Transport wody w łodydze i liściach

Drugi etap transportu wody w roślinie obejmuje przemieszczanie się wody z korzeni do liści poprzez martwe elementy przewodzące drewna w łodydze.

Highlight: Transport pionowy wody w roślinie może zachodzić na odległość nawet ponad 100 metrów, wbrew sile grawitacji.

Charakterystyka tego etapu:

• Jest to transport pionowy, zachodzący wbrew sile grawitacji.
• Przebiega na duże odległości $do ponad 100m$.
• Odbywa się przez naczynia i cewki, które są elementami apoplastu.

Przepływ wody przez naczynia i cewki jest uwarunkowany:

1. Silnym ujemnym ładunkiem elektrycznym, który umożliwia dobrą adhezję wody do ściany komórkowej.
2. Różnicą ciśnień na krańcach tkanki przewodzącej.

Trzeci etap transportu wody odbywa się w liściu:

• Jest to transport poziomy na małą odległość.
• Woda przemieszcza się miękiszem asymilacyjnym do epidermy.
• W epidermie zachodzi transpiracja - wyparowywanie wody do atmosfery poprzez aparaty szparkowe.

Vocabulary: Aparaty szparkowe - struktury w epidermie liści, regulujące wymianę gazową i transpirację.

Potencjał wody $Ψw$ jest kluczowym pojęciem w zrozumieniu transportu wody w roślinie:

• Wyrażany jest w megapaskalach $MPa$.
• Jest miarą zdolności komórki do pobierania lub oddawania wody na drodze osmozy.

Potencjał osmotyczny:

• Związany jest z procesem osmozy, czyli przenikaniem wody przez błonę półprzepuszczalną.
• Przyjmuje wartości ujemne.

Definition: Osmoza - proces spontanicznego przenikania rozpuszczalnika $np. wody$ przez błonę półprzepuszczalną z roztworu o niższym stężeniu do roztworu o wyższym stężeniu.

Potencjał wody i mechanizmy transportu

Potencjał ciśnienia turgorowego jest kolejnym ważnym elementem w gospodarce wodnej roślin:

• Turgor to stan napięcia ściany komórkowej poddanej działaniu ciśnienia hydrostatycznego wywieranego przez protoplast komórki.
• Potencjał ciśnienia turgorowego przyjmuje wartości dodatnie w komórkach nasyconych wodą oraz w parciu korzeniowym.
• W komórkach splazmolizowanych potencjał wynosi zero.
• W elementach przewodzących drewna rośliny transpirującej potencjał przyjmuje wartości ujemne.

Zależność między potencjałami można wyrazić wzorem:

Ψw = Ψs + Ψp

gdzie: Ψw - potencjał wody Ψs - potencjał osmotyczny Ψp - potencjał ciśnienia turgorowego

Example: W komórce turgidowej $pełnej wody$ potencjał wody może wynosić 0 MPa, będąc sumą potencjału osmotycznego $-0,5 MPa$ i potencjału ciśnienia turgorowego $+0,5 MPa$.

Przepływ wody w roślinie:

• Woda przepływa z roztworu o wyższym potencjale wody $gleba$ do roztworu o niższym potencjale wody $atmosfera$.
• Różnica potencjałów powoduje, że woda stale wnika z gleby do korzeni, przepływa przez łodygi i liście, i przedostaje się do atmosfery w postaci pary wodnej.

Highlight: Potencjał wody w atmosferze może wynosić nawet -80 MPa, co stanowi ogromną siłę napędową dla transportu wody w roślinie.

Siła ssąca to mechanizm wykorzystujący transpirację do podciągania wody w elementach przewodzących drewna wbrew sile grawitacji, pod wpływem energii słonecznej:

• Jest to proces bierny dla rośliny, nie wymaga wydatkowania energii metabolicznej.
• Parowanie wody wytwarza ujemne ciśnienie hydrostatyczne, co zasysa wodę z korzenia i gleby.

Kluczowe siły w transporcie wody:

• Kohezja - siła wzajemnego przyciągania się cząsteczek wody.
• Adhezja - siła przylegania cząsteczek wody do ścian cewek lub naczyń.

Bilans wodny i transpiracja

Bilans wodny rośliny polega na pobieraniu takiej ilości wody, która pozwala równoważyć jej zużycie na własne potrzeby z utratą w wyniku transpiracji.

Rozróżniamy dwa rodzaje bilansu wodnego:

1. Bilans dodatni - ilość pobieranej wody jest większa niż jej straty.
2. Bilans ujemny - straty wody są większe od ilości pobranej wody, co prowadzi do deficytu.

Transpiracja odgrywa kluczową rolę w transporcie wody w roślinie:

• Przetchlinkowa transpiracja zachodzi przez przetchlinki korka pokrywającego łodygi roślin drzewiastych.
• Przetchlinki nie zmieniają swojej szerokości, co wpływa na stałość transpiracji.

Vocabulary: Przetchlinki - struktury w korku łodyg roślin drzewiastych, umożliwiające wymianę gazową.

Aktywny transport wody w roślinie jest uzupełnieniem biernych mechanizmów i pozwala roślinom na precyzyjną regulację gospodarki wodnej w zależności od warunków środowiskowych.

Highlight: Zjawisko, które ilustruje transport wody od korzeni rośliny do jej liści, to tzw. teoria kohezyjno-transpiracyjna, łącząca siły kohezji, adhezji i transpiracji.

Transport asymilatów w roślinie odbywa się głównie przez floem i jest ściśle powiązany z gospodarką wodną, gdyż woda stanowi medium transportujące substancje odżywcze.

Podsumowując, gospodarka wodna roślin to złożony proces obejmujący pobieranie wody, jej transport wewnątrz rośliny oraz transpirację. Zrozumienie mechanizmów takich jak osmoza, potencjał osmotyczny, potencjał turgorowy czy potencjał wody jest kluczowe dla pełnego zrozumienia funkcjonowania roślin w ich środowisku.

Bilans Wodny i Susza Fizjologiczna

Czwarta strona koncentruje się na bilansie wodnym i adaptacjach roślin do warunków suszy.

Definition: Bilans wodny to równowaga między pobieraniem wody a jej utratą przez roślinę.

Highlight: Susza fizjologiczna występuje, gdy woda w podłożu jest niedostępna dla rośliny, np. podczas mrozu lub przy wysokim zasoleniu.

Example: Rośliny kseromorficzne posiadają specjalne przystosowania ograniczające transpirację.

Funkcje i zawartość wody w roślinach

Transport wody w roślinie jest fundamentalnym procesem dla życia i rozwoju roślin. Zawartość wody w tkankach i organach roślinnych jest zróżnicowana i zależy od wielu czynników.

Highlight: Zawartość wody w tkankach i organach roślin waha się od 5-15% w nasionach do 85-95% w soczystych owocach.

Woda pełni w roślinie szereg kluczowych funkcji:

1. Stanowi rozpuszczalnik dla substancji hydrofilowych, tworząc środowisko dla reakcji biochemicznych.
2. Umożliwia szybki wzrost wydłużeniowy komórek.
3. Utrzymuje turgor komórek i tkanek.
4. Chroni tkanki przed przegrzaniem przez promienie słoneczne.
5. Transportuje substancje mineralne i organiczne w obrębie rośliny.

Transport wody w roślinie odbywa się w trzech głównych etapach:

1. Etap pierwszy zachodzi w strefie włośnikowej korzenia, strefie wydłużania oraz podziałów komórkowych. Woda przemieszcza się z ryzodermy do kory pierwotnej, następnie przez śródskórnie do walca osiowego i dalej do cewek i naczyń.

Vocabulary: Ryzodermia - zewnętrzna warstwa komórek korzenia, odpowiedzialna za pobieranie wody i składników mineralnych z gleby.

2. Transport wody w tej fazie odbywa się na małą odległość i jest uwarunkowany procesami dyfuzji i osmozy.

Wyróżniamy trzy sposoby transportu wody w roślinie:

• Transport apoplastyczny - wzdłuż ścian komórkowych w przestrzeniach międzykomórkowych.
• Transport symplastyczny - przez protoplasty sąsiadujących komórek za pomocą plazmodesm.
• Transport transmembranowy - przez błony komórkowe sąsiadujących komórek.

Definition: Plazmodesmy - mikroskopijne kanały łączące cytoplazmy sąsiadujących komórek roślinnych, umożliwiające transport symplastyczny.