Главни двигатели на водно течение
Поглъщането на вода от кореновата система се дължи на работата на два крайни двигателя на водния ток: горенкрайният двигател или всмукателната сила на изпарението (транспирация) и долният краен двигател или кореновият двигател. Основната сила, причиняваща потока и движението на водата в растението, е всмукателната сила на транспирацията, което води до градиент на водния потенциал. Водният потенциал е мярка за енергията, използвана от водата за движение. Водният потенциал и смукателната сила са равни по абсолютна стойност, но противоположни по знак. Колкото по-малка е водонаситеността на дадена система, толкова по-малък (по-отрицателен) е нейният воден потенциал. Когато растението губи вода по време на процеса на транспирация, клетките на листата са ненаситени с вода и в резултат на това възниква смукателна сила (водният потенциал пада). водният поток върви в посока на по-голяма смукателна сила или по-малък воден потенциал.
По този начин горният краен двигател на водния поток в растението е всмукателната сила на транспирацията на листата и неговата работа има малка връзка с жизнената активност на кореновата система. Наистина, експериментите показват, че водата може да навлезе в издънките през мъртвата коренова система и в този случай усвояването на водата дори се ускорява.
В допълнение към горния край на двигателя на водния ток, има долен край на двигателя в растенията. Това е добре доказано от примера на такива явления като Гутация.
Листата на растенията, чиито клетки са наситени с вода, при условия на висока влажност на въздуха, което предотвратява изпарението, отделят капково-течна вода с малко количество разтворени вещества - гутация. Течността се освобождава през специални водни устица - хидрататори. Отделената течност е гута. По този начин процесът на гутация е резултат от еднопосочен поток от вода, възникващ при липса на транспирация, и следователно е причинен от някаква друга причина.
До същия извод може да се стигне и при разглеждането на явлението плачарастения. Ако отрежете издънките на растението и прикрепите стъклена тръба към отрязания край, течността ще се издигне през нея. Анализът показва, че това е вода с разтворени вещества – сок. В някои случаи, особено през пролетта, плач се наблюдава и при отрязване на клоните на растенията. Определянията показват, че обемът на отделената течност (сок) е многократно по-голям от обема на кореновата система. Следователно плачът не е просто изтичане на течност в резултат на порязване. Всичко по-горе води до заключението, че плачът, подобно на гутацията, е свързан с наличието на еднопосочен поток на вода през кореновите системи, независимо от транспирацията. Силата, която предизвиква еднопосочен поток на вода през съдове с разтворени вещества, независимо от процеса на транспирация, се нарича коренов натиск. Наличието на коренов натиск ни позволява да говорим за долния двигател на водното течение. Кореновото налягане може да се измери, като се прикрепи манометър към края, останал след отрязването на надземните части на растението, или като се постави кореновата система в серия от разтвори с различна концентрация и се избере такъв, който спира да плаче. Оказа се, че кореновото налягане е приблизително 0,1 - 0,15 MPa (D.A. Sabinin). Определянията, извършени от съветските изследователи Л. В. Можаева и В. Н. Жолкевич, показват, че концентрацията на външния разтвор, който спира плача, е значително по-висока от концентрацията на пасок. Това ни позволи да изразим мнението, че плачът може да противоречи на градиента на концентрация. Доказано е също, че плачът възниква само при условия, при които всички жизнени процеси в клетките протичат нормално. Не само убиването на клетките на корените, но и намаляването на интензивността на тяхната жизнена активност, предимно интензивността на дишането, спира плача. При липса на кислород, под въздействието на респираторни отрови и при понижаване на температурата плачът спира. Всичко по-горе позволи на D.A. Sabinin да даде следното определение: плачещи растения- Това е доживотен еднопосочен поток от вода и хранителни вещества, в зависимост от аеробната обработка на асимилатите. Д. А. Сабинин предложи диаграма, обясняваща механизма на еднопосочния воден поток в корена. Според тази хипотеза кореновите клетки са поляризирани в определена посока. Това се проявява във факта, че в различни отделения на една и съща клетка метаболитните процеси са различни. В една част на клетката се засилват процесите на разграждане, по-специално на нишестето до захари, в резултат на което се увеличава концентрацията на клетъчния сок. В противоположния край на клетката преобладават процесите на синтез, поради което концентрацията на разтворените вещества в тази част на клетката намалява. Трябва да се има предвид, че всички тези механизми ще работят само ако в околната среда има достатъчно вода и метаболизмът не е нарушен.
