Транспірація рослин та її біологічне значення
Рослини мають своєрідну «кровоносну систему», що дозволяє забезпечувати їх усіма необхідними для розвитку речовинами. Її вінець - звільнення від води через листя і стеблі, яке біологи назвали «транспірація».
- Транспірація - що це таке
- Біологічне значення транспірації
- Але якщо води йде більше, ніж рослина встигає «випити» із землі корінням, їй загрожує небезпека:
- Процеси пересування води
- Механізм та інтенсивність транспірації
- Є кілька факторів, що впливають на інтенсивність транспірації.
- Транспірація: види
- Випаровування води рослинами проходить у три фази:
- Гирла
- Її можна розбити на дві стадії.
- Кутикулярна
- Добовий хід і показники транспірації
- Протягом доби рослини «дихають» з різною силою.
Транспірація - що це таке
Якщо говорити про це поняття докладніше, то транспірація - не що інше, як випаровування в атмосферу вологи з листя і стеблів живих рослин. Це явище допомагає воді, яку всмоктує коренева система, іноді з досить глибоких шарів ґрунту (у пустелях коріння може йти вглиб навіть на двадцять метрів), підніматися по стеблях або стовбурах до листя, квітів, плодів, доставляючи до всіх частин рослинного організму потрібні мінерали та елементи. І нова порція води з поживними речовинами «підсмоктується» завдяки транспірації у рослин: місце звільняється випаром використаної вологи через дрібні пори на листях, розташовані з тильного боку. Інтенсивність руху води залежить від зовнішніх факторів - часу доби, температури і вологості повітря. Іншими словами, рослина транспірує, коли вологість повітря всередині неї вище вологості навколишнього атмосфери. Доведено, що десять відсотків усієї вологи, яка випаровується на поверхні Землі, відноситься на рахунок саме рослинного світу нашої планети.
Біологічне значення транспірації
Перефразовуючи відомий вираз, можна сказати: якщо якесь явище існує, значить, воно для чогось потрібно. Справедливо це і по відношенню до транспірації. Для рослин вона має життєво важливе значення, і вважати її згубною для світу флори невірно.
- Процес транспірації забезпечує постійний рух води «від п'ят до макушки» - через коріння, стебла, листя.
- Таким чином вдається регулювати температурний і водний режими. У найспекотніший час літнього дня листя зазвичай прохолодніше за навколишню атмосферу на три - вісім градусів.
- Випаровування допомагає розвантажити рослину від надлишку вологи всередині і дати місце новій партії води, повною поживними мікроелементами.
- Транспірація запобігає перегріванню та опікам листя при високій температурі або попаданні прямих променів сонця.
Але якщо води йде більше, ніж рослина встигає «випити» із землі корінням, їй загрожує небезпека:
- дефіцит вологи;
- призупинення зростання;
- зменшення інтенсивності фотосинтезу;
- порушення обміну речовин всередині рослинного організму.
Watch this video on YouTube
Підсумком може стати не просто в'ядання, але навіть загибель. І все-таки, якщо умови не екстремальні, рослина здатна самостійно регулювати рівень випаровування. Якщо води до поверхні, звідки вона випаровується, приходить недостатньо, транспірація сповільнюється.
Процеси пересування води
Як ми вже з'ясували, транспірація - природний фізіологічний процес в рослинному світі. Головний її орган - аркуш. Оскільки листя у рослин багато, вони утворюють досить велику площу для випаровування. В результаті водний потенціал зменшується, а це сигнал для клітин листя до поглинання води з ксилемних жилок. За принципом падаючого доміно слідом провокується рух води з коріння по ксилемі до листя. Утворюється щось на кшталт верхнього кінцевого двигуна. І чим активніша транспірація, тим потужніший верхній «двигун», і тим сильніша всмоктуюча сила «двигуна» нижнього - кореневої системи.
З стебля вода рухається в листок, проходячи по жилках через черешок. По дорозі жилки «розбігаються», число провідних елементів стає менше. Самі жилки перетворюються на окремі трахеїди, які утворюють дуже густу мережу. Затримують вологу в листі одношаровий епідерміс з кутикулою на його поверхні. Вода, що перетворилася на пар, виходить крізь гирла - спеціальні численні отвори мікронних розмірів, які рослина в змозі розширювати або звужувати залежно від зовнішніх умов.
