Mechanizm pobierania wody przez rośliny w warunkach wysokiej wilgotności
- Szczegóły
U roślin lądowych woda i sole mineralne pobierane są z roztworu glebowego za pomocą korzeni.
Transpiracja i jej ograniczenia
Kiedy otaczające roślinę powietrze jest suche, a temperatura wysoka, zgromadzona w nadziemnych częściach roślin woda paruje przez aparaty szparkowe, skórkę i przetchlinki. Proces ten nazywany jest transpiracją.
Podobnie jak pocenie się u ludzi, transpiracja powoduje obniżenie temperatury organów: liści i łodyg. W ten sposób roślina traci ok. 99% wody pobieranej z gleby.
Kiedy w otoczeniu rośliny jest chłodno i wilgotno, transpiracja jest ograniczona.
Parcie korzeniowe jako alternatywny mechanizm
Jednak w korzeniach rośliny cały czas gromadzi się woda - wnikająca do elementów przewodzących na skutek różnicy potencjałów wody między nimi a żywymi komórkami walca osiowego. Ta różnica potencjałów wody jest spowodowana aktywnym transportem jonów.
Przeczytaj także: Reakcja chlorowania benzenu z FeCl3
Napływ wody do komórek przewodzących drewna prowadzi do wytworzenia dodatniego ciśnienia hydrostatycznego, pchającego wodę w górę. Proces ten nazywany jest parciem korzeniowym.
Parcie korzeniowe jest przyczyną eksudacji - tzw. płaczu roślin, polegającego na wypływaniu soku roślinnego w wyniku uszkodzenia łodygi lub korzenia, np. po ich nacięciu.
Zjawisko to jest właściwością nielicznych gatunków. U drzew klimatu umiarkowanego (np. klonów, brzóz, grabów) występuje ono wiosną przed rozwojem liści. Z kolei w klimacie tropikalnym, np. u palm, płacz roślin pojawia się tuż przed zakwitaniem.
Sok roślinny, który po odcięciu części nadziemnej wypływa z uszkodzonej powierzchni pędu (pnia) lub korzenia, charakteryzuje się wysokimi walorami odżywczymi. Aż 95% masy pozyskanego w ten sposób płynu stanowi woda, natomiast pozostałą część - cukry oraz składniki mineralne, m.in. miedź, cynk, wapń, magnez i fosfor.
W soku mogą się również znajdować śladowe ilości niekorzystnych dla zdrowia związków: azotanów(V) czy siarczanów(VI) sodu.
Przeczytaj także: Jak wilgotność wpływa na organizm?
Gutacja - wydzielanie wody w warunkach wysokiej wilgotności
Parcie korzeniowe w warunkach wysokiej wilgotności powietrza, ograniczającej proces transpiracji, oraz jednoczesnego dostępu do dużych ilości wody zawartej w glebie objawia się gutacją.
W przeciwieństwie do „płaczu roślin” polega ona na wydzielaniu kropli wody na brzegach liści, a nie z uszkodzonych organów. Woda wydostaje się przez struktury zwane hydatodami.
Zjawisko to występuje najczęściej u młodych roślin, np. u zbóż, nasturcji, pokrzywy, kapusty.
Gutacja na liściach truskawki (Fragaria × ananassa). Źródło: Rbreidbrown, Wikimedia Commons, domena publiczna.
Przeczytaj także: Mechanizm Jonizacji Promieniowaniem Alfa
Wykorzystywanie zjawiska „płaczu roślin” przez człowieka
Zjawisko „płaczu roślin” wykorzystywane jest do pozyskiwania soku z drzew, głównie z brzozy brodawkowatej (Betula pendula) i klonu zwyczajnego (Acer platanoides).
Sok z brzozy, zwany w Polsce oskołą, oprócz wody zawiera głównie fruktozę, a ponadto składniki mineralne. Spożywany jest zarówno w formie świeżej, jak i sfermentowanej, w postaci napoju niskoalkoholowego. Oskoła stosowana jest też w kosmetyce, jako środek oczyszczający i poprawiający kondycję skóry.
Z kolei cukrem zawartym w soku klonowym jest głównie sacharoza. Uzyskany napój wykorzystywany jest w leczeniu nadciśnienia tętniczego i nieprawidłowego trawienia. W wyniku odparowania wody z soku powstaje syrop klonowy, którego produkcja kojarzy się przede wszystkim z Kanadą.
Tradycyjne zbieranie soku klonowego. Źródło: Bailiwick Studios, Flickr, licencja: CC BY-SA 2.0.