Според друга хипотеза зависимостта на плача на растенията от интензивността на дишането е косвена. Енергията на дишането се използва за доставяне на йони в клетките на кората, откъдето те се десорбират в ксилемните съдове. В резултат на това се увеличава концентрацията на соли в съдовете на ксилемата, което предизвиква изтичане на вода.
Движение на водата през растението
Водата, абсорбирана от кореновите клетки, под въздействието на разликата във водните потенциали, възникваща поради транспирация, както и силата на натиска на корена, се придвижва към пътищата на ксилемата. Според съвременните концепции водата в кореновата система се движи не само през живите клетки. През 1932 г. немският физиолог Мунк развива идеята за съществуването в кореновата система на два относително независими обема, през които се движи водата - апопласт и симпласт. Апопласт –Това е свободното пространство на корена, което включва междуклетъчни пространства, клетъчни мембрани и ксилемни съдове. Симпласт –Това е колекция от протопласти на всички клетки, ограничени от полупропусклива мембрана. Благодарение на многобройните плазмодесми, свързващи протопласта на отделните клетки, симпластът представлява единна система. Апопластът очевидно не е непрекъснат, а е разделен на два обема. Първата част на апопласта е разположена в кората на корена преди ендодермалните клетки, втората е от другата страна на ендодермалните клетки и включва ксилемни съдове. Клетките на ендодермата, благодарение на каспарските пояси, представляват бариера за движението на водата през свободното пространство (междуклетъчни пространства и клетъчни мембрани). За да навлезе в съдовете на ксилемата, водата трябва да премине през полупропусклива мембрана и главно през апопласта и само частично през симпласта. Въпреки това, в ендодермалните клетки движението на водата очевидно се извършва по симпласта. След това водата навлиза в съдовете на ксилемата. След това движението на водата става през съдовата система на корена, стъблото и листата.
От съдовете на стъблото водата се движи през петурата или обвивката на листата в листата. В листната петура водопроводните съдове са разположени във вените. Вените постепенно се разклоняват и стават по-малки. Колкото по-плътна е мрежата от вени, толкова по-малко съпротивление среща водата, когато се придвижва към мезофилните клетки на листа. Понякога има толкова много малки разклонения на листните вени, че те доставят вода на почти всяка клетка. Цялата вода в клетката е в равновесно състояние. С други думи, в смисъл на насищане с вода, съществува равновесие между вакуолата, цитоплазмата и клетъчната мембрана, техните водни потенциали са равни. Водата се движи от клетка в клетка поради градиент на смукателна сила.
Цялата вода в завода представлява една взаимосвързана система. Тъй като между водните молекули има адхезионни сили(кохезия), водата се издига на височина, значително по-голяма от 10 м. Силата на сцепление се увеличава, тъй като водните молекули имат по-голям афинитет една към друга. Кохезионни сили съществуват и между водата и стените на съдовете.
Степента на напрежение на водните нишки в съдовете зависи от съотношението на процесите на абсорбция и изпарение на водата. Всичко това позволява на растителния организъм да поддържа една водна система и не е задължително да допълва всяка капка изпарена вода.
В случай, че въздухът навлезе в отделни сегменти на съдовете, те очевидно се изключват от общия поток на водната проводимост. Това е пътят на движение на водата през растението (фиг. 1).
Ориз. 1. Пътят на водата в растението.
Скоростта, с която водата се движи през растението, се променя през деня. През деня е много по-голям. В същото време различните видове растения се различават по скоростта на движение на водата. Температурните промени и въвеждането на метаболитни инхибитори не влияят на движението на водата. В същото време този процес, както може да се очаква, зависи много от скоростта на транспирация и от диаметъра на водопроводните съдове. В по-широките съдове водата среща по-малко съпротивление. Трябва обаче да се има предвид, че въздушните мехурчета могат да попаднат в по-широки съдове или да възникне друго смущение в потока на водата.
Видео: Движение на вода и органична материя по стъблото.
Ксилема на цъфтящите растения се състои от два вида структури, които транспортират вода, трахеиди и съдове. В Сект. 8.2.1 вече говорихме за това как изглеждат съответните клетки в светлинен микроскоп, както и на микроснимки, получени с помощта на сканиращ електронен микроскоп (фиг. 8.11). Ще разгледаме структурата на вторичната ксилема (дърво) в раздел. 21.6.6.
Ксилема, заедно с флоема, образува проводящата тъкан на висшите растения. Тази тъкан се състои от т.нар проводими снопове, които се състоят от специални тръбни структури. На фиг. Фигура 14.15 показва как са подредени съдовите снопове и как са разположени в първичното стъбло на двусемеделни и едносемеделни растения.
14.19. Обобщете в табличен вид разликите в устройството на първичното стъбло при двусемеделните и едносемеделните растения.
14.20. Каква е триизмерната форма на следните тъканни компоненти: а) епидермис; б) ксилема; в) двусемеделен перицикъл и г) сърцевина?
Че водата може да се движи нагоре по ксилемата, може да се демонстрира много лесно чрез потапяне на долния край на отрязано стъбло в разреден разтвор на багрило като еозин. Багрилото се издига през ксилемата и се разпространява в цялата мрежа от листни вени. Ако се вземат тънки срезове и се видят под светлинен микроскоп, багрилото ще бъде открито в ксилемата.
Фактът, че ксилемът провежда вода, се демонстрира най-добре чрез експерименти с „звънене“. Такива експерименти са провеждани много преди да започнат да се използват радиоактивни изотопи, което прави много лесно проследяването на пътя на дадено вещество в живия организъм. В една версия на експеримента се изрязва пръстен от кора с флоема. Ако експериментът не е много дълъг, такова „звънене“ не влияе на покачването на водата по стеблото. Ако обаче отлепите парче кора и изрежете ксилемата, без да повредите парчето кора, растението бързо ще изсъхне.
Всяка теория, обясняваща движението на водата през ксилемата, не може да не вземе предвид следните наблюдения:
1. Ксилемните съдове са мъртви тръби с тесен лумен, чийто диаметър варира от 0,01 mm в „лятното” дърво до приблизително 0,2 mm в „пролетното” дърво.
2. Големи количества вода се транспортират сравнително бързо: при високите дървета са регистрирани скорости на покачване на водата до 8 m/h, докато при други растения често е около 1 m/h.
3. За да се вдигне вода през такива тръби до върха на високо дърво, е необходимо налягане от около 4000 kPa. Най-високите дървета - калифорнийските гигантски секвои (иглолистни дървета, които нямат съдове и имат само трахеиди) и австралийските евкалипти - са над 100 м. Водата се издига през тънки капилярни тръби поради високото повърхностно напрежение под действието на капилярни сили; въпреки това, само поради тези сили, дори през най-тънките ксилемни съдове, водата няма да се издигне над 3 m.
Всички тези наблюдения са задоволително обяснени от теорията съединител на кола(кохезия), или теория напрежение. Според тази теория покачването на водата от корените се дължи на изпаряването на водата от клетките на листата. Както вече казахме в раздела. 14.3, изпарението води до намаляване на водния потенциал на клетките, съседни на ксилемата. Следователно водата навлиза в тези клетки от ксилемния сок, който има по-висок воден потенциал; като прави това, той преминава през влажните целулозни клетъчни стени на ксилемните съдове в краищата на вените, както е показано на фиг. 14.7.
Съдовете на ксилемата са пълни с вода и когато водата напусне съдовете, във водния стълб се създава напрежение. Предава се надолу по стъблото по целия път от листа до корен благодарение на съединител на кола(кохезия) на водните молекули. Тези молекули са склонни да се „залепват“ една за друга, защото са полярни и се привличат една към друга от електрически сили и след това се държат заедно чрез водородни връзки (раздел 5.1.2). В допълнение, те са склонни да се придържат към стените на кръвоносните съдове под въздействието на сили адхезия. Високата кохезия на водните молекули означава, че е необходима относително голяма сила на опън, за да се счупи воден стълб; с други думи, водният стълб има висока якост на опън. Напрежението в съдовете на ксилемата достига такава сила, че може да издърпа целия стълб вода нагоре, създавайки масов поток; в този случай водата навлиза в основата на такава колона в корените от съседни коренови клетки. Необходимо е стените на ксилемните съдове също да имат висока якост и да не са притиснати навътре.
Тази здравина се осигурява от лигнин и целулоза. Доказателство, че съдържанието на ксилемните съдове е под въздействието на голяма сила на опън, беше получено чрез измерване на ежедневните промени в диаметъра на ствола на дърветата с помощта на инструмент, наречен дендрометър. Минималните стойности са регистрирани през деня, когато скоростта на транспирация е максимална. Малкото компресиране на отделните ксилемни съдове се сумира и дава напълно измеримо намаление на диаметъра на целия ствол.
Оценките за якост на опън за колона от ксилемен сок варират от около 3000 до 30 000 kPa, с по-ниски стойности, получени наскоро. Листата имат воден потенциал от около -4000 kPa и силата на колоната от ксилемен сок вероятно е достатъчна, за да издържи на създаденото напрежение. Възможно е, разбира се, понякога воден стълб да се спука, особено в съдове с голям диаметър.
Критиците на тази теория посочват, че всяко нарушаване на непрекъснатостта на колоната от сок трябва незабавно да спре целия поток, тъй като съдът трябва да бъде пълен с въздух и водни пари (явлението кавитация). Кавитацията може да бъде причинена от силно разклащане, огъване на ствола или липса на вода. Известно е, че през лятото съдържанието на вода в ствола на дървото постепенно намалява и дървесината се изпълва с въздух. Използва се в дърводобивната промишленост, тъй като дървото има по-добра плаваемост. Въпреки това, разкъсването на водния стълб в някои съдове не влияе значително на скоростта на пренос на вода. Това може да се обясни с факта, че водата преминава от един съд в друг или заобикаля въздушната тапа, движейки се по съседните паренхимни клетки и техните стени. Освен това, според изчисленията, за да се поддържа наблюдаваният дебит, е достатъчно поне малка част от съдовете да функционират във всеки един момент. При някои дървета и храсти водата се движи само по най-младия външен слой на дървесината, т.нар. беловина. В дъба и пепелта, например, водата се движи главно през съдовете на текущата година, а останалата част от беловината служи като воден резерв. По време на вегетационния период непрекъснато се добавят нови и нови съдове, но повечето от тях се образуват в началото на сезона, когато дебитът е много по-висок.
Втората сила, която участва в движението на водата през ксилемата, е коренов натиск. Може да се открие и измери в момента, когато короната е отрязана, а стволът с корени продължава да отделя сок от ксилемните съдове. Този процес на ексудация се потиска от цианид и други инхибитори на дишането и спира при липса на кислород или понижаване на температурата. За да работи този механизъм, изглежда, че е необходима активна секреция в сока на ксилема на соли и други водоразтворими вещества, които намаляват водния потенциал. След това водата навлиза в ксилемата чрез осмоза от съседни коренови клетки.
Само положителното хидростатично налягане от около 100-200 kPa (в изключителни случаи до 800 kPa), създадено от кореновото налягане, обикновено не е достатъчно, за да осигури движението на водата нагоре по ксилемата, но неговият принос в много растения е несъмнен. При бавно транспириращите тревисти форми обаче това налягане е напълно достатъчно, за да предизвика гутация. Гутация- това е отстраняването на вода под формата на капки течност на повърхността на растението (докато по време на транспирация водата излиза под формата на пара). Всички условия, които намаляват транспирацията, т.е. слаба светлина, висока влажност и т.н., насърчават гутацията. Той е доста често срещан в много растения от тропическите гори и често се наблюдава по върховете на листата на млади разсад.
14.21. Избройте свойствата на ксилема, поради които той осигурява транспортирането на вода и вещества, разтворени в нея, на големи разстояния.
Ксилема на цъфтящи растениясъдържа два вида водопроводни структури - трахеиди и съдове. В статията вече говорихме за това как изглеждат тези структури в светлинен микроскоп, както и в микрографии, получени с помощта на сканиращ електронен микроскоп. Структурата на вторичната ксилема (дърво) е разгледана в статията. Ксилема и флоемата образуват проводящата тъкан на висшите или съдови растения. Тази тъкан се състои от така наречените съдови снопове, структурата и разпределението на които в стъблата на двусемеделни растения с първична структура е показано на фигурата.
Какво водата се издига през ксилемата, може лесно да се демонстрира чрез потапяне на отрязания край на издънката в разреден воден разтвор на багрило, като еозин. Цветната течност, разпространяваща се нагоре по стъблото, изпълва мрежата от вени, преминаващи през листата. Ако след това вземете тънки срезове и ги изследвате под светлинен микроскоп, ще откриете, че багрилото е в ксилемата.
По-ефективно доказателство вода, издигаща се през ксилематадайте експерименти с "звънене". Такива експерименти са провеждани много преди да започнат да се използват радиоактивни изотопи, което прави много лесно проследяването на пътя на веществата в живия организъм. В една версия на експеримента тесен пръстен от кора се отстранява от дървесно стъбло заедно с флоема, т.е. Доста дълго време след това издънките, разположени над отрязания пръстен, продължават да растат нормално: следователно такова звънене не влияе на покачването на водата по стъблото. Но ако повдигнете парче кора и изрежете парче дърво, т.е. ксилема, изпод него, растението бързо ще изсъхне. Така водата се движи в издънките от почвата точно по тази проводяща тъкан.
Всяка теория, която обяснява пренос на вода през ксилемата, не може да пренебрегне следните наблюдения.
1. Анатомични елементи на ксилема- тънки мъртви тръби, чийто диаметър варира от 0,01 mm в "лятно" дърво до 0,2 mm в "пролетно" дърво.
2. Големи количества водата се движи през ксилематапри сравнително висока скорост: за високи дървета е до 8 m/h, а за други растения е около 1 m/h.
3. За вдигане на вода през такива тръби до върха на високо дървонеобходимо е налягане от около 4000 kPa. Най-високите дървета - секвоите в Калифорния и евкалиптите в Австралия - достигат височина над 100 м. Водата е способна да се издига през тънки намокрящи се тръби поради високото си повърхностно напрежение (това явление се нарича капилярност), но само благодарение на тези сили дори през най-тънките ксилемни съдове водата не се издига над 3 m.
Задоволително обяснение за това Теорията на връзката дава факти(кохезия), или теория на напрежението. Според тази теория издигането на вода от корените се дължи на изпаряването й от клетките на листата. Както вече казахме в статията, изпарението намалява водния потенциал на мезофилните клетки, съседни на ксилемата, и водата навлиза в тези клетки от ксилемния сок, чийто воден потенциал е по-висок; при това преминава през влажните клетъчни стени в краищата на вените, както е показано на фигурата.
Ксилемни съдовезапълва непрекъснат стълб вода; тъй като водата напуска съдовете, в тази колона се създава напрежение; тя се предава надолу по стъблото към корена поради адхезията (кохезията) на водните молекули. Тези молекули са склонни да се „залепват“ една за друга, защото са полярни и се привличат една към друга от електрически сили и след това се държат заедно чрез водородни връзки. Освен това те се привличат към стените на ксилемните съдове, т.е. прилепват към тях. Силната кохезия на водните молекули означава, че неговият стълб е труден за счупване - той има висока якост на опън. Напрежението на опън в клетките на ксилема генерира сила, способна да премести целия воден стълб нагоре чрез механизъм за обемен поток. Отдолу водата навлиза в ксилемата от съседните коренови клетки. Много е важно стените на ксилемните елементи да са твърди и да не се срутват, когато налягането вътре падне, както се случва, когато смучете коктейл през мека сламка. Твърдостта на стените се осигурява от лигнин. Доказателство, че течността вътре в съдовете на ксилемата е силно натоварена (разтеглена), се осигурява от ежедневните колебания в диаметъра на стволовете на дърветата, измерени с инструмент, наречен дендрограф.
Минималният диаметър се отбелязва в деня, когато скоростта на транспирация е най-висока. Пост напрежение вода в ксилемен съдиздърпва стените си малко навътре (поради адхезия), а комбинацията от тези микроскопични компресии дава общото „свиване“ на цевта, регистрирано от устройството.
Оценки на силата за разкъсване на колоната на ксилемния сокварира от 3000 до 3000 kPa, като по-късно са получени по-ниски стойности. Листата имат воден потенциал от около -4000 kPa и силата на колоната от ксилемен сок вероятно е достатъчна, за да издържи на създаденото напрежение. Възможно е, разбира се, понякога воден стълб да се спука, особено в съдове с голям диаметър.
Критици на изложената теорияподчертайте, че всяко нарушение на непрекъснатостта на колоната за сок трябва незабавно да спре целия поток, тъй като съдът ще се напълни с въздух и пара (явлението кавитация). Кавитацията може да бъде причинена от силно разклащане, огъване на ствола и липса на вода. Известно е, че през лятото съдържанието на вода в ствола на дървото постепенно намалява и дървесината се изпълва с въздух. Секачите се възползват от това, защото такива дървета се носят по-лесно. Въпреки това, разкъсването на водния стълб в някои съдове има малък ефект върху общата скорост на обемