Воден режим, Значение на водата за растенията, Състояние на водата в растителните клетки, Водопоглъщане
Значение на водата за растенията
Жизнената дейност на клетките, тъканите и органите на растенията се дължи на наличието на вода. Водата е конституционна субстанция. Определяйки структурата на цитоплазмата на клетките и нейните органели, поради полярността на молекулите, тя е разтворител за органични и неорганични съединения, участващи в метаболизма, и действа като фонова среда, в която протичат всички биохимични процеси. Лесно прониквайки през черупките и мембраните на клетките, водата циркулира свободно в растението, осигурявайки преноса на вещества и по този начин допринасяйки за единството на метаболитните процеси на тялото. Поради високата си прозрачност, водата не пречи на усвояването на слънчевата енергия от хлорофила.
Съдържанието на вода в тялото на зелените растения средно се характеризира с такива високи нива: клетъчна цитоплазма 85-90, листа 80-90, корени 75-95, плодове 84-95, семена 5-5%.
Състоянието на водата в растителните клетки
Водата в клетката е представена в няколко форми, те са коренно различни. Основните са конституционна, солватна, капилярна и резервна вода.
Някои от водните молекули, влизащи в клетката, образуват водородни връзки с редица радикали на органични молекули. Водородните връзки са особено лесни за образуване на такива радикали:
Тази форма на вода обикновено се наричаконституционална.Съдържа се от клетка със сила до 90 000 барела.
Поради факта, че водните молекули са диполи, те образуват твърди агрегати със заредени молекули на органични вещества. Такава вода, свързана с молекулите на органичните вещества на цитоплазмата чрез силите на електрическо привличане, се наричасолват.В зависимост от вида на растителната клетка, солватната вода представлява от 4 до 50% от общото й количество.Солватната вода, подобно на конституционната вода, няма подвижност и не е разтворител.
Значителна част от водата на клетката екапилярна,, защото се намира в кухините между макромолекулите. Солватът и капилярната вода се задържат от клетката със сила, наречена матричен потенциал. То е равно на 15-150 бара.
Резервсе отнася до водата във вакуолите. Съдържанието на вакуолите е разтвор на захари, соли и редица други вещества. Следователно резервната вода се задържа от клетката със сила, която се определя от величината на осмотичния потенциал на вакуолното съдържание.
Поемане на вода от растителните клетки
Тъй като в клетките няма активни носители на водните молекули, нейното движение в и извън клетките, както и между съседните клетки, се извършва само по законите на дифузията. Следователно градиентите на концентрацията на разтвореното вещество се оказват основните двигатели за водните молекули.
Растителните клетки, в зависимост от тяхната възраст и състояние, абсорбират вода чрез последователно включване на три механизма: имбибиция, солватация и осмоза.
Попиване.Когато семената покълнат, те започват да абсорбират вода чрез механизма на попиване. В този случай празните водородни връзки на органичните вещества на протопласта се запълват и водата активно навлиза в клетката от околната среда. В сравнение с други сили, действащи в клетките, силите на поглъщане са колосални. За някои водородни връзки те достигат стойност от 90 хиляди barr. В същото време семената могат да набъбнат и да покълнат в относително сухи почви. След като всички празни водородни връзки се запълнят, впиването спира и се активира следният механизъм на абсорбция на вода.
Солватация.В процеса на абсорбция солватацияводата възниква чрез изграждане на хидратационни слоеве около молекулите на органичните вещества на протопласта. Общото съдържание на вода в клетката продължава да се увеличава. Интензивността на солватацията зависи основно от химичния състав на протопласта. Колкото повече хидрофилни вещества има в клетката, толкова по-пълно се използват силите на солватация. Хидрофилността намалява в серията: протеини - > въглехидрати -> мазнини. Следователно протеиновите семена (грах, боб, фасул) абсорбират най-голямо количество вода на единица тегло чрез солватация, семената на нишестето (пшеница, ръж) междинното, а маслодайните семена (лен, слънчоглед) най-малко.
Силите на солватация са по-ниски по мощност от силите на имбибиция, но все още са доста значителни и достигат 100 bar. До края на процеса на разтваряне съдържанието на вода в клетката е толкова голямо, че капилярната влага се утаява и започват да се появяват вакуоли. Въпреки това, от момента на тяхното образуване, солватацията спира и по-нататъшното усвояване на водата е възможно само поради осмотичния механизъм.
Осмоза.Осмотичният механизъм на поемане на вода работи само в клетки, които имат вакуола. Посоката на движение на водата в този случай се определя от съотношението на осмотичните потенциали на разтворите, включени в осмотичната система.
Осмотичният потенциал на клетъчния сок, означен сP,се определя по формулата:
къдетоP -осмотичен потенциал на клетъчния сок
R -газова константа равна на 0.0821;
T -температура по скалата на Келвин;
i- изотоничен коефициент, показващ естеството на електролитната дисоциация на разтворените вещества.
Самото изотонично съотношение е равно на
където α-степента на електролитна дисоциация;
n -броят на йоните, на които молекулата се дисоциира.За неелектролитиn= 1.
Осмотичният потенциал на почвения разтвор обикновено се означава с гръцката буква π.
Водните молекули винаги се движат от среда с по-нисък осмотичен потенциал към среда с по-висок осмотичен потенциал. Така че, ако клетката е в почвения (външен) разтвор приP>π, тогава водата навлиза в клетките. Потокът на вода в клетката спира, когато осмотичните потенциали са напълно изравнени (вакуоларният сок се разрежда на входа на абсорбцията на вода) или когато клетъчната мембрана достигне границите на разтегливост.
Така клетките получават вода от околната среда само при едно условие: осмотичният потенциал на клетъчния сок трябва да бъде по-висок от осмотичния потенциал на околния разтвор.