемме растительных
клеток играет протонный насос. Создаваемый
им мембранный потенциал может быть
использован на транспорт катионов по
электрическому градиенту против
концентрационного.

И наоборот, градиент
рН служит энергетической основой для
переноса через мембрану анионов хлора
Cl — ,
сульфат-анионов SO 4 2- и др. всимпорте
с Н + (в ту же
сторону) или для выкачки излишних
катионов натрия вантипорте
с Н + .

Изменение рН служит основой и для
вторичного активного транспорта
органических веществ (с помощью
белков-переносчиков).

Рис. 1 Механизмы мембранного транспорта
в плазмалемме растительных клеток: К n + — катионы; А — — анионы; Сах – сахара;
АК — аминокислоты

Ксилемный транспорт

Поглощённые вещества и некоторые
метаболиты корня (аминокислоты) по
апопластному и симпластному пути вместе
с током воды поступают к сосудам ксилемы.

Загрузка ксилемы осуществляется
благодаря функционированию одного или
двух насосов (Н + — АТРазы).

Ксилемный
сок, например, у люпина, имеет рН = 5,9,
содержит: 0,7 – 2,6 ммоль/л аминокислот;
2,4 – 4,6 К + ; 2,2 – 2,6Na + ;
0,4 – 1,8 Са 2+ ; 0,3 – 1,1Mg 2+ .

Состав ксилемного сока зависит от вида
растения и условий питания, а по мере
продвижения по ксилеме изменяется
количественно и качественно.

Разгрузка ксилемы обусловлена
гидростатическим давлением в сосудах,
силами транспирации и аттрагирующим
действием окружающих клеток. В клетки
листа вещества из апопласта поступают
в результате активной работы Н + -помпы.

Если в результате постоянного тока воды
в клетках возникает перенасыщение
солями, то в тканях листа либо образуются
труднорастворимые осадки солей (в
клеточных стенках, вакуолях, митохондриях),
либо происходит их отток через флоэму,
либо выделение специализированными
солевыми желёзками и волосками.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector