Гіпермаркет Знань>>Біологія>>Біологія 7 клас. Повні уроки >> Біологія: Транспорт речовин і випаровування води. Повні уроки

Мета: розказати про принципи транспорту речовин у рослин.

Хід роботи: 

1. Розказати про два основних процеси, завдяки яким відбувається транспорт речовин у рослин.

2. Розказати про транспірацію води.

3. Описати особливості руху речовин по флоемі.

Клітини обмінюються різними речовинами з оточуючим їх середовищем у результаті дифузії (Відео 1).

Відео 1.Дифузія у живих організмах.

Однак переніс речовин звичайною дифузією на великі відстані неефективний, виникає необхідність у спеціалізованих системах транспорту. Такий переніс із одного місця у інше забезпечується за рахунок різниці тиску у цих місцях. Всі речовини, що транспортуються, рухаються з однаковою швидкістю на відміну від дифузії, де кожна речовина рухається зі своєю швидкістю у залежності від градієнту концентрації.

Одним з найважливіших механізмів транспорту речовин у рослині являється осмос. Осмос – це перехід молекул розчинника (вода) із областей с більш високою концентрацією у області с більш низькою концентрацією через напівпроникну мембрану. Цей процес схожий на звичайну дифузію, але протікає швидше. Чисельно осмос характеризується осмотичним тиском, тобто тиском, який треба прикласти, щоб не відбулось осмотичне проникнення води у розчин.

У рослин роль таких напівпроникних мембран грають плазматична мембрана і тонопласт (мембрана, що оточує вакуоль). Якщо клітина контактує з гіпертонічним розчином (тобто розчином, у якому концентрація води менша, ніж у самій клітині), то вода починає виходити з клітини назовні. Цей процес має назву плазмоліз. Клітина при цьому зморщується. Плазмоліз – зворотній процес. Якщо таку клітину помістити у гіпотонічний розчин (з більш високим вмістом води), то вода почне надходити всередину клітини і вона знову збільшиться. При цьому внутрішня частина клітини (протопласт) тисне на клітинну стінку. У рослинної клітини збільшення протопласту зупиняє жорстка клітинна стінка. 

Основна маса води поглинається молодими зонами коріння рослин у області кореневих волосків. Завдяки їм значно збільшується всисна площа поверхні. Вода надходить у корінь за рахунок осмосу та руху на гору до ксилеми по апопласту (клітинним стінкам), симпласту (по цитоплазмі), а також через вакуолі.На мал. 1 зображені різні шляхи транспорту води.

                                                                                           Мал. 1 Різні шляхи транспорту води.

Слід відмітити, що у клітинних стінках є смужки, що звуться ремінцями Каспарі (мал. 2). Вони складаються з водонепроникного суберину та зашкоджують руху води і розчинених у ній речовин. В цих місцях  вода має проходити через плазматичні мембрани клітин. Так рослина захищається від проникнення токсичних речовин. 

                                                                                                      Мал. 2 Ременці каспарі.

Підйом води по ксилемі відбувається за рахунок випаровування води у листях (детальніше про випаровування розкаже відео 2).

Відео 2. Транспірація.

У процесі випаровування у кроні утворюється недостатність води. Поверхневе на тяжіння у сосудах ксилеми здатне тягнуте у гору весь стовп води, утворюючи масовий потік. Швидкість підйому води складає десь 1 м/годину. Щоб підняти воду до верхівки високого дерева потрібен тиск десь 40 атм. 

Друга важлива сила, що бере участь у підйомі води – кореневий тиск. Він складає 1-2 атм. Цього не достатньо, щоб повністю забезпечити рух рідини, але її внесок у багатьох рослин має велике значення.

Потрапляючи по ксилемі у листя, вода та мінеральні речовини розподіляються через розгалужену мережу провідних пучків по клітинам. Рух по клітинам листка відбувається, як у корені, трьома способами: по апопласту, симпласту та вакуолям.

Для своїх потреб рослина використовує менше 1 % поглинутої води. Все інше випаровується через восковий шар на поверхні листків та пагонів через кутикулу та продихи. Трав’янисті рослини втрачають у день десь 1 л води, а у великих дерев ця цифра сягає сотень літрів. В

Випаровування води (транспірація) відбувається за рахунок енергії сонця. Ви можете спостерігати цей процес, якщо накриєте рослину ковпаком. На внутрішній поверхні ковпаку будуть збиратися краплі вологи. Cпостерігати випаровування можна і у природі, як на мал. 3

                                                                                                Мал. 3 Транспірація у природі.

На швидкість випаровування впливає багато факторів: світло, вологість, температура, наявність води у грунті і т.д. Щоб детальніше дізнатись про них дивітся відео 3.

Відео 3. Випаровування води рослинами.

Також вплив мають особливості будови листка (площа поверхні, товщина кутикули, кількість продихів). Ряд зовнішніх факторів призводить до зменшення дифузії води з листя, інші, наприклад, відсутність світла або сильній вітер визивають замикання продихів, вигляд яких ви можете побачити на мал. 4.

                                                                                                      Мал. 4 Продих листка.

Рослини посушливих регіонів мають спеціальні засоби для зменшення транспірації: занурені глибоко продихи, рясне запушення з волосків або лусочок, товстий восковий шар, перетворення листя на колючки або голки. Осінній листопад у помірних широтах також має зменшити випаровування води, коли прийдуть холоди. 

З грунту рослини отримують не лише воду, але й мінеральні солі. Ці речовини рухаються у коренях під дією дифузії. За рахунок енергії дихання можливий активний транспорт проти градієнту концентрації. Потрапляючи у ксилему, мінеральні речовини розносяться по всьому організму з масовим потоком води. Основними споживачами цих речовин являються частини рослини, що ростуть. 

Деякі мінеральні речовини, виконавши свою функцію, можуть переміщуватись далі у гору або униз по флоемі. Це відбувається, коли, наприклад, накопичені листям корисні речовини, відкладаються у інших частинах рослин. 

У багатоклітинних рослин є така транспортна система – флоема – що призначена для розподілу продуктів фотосинтезу. По ній органічні речовини можуть транспортуватись і вниз і в гору. Яким чином такі великі потоки поживних речовин можуть переміщуватись по тонким ситовидним трубкам флоеми не зовсім зрозуміло. Можливим механізмом транспорту являється звичайний тиск (мал.5) або електроосмос. Більша частина речовин, що транспортуються по флоемі – сахароза, яка майже не приймає участі у процесах метаболізму безпосередньо. Швидкість руху цукру зазвичай 20-100 см/годину. За день по стовбуру великого дерева може пройти декілька кілограмів цукру (суха маса).

                                                                                     Мал. 5 Претікання розчину під тиском.

При пошкоджені флоеми ситовидні трубки закупорюються у результаті відкладання каллози  на ситовидних пластинках. Втрата поживних речовин зазвичай зупиняється через декілька хвилин після пошкодження.

Контролюючий блок:

1. Що таке дифузія та осмос?

2. За рахунок чого відбувається підйом води по ксилемі?

3. Що впливає на швидкість транспірації води?

4. У чому особливість транспорту речовин по флоемі?