Turgor, Osmoza, Transpiracja i Fotosynteza: Definicje i Mechanizmy
- Szczegóły
Gospodarka wodna roślin i fotosynteza to kluczowe procesy umożliwiające życie roślinom. Procesy te decydują o pobieraniu substancji odżywczych, wzroście i produkcji materii organicznej. Woda w roślinie pełni wiele ważnych funkcji - jest rozpuszczalnikiem substancji odżywczych, uczestniczy w reakcjach biochemicznych (np. w fotosyntezie), utrzymuje turgor komórkowy i umożliwia transport substancji w obrębie całej rośliny.
Turgor i Osmoza
Turgor to stan napięcia ściany komórkowej poddanej działaniu ciśnienia hydrostatycznego wywieranego przez protoplast komórki.
Osmoza to przepływ wody ze środowiska o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej do środowiska o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej.
Komórki te poprzez zmianę turgoru, wykorzystując zjawisko osmozy, powodują zamykanie (obniżenie turgoru) lub otwieranie (podwyższenie turgoru) szparek.
Transpiracja
Transpiracja to proces usuwania wody w stanie gazowym (jako pary wodnej) przez rośliny.
Przeczytaj także: Osmoza: Definicja i zastosowania
Transport wody w roślinie odbywa się etapowo. Najpierw następuje pobieranie wody z gleby i jej poziomy transport w korzeniu. Później woda przemieszcza się pionowo od korzeni do liści przez elementy przewodzące (naczynia lub cewki).
Głównym mechanizmem odpowiedzialnym za transport wody w roślinie jest siła ssąca, która wykorzystuje transpirację do podciągania wody w elementach przewodzących drewna wbrew sile grawitacji.
- Transpiracja kutikularna: im grubsza kutikula, tym słabsza transpiracja.
- Transpiracja szparkowa: otwarcie aparatów szparkowych (światło, H₂O, niskie stężenie CO₂), zamknięcie aparatów szparkowych (ciemność, brak H₂O, wysokie stężenie CO₂).
Fotosynteza
Fotosynteza to proces polegający na przenikaniu CO₂ i H₂O przy użyciu energii świetlnej oraz barwnika (chlorofilu), w wyniku tego procesu wytwarzane są cukry proste (glukoza) oraz tlen.
Fotosynteza oksygeniczna to proces wytwarzania związków organicznych z dwutlenku węgla i wody przy udziale energii świetlnej. Podczas tego procesu uwalniany jest tlen.
Rośliny posiadają liczne przystosowania do fotosyntezy. Liście mają dużą powierzchnię, a ich ogonki ustawiają blaszkę tak, by maksymalnie wykorzystać światło. W epidermie znajdują się aparaty szparkowe umożliwiające wymianę gazową.
Przeczytaj także: Różnice między wodami mineralnymi
Na intensywność fotosyntezy wpływa wiele czynników środowiskowych. Światło jest niezbędne do przeprowadzenia fazy jasnej, ale jego zbyt duże natężenie może prowadzić do fotooksydacji chlorofilu lub intensywnej transpiracji. Dwutlenek węgla to kluczowy substrat fazy ciemnej. Dostępność soli mineralnych również wpływa na fotosyntezę, szczególnie związków zawierających azot, fosfor i magnez, które są niezbędne do budowy chlorofilu i enzymów uczestniczących w procesie fotosyntezy.
Fazy Fotosyntezy
- Faza jasna (zależna od światła): faza przemiany energii. Zachodzi w błonach tylakoidów gran plastydów. Dochodzi do pobudzenia fotosystemu PSI i wybicia z niego elektronów, które przenoszone są przez NADP i przyjmuje postać NADPH.
- Faza ciemna (niezależna od światła).
Typy Fotosyntezy
Rośliny w toku ewolucji wykształciły różne sposoby przeprowadzania fotosyntezy, dostosowane do warunków środowiska.
- Rośliny typu C3: występują głównie w umiarkowanej strefie klimatycznej. Ich liście mają miękisz asymilacyjny wyraźnie zróżnicowany na palisadowy i gąbczasty.
- Rośliny typu C4: pochodzą ze strefy okołorównikowej i zwrotnikowej (np. kukurydza). W ich liściach miękisz asymilacyjny nie jest zróżnicowany. Posiadają specjalną anatomię, gdzie proces fotosyntezy zachodzi w dwóch różnych typach komórek. W komórkach miękiszu asymilacyjnego CO₂ jest wiązany przez enzym o dużym powinowactwie do dwutlenku węgla - karboksylazę fosfoenolopirogronianową.
- Rośliny CAM (np. kaktusy): to organizmy przystosowane do życia w warunkach pustynnych. Ich aparaty szparkowe są zamknięte w dzień, a otwarte w nocy. W nocy pobierają CO₂ i wiążą go w formie związków czterowęglowych, które magazynują w wakuolach. W dzień te związki ulegają dekarboksylacji, a uwolniony CO₂ wchodzi do cyklu Calvina.
Trzy typy fotosyntezy - C3, C4 i CAM - różnią się wieloma aspektami. Fotosynteza typu C3 zachodzi w miękiszu asymilacyjnym, gdzie pierwszym akceptorem CO₂ jest rybulozo-1,5-bisfosforan (RuBP). U roślin C4 proces ten przebiega w miękiszu asymilacyjnym i komórkach pochwy okołowiązkowej, z fosfoenolopirogronianem (PEP) jako pierwszym akceptorem. Rośliny C3 wykorzystują karboksylazę RuBP, natomiast C4 i CAM używają karboksylazy PEP, która ma większe powinowactwo do CO₂.
Aparaty Szparkowe i ich Funkcje
Aparaty szparkowe regulują nawodnienie rośliny, uczestnicząc przy tym w wymianie gazowej. Zbudowane są z komórek szparkowych i przyszparkowych. Szparki mogą się otwierać dzięki nierównomiernie zgrubiałej ścianie komórkowej oraz promieniście ułożonym mikrofibryle celulozowe. Komórki szparkowe mają także specyficzny kształt wpływający na zdolność do zmiany rozwarcia szparki przypominający orzechy nerkowca. Ważną rolę w tym procesie pełni organellum regulujące turgor komórki - wakuola.
| Aparat szparkowy | Turgor |
|---|---|
| Otwarty | Duży turgor |
| Zamknięty | Mały turgor |
Warunki, które spowodują zamknięcie aparatów szparkowych rośliny:
Przeczytaj także: Zrozumieć osmozę
- Ciemność
- Wysoka temperatura otoczenia
- Mała dostępność wody
- Zmniejszone stężenie CO₂ w tkance
Mechanizmy otwierania i zamykania aparatów szparkowych:
- Otwieranie aparatu szparkowego: Wzrost ciśnienia turgorowego komórek szparkowych, transport jonów potasu do wnętrza komórek szparkowych, napływ wody do wnętrza komórek szparkowych.
- Zamykanie aparatu szparkowego: Wypływ wody z wnętrza komórek szparkowych na zewnątrz, zwiększona podaż kwasu abscysynowego (ABA), spadek ciśnienia turgorowego komórek szparkowych, wypływ jonów potasu z komórek szparkowych na zewnątrz.
tags: #turgor #osmoza #transpiracja #fotosynteza #definicje