Механізм та інтенсивність транспірації
Рослини поглинають лише незначну частину всього обсягу води, який видобувають з ґрунту - 0,2 відсотка, іноді трохи більше. Все інше випаровується в повітря. Механізм роботи верхнього кінцевого двигуна досить простий. Заснований він на тому, що зазвичай в атмосфері замало водяних парів, а значить, її водний потенціал можна охарактеризувати як негативний. Наприклад, при відносній вологості повітря в 90 відсотків атмосферний тиск дорівнює 140 барам. А в переважної більшості представників царства флори тиск всередині аркуша варіюється між 1 і 30 барами. Такий великий розрив і забезпечує транспірацію. Водний дефіцит, спускаючись по клітинах від листя по стеблях, неминуче досягає коріння. Це змушує нижній двигун «запускатися», всмоктуючи воду з ґрунту. А випаровування з поверхні листя піднімає її, разом з усіма мінеральними солями, назад нагору.
Є кілька факторів, що впливають на інтенсивність транспірації.
- «Наповненість» рослини водою. Коли вона досягає критичного рівня, гирла звужуються.
- Насиченість повітря вуглекислим газом. Більшість рослин на надмірну його концентрацію відповідають закриттям гирлів.
- Освітлення. Зазвичай коли світло, гирла відкриті. Темніє - закриваються.
- Температура повітря. Перевалюючи за 35-40 ° С, вона провокує закриття гирлів.
- Температура поверхні самого аркуша. Нагріваючись на кожні 10 ° С, аркуш віддає вдвічі більше вологи.
- Вологість повітря і швидкість вітру. Чим сушіша атмосфера, тим вища транспірація.
Транспірація: види
Випаровування води рослинами проходить у три фази:
- Просування з жилок у верхні шари мезофілла.
- Випаровування зі стінок клітини в міжклітинні проміжки і порожнечі навколо гирлів; подальший вихід назовні.
- Останній етап підрозділюється на:
- транспірацію через гирла - гирлу;
- випаровування в атмосферу безпосередньо через клітини епідермісу - кутикулярну транспірацію.
Гирла
Її можна розбити на дві стадії.
- Перехід води з крапельного стану (в такому вигляді вона перебуває в клітинних оболонках) в газоподібне в міжклітинних проміжках. У цей час рослина здатна регулювати силу транспірації. Якщо води йому не вистачає, в кореневих і стеблевих судинах виникає сильна напруга, що затримує просування води до клітин листя. І випаровування сповільнюється.
- Виділення пари на поверхню через гирла. Як тільки водяний пар виходить з міжклітинних пустот, вони знову заповнюються за рахунок переміщення з оболонок клітин. Основний важіль координування транспірації - це ступінь відкритості гирлів.
Кутикулярна
Транспірація, яку біологи назвали кутикулярною, у різних видів рослин дуже відрізняється за своєю інтенсивністю. В одних втрата вологи за її рахунок зовсім незначна. Наприклад, сімействам магнолієвих і хвойних товстий епідерміс і кутикула поверх нього на листях не дають втрачати багато рідини. Інші транспортовані води можуть становити до 50 відсотків загального обсягу. Особливо сильний процес, коли листя ще молоденьке, з дуже тонким епідермісом і кутикулою.
Добовий хід і показники транспірації
Протягом доби рослини «дихають» з різною силою.
- Якщо на вулиці ясно і не дуже сухо, перший глибокий «вдих» вони роблять на світанку, коли гирла відкриваються на максимальну ширину. У другій половині дня вони потроху звужуються і закриваються, коли сідає сонце.
- У суху погоду це відбувається набагато раніше - вже до десяти-одинадцятої години. Як тільки до вечора зною спадає, вони знову відкриваються до заходу сонця.
- Коли небо затягнуто хмарами, гирла зазвичай відкриті до вечора, але не дуже широко.
Добові коливання втрати води можна порівняти з рухом гирлів. Транспірація дещо випереджає надходження вологи, яка не може з такою ж швидкістю проходити по клітинах рослини. Тому в денний час утворюється певний дефіцит. Зате вночі, коли гирла закриті і «сплять», він заповнюється. Але багато в чому ситуація залежить від регіону, де рослина живе, і його виду. Так, у кактусових і молочайних гирла відкриваються виключно ночами.
У помірному кліматі для накопичення одного грама сухих речовин рослини задіють близько 300 грамів води. Загалом, даний показник може коливатися від 125 до 1000 грамів.