Czynniki wpływające na pobieranie wody przez rośliny
Woda w funkcjonowaniu rośliny odgrywa podstawową rolę, podobnie jak u pozostałych żywych organizmów. Często stanowi ona około 90% rośliny. Zawartość wody w roślinie zależy od jej typu (rośliny wodne, zielne, zdrewniałe), a także od pory dnia, pory roku oraz środowiska bytowania.
Podstawowym źródłem wody dla roślin lądowych jest woda pochodząca z opadów i gromadząca się w glebie. Wodę opadową rośliny mogą pobierać poprzez części nadziemne. Jednak nie cała woda glebowa jest dostępna dla roślin. Dla roślin dostępna jest woda grawitacyjna, która przesiąka głębiej pod wpływem grawitacji oraz woda kapilarna, która utrzymuje się w kapilarach gleby w wyniku adhezji i napięcia powierzchniowego.
System korzeniowy odgrywa kluczową rolę w uzupełnianiu utraty wody przez rośliny, podobnie jak opady atmosferyczne oraz rosa. W rozbudowanym systemie korzeniowym kluczową rolę odgrywa strefa włośnikowa. Ściany włośników są cienkie i łatwo przepuszczalne dla wody. Włośnikami pokryte są młode korzenie, które zanikają po kilkunastu dniach, ale powstają kolejne w nowo wytworzonych częściach korzeni. Przemieszczanie się wody na większe odległości odbywa się przez elementy ksylenu.
Warunkiem funkcjonowania jest jednak zachowanie ciągłości sytemu hydrostatycznego wzdłuż całej rośliny. Pobieranie czynne występuje tylko u niektórych roślin. Jest zjawiskiem sezonowym, w warunkach małego niedosytu wilgotności powietrza otaczającego roślinę.
Procesy pobierania i wydalania wody
Roślina może pobierać i wydalać wodę w wyniku zjawiska nazywanego gutacją, czyli wykraplaniu cieczy przez liście, a także tak zwany płacz roślin. W przypadkach gdy nie ma liści, mechanizm określony jest jako parcie korzeniowe. Do tego sposobu funkcjonowania potrzebna jest jednak energia metaboliczna.
W trakcie wzrostu i rozwoju, rośliny charakteryzują się różnymi potrzebami w stosunku do wody. Dla roślin jednorocznych przyjmowane są cztery okresy. Okres spoczynku nasion cechuje się niskim poziomem potrzeb wodnych. Dalej jest okres kiełkowania, okres powolnego wzrostu młodych roślin oraz okres intensywnego wzrostu, w którym maksymalne zapotrzebowanie przypada na fazę kwitnienia.
Sposoby transportu wody w roślinie
Przepływ wody od komórek ryzodermy do elementów przewodzących walca osiowego zachodzi na małą odległość i jest uwarunkowany procesami dyfuzji oraz osmozy. Można wyróżnić trzy sposoby transportu wody:
- Transport apoplastyczny: Odbywa się on wzdłuż ścian komórkowych w przestrzeniach między włóknami celulozy oraz w przestrzeniach międzykomórkowych.
- Transport symplastyczny: Transport symplastyczny zachodzi przez protoplasty sąsiadujących komórek. Woda przekracza błonę komórkową tylko raz, a dalej jest przenoszona za pomocą plasmodesm.
- Transport transmembranowy: Transport transmembranowy odbywa się przez protoplasty sąsiadujących komórek. Woda przekracza błonę komórkową (membranę) wielokrotnie - za każdym razem, gdy przechodzi z komórki do komórki.
Transpiracja - rodzaje i czynniki wpływające
Transpiracja odbywa się głównie za pośrednictwem aparatów szparkowych, choć u niektórych roślin, zwłaszcza u hydrofitów i higrofitów, proces ten może zachodzić bezpośrednio przez kutykulę.
Wyróżnia się trzy rodzaje transpiracji: kutykularną, szparkową i przetchlinkową.
- Transpiracja kutykularna: zachodzi wprost przez zewnętrzną powierzchnię liścia, czyli przeze epidermę pokrytą kutykulą. Jej intensywność zależy przede wszystkim od grubości warstwy kutykuli.
- Transpiracja szparkowa: rośliny tracą najwięcej wody w procesie transpiracji szparkowej. Intensywność tego procesu jest zmienna i zależy od wielu czynników.
- Transpiracja przetchlinkowa: odbywa się przez przetchlinki korka pokrywającego łodygi roślin drzewiastych.
Podsumowanie
Pobieranie wody przez rośliny to złożony proces, na który wpływa wiele czynników, takich jak wilgotność, temperatura, dostępność wody w glebie oraz rodzaj rośliny. Zrozumienie tych mechanizmów jest kluczowe dla zapewnienia roślinom optymalnych warunków wzrostu i rozwoju.
tags: #mechanizm #pobierania #wody #przez #rośliny #wysoka
