Пересування води по рослині 2

Шлях води в рослині розпадається на три відмінності-ні по фізіології, будовою і протяжності частини: по живих клітин кореня; по мертвим елементам ксилеми кореня, стебла, черешки і жилок; по живих клітин листа до випаровує поверх-ності.

Більша частина цього шляху доводиться на частку водопроводящей системи, що складається з мертвих по-лих судин у покритонасінних і трахеид у голосі-сних рослин. У трав'янистих рослин ця частина водного шляху сягає десятків сантиметрів, а у дере-вісних - багатьох метрів.

Пересування води по судинах ксилеми, довжина яких може досягати декількох десятків санти-метрів, відбувається досить легко. Шлях через трахеіди важчий: від однієї трахеіди до іншої вода проходить через облямовані пори; очевидно, що дві-ються води через них відчуває більшу опору-ня, ніж через судини. Вимірювання показують, що у листяних деревних рослин провідність дереві-Сіни в 3 - 6 разів вище, ніж у хвойних. В цілому цей шлях вода долає куди легше, ніж перший і третій через кілька міліметрів або навіть часток міліметрів живих клітин - від кореневих волосків до судин центрального циліндра і від сусідів, розташований-них в жилках листа, до випаровують клітин мезофіла.

По судинах і трахеїдів вода пересувається, як по порожнистим трубках, підпорядковуючись загальним гідродінамічес-ким законам, по живих ж клітинам кореня і листа - осмотическим шляхом, за допомогою різниці сисних сил сусідніх клітин в правильно зростаючої послідовно-вательності. Значне опір току води при переході її від однієї живої клітини до іншої справи-ет цей спосіб зовсім непридатним для перес-вання води на велику відстань. Тому виник-новение трахеид у папоротніковідних рослин яви-лось важливим етапом в еволюції рослинного світу. Ще більш досконалої стала водопровідна систе-ма з появою справжніх судин у покритосемен-них рослин.

Через рослина перекачується величезна кількість води. З 1 га посівів пшениці за літо випаровується близько 2 тис. Т, конюшини - 7,5, капусти - 8 тис. Тобто якщо зібрати всю воду, що витрачається 1 га конюшини або капу-сти, то вийде водний басейн площею 1 га та глибиною 75- 80 см. Ялинові молодняки південної тайги за рік витрачають 4,5 тис. т води з 1 га лісової площі, сосно- ші - 5,0, вільхові - до 11 тис. т.

Видно, що ліси витрачають не менш, а навіть біль-ше, ніж деякі сільськогосподарські культури. ці колосальні витрати заповнюються за рахунок діяль-ності кореневих систем, з достатньою швидкістю ВСА-Сива воду з грунту. На цьому заснована осушують-щая роль лісу в умовах заболочуються лісових грунтів. Підтримці водного балансу служать і добре розвинена провідна воду система, без затримки пода-ющая воду до листя, а також наявність покривних тка-ній, що захищають рослину від зайвої втрати води.

Які ті сили, які здійснюють непрерив-ний струм води від коренів через стебло і листя? У тра-вяністих низькорослих рослин механізм перетікання ксілемного соку зрозуміти легко. Кореневе тиск нагий-нету воду в судини центрального циліндра кореня, а смокчуть сили, що виникають в листі завдяки про-цесії транспірації, притягують цю воду. Тим самим створюється постійний струм води по всій рослині.

Процес підйому води від коренів до листя носить назву висхідного струму, на відміну від спадного струму органічних речовин від листя до коренів. Кор-Невое тиск, що створюється завдяки метаболізму кореневих закінчень, отримало назву нижнього кінцевого двигуна водного струму. Притягають ж воду смокчуть сили листя називають верхнім кінці-вим двигуном водного струму.

Важче пояснити безперервність водяного стовпа у гігантів рослинного світу - евкаліптів, секвої та деяких інших деревних рослин, висота кото-яких досягає 140 м. Наші звичайні дерева також мають досить великі розміри: береза ​​- до 25 м, дуб - 40 м, сосна і ялина - до 50 м. до цього слід додати і значну протяжність водопроводу-щей системи коренів.

Водний ток відчуває і долає силу зем-ного тяжіння, силу тяжіння. В силу цього, напри-заходів, звичайні поршневі насоси не можуть підняти воду з глибини більше 10 м, бо цей 10-метровий стовп води відповідає тиску в 1 атм. Крім того, рух води по ксилемі відчуває досить значний опір, особливо у представників голосемен-них деревних рослин.

Пояснення того, що водний стовп протяжно-стю багато десятків метрів не розривається, знаходимо в теорії зчеплення (когезії) і змочування стінок со-судів і трахеид водою (адгезії). Дійсно, між-ду молекулами пересувається води існують значні сили зчеплення, що змушують ці мо-лекул слідувати один за одним. Цьому сприяє і те, що водопровідні елементи представляють як би єдине ціле з водним потоком, так як стінки їх повністю змочені, насичені водою. У них немає повітря. У такому стані вони надають міні-мальное опір який рухається потоку. Кро-ме того, сама будівля судин не сприяє пе-редвіженію бульбашок повітря з однієї судини в іншій.

Все це дуже сильно відрізняє умови, створюю-щіеся в дереві, від умов в поршневих насосах. В останніх між стінками циліндра і поршня посто-янно з'являються бульбашки повітря, що порушують це-лостность водяного стовпа. Відбувається обрив цього стовпа при підйомі на висоту понад 10 м.

Для того щоб підняти воду на висоту 100 м, необ-обхідно наявність сисних сил в кроні дерева близько 30 - 35 атм: на подолання сили тяжіння - 10 атм, опору-тивления фільтрації через поперечні стінки сосу-дов - 20 - 25 атм. У природній обстановці лісу такі величини часто реєструються експериментально. Тому з чисто фізичної точки зору представля-ється можливим пояснити підйом води на висоту 100 м і більше.

У процес е транспірації в листі дерев мож-ника смокчуть сили, що досягають десятків атмос-фер. Листя насмоктують воду з стебла, внаслідок чого в судинах виникає негативний тиск -разреженіе. Такий стан можна спостерігати за допомогою нескладних приладів: в теплий літній день при інтенсивній втраті води стовбури дерев умень-шаются в діаметрі. Інший спосіб полягає в тому, що при зрізанні інтенсивно транспірірующей вет-ки в підфарбованою воді відзначається миттєве про-нення фарби через поверхню зрізу завдяки розширенню судин.

Залежно від анатомічної будови дереві-Сіни лінійна швидкість висхідного струму коливається від 1 - 6 м / ч у хвойних і неуважно-судинних дере-вісних порід до 25 - 60 м / ч у кольцесосудістих. Та-кая швидкість зареєстрована влітку опівдні. Ско-кість пересування води по дереву протягом доби змінюється і в основному відповідає інтенсивності транспірації. Існує і світлозалежна висхідний водний потік в рослинах, тісно не пов'язана з Транспіраціонний активністю (В.Г. Реуцький).

У самому дереві швидше за все вода пересувається в стовбурі і повільніше - в наймолодших гілках. Середнє положення за цим показником займають старі гілки.

Особливості водного струму по стовбуру дерева:

· За допомогою ізотопної техніки і введення в стовбур фарб було показано, що у більшості деревних рослин водний струм в стовбурі пересувається по спіралі. Це тісно пов'язано з макростроеніем деревного стовбура, що ускладнює відповідь на питання, яка частина кореневої системи живить водою ту чи іншу сторону крони дерева.

· Пересування води в радіальному напрямку здійснюється повільніше і відбувається через пори на стінках судин і трахеид. Воно має зна-чення в підтримці нормальної оводненности живих елементів деревини і кори.

· Нерівномірність водного струму. Далеко не вся дере-весіна служить місцем проведення води. У ядро-вих деревних рослин (сосна, дуб) для цього слу-жит тільки заболонь. При цьому більш активні в проведенні води останні річні шари дереві-Сіни. Це пояснюється тим, що тільки ці шари переходять в деревину однорічних гілок, тісно пов'язану з водопроводящей системою листя. У хвойних, зокрема у їли, провідні пучки хвої повідомляються, мабуть, з декількома годіч-ними кільцями. Старі річні кільця просто не досягають крони, вони виклініваются в міру збільшення висоти дерева. У ряду деревних по-рід (акація біла, фісташка, ясен) вода прово-диться лише 1 - 3 останніми річними сло-ями заболоні. Така ж картина спостерігається і у заболонних, і у спелодревесних порід (осика, бе-різу, липа), але у них число річних шарів, прово-дящих воду, трохи більше.

· Можна назвати і таку особливість висхідного струму в стовбурі дерева, як його ізольованість. У загальних рисах вона властива і трав'янистих расті-вам. Проте, у деревних рослин вона виражена більшою мірою. Провідна воду деревина стовбура відокремлена від зовнішнього середовища не тільки живими клітинами камбію і флоеми, а й товстої пробкою або кіркою, що обмежують зв'язок деревини з повітрям атмосфери.

· Така властивість висхідного струму, як обратu-ність, іноді спостерігається в природі у ряду дере-вісних порід, в тому числі у деяких хвойних (їли, ялиці), при укоріненні нижніх гілок, з-торкаються з грунтом, або верхівок у вива- ленних дерев. Струм води тут йде в зворотному напрямку - від морфологічно верхнього кон-ца до морфологічно нижнього кінця.

Висхідний ток забезпечує всі живі клітини рослини водою і мінеральними елементами. Дуже важлива роль висхідного струму і в забезпеченні живих клітин коренів, стовбура і гілок киснем, бо проникність тканин кори, камбію, деревини для газів дуже низька. Цей розчинений у воді висхідного струму кисень йде на здійснення процесу нку-ня живих елементів дерева.

Висхідний ток впливає і на обводненню тканин, зокрема деревини стовбура. У молодому віці до утворення ядра найбільшою вологістю володіє деревина хвойних порід. Ця різниця, очевидно, свя-зано з відсутністю у них в порівнянні з листяних п-ми породами лібриформу.

Різкі зміни оводненности деревини на-блюдаются протягом року. Так, у хвойних деревних рослин найнижча вологість відзначається в років ня місяці, а найвища - взимку. У поздневе-сеннее і осінній час вологість деревини займає середнє положення. Вологість ядрового деревини практично залишається незмінною і однією з найнижчих. У листяних деревних порід відзначено два періоду зниженої вологості - річний і у дру-рій половині зими і два підвищеної - весняний під час сокоруху і зимовий - в першій половині зими.

Вода, запасені в середині стовбура, здатна пе-редвігаться в молоді пагони, що особливо важливо при відсутності доступної для рослин води в грунті (за-суха, морози). Наприклад, 100- річна сосна може пере-носити посушливий період за рахунок внутрішніх запа-сов води в стволі протягом цілого місяця.

Перетікає по рослині вода відрізняється від метаболічної води ,, яка безпосередньо ис-користується в різних процесах обміну речовин. Вода постійно обмінюється в клітинах рослин. З по-міццю сучасної техніки, зокрема изотопной, вдалося показати, що найшвидший обмін всередині-тканинної рідини на зовнішню воду відбувається в коренях рослин, а найповільніше - в стеблах. Переможе-точне положення займають листя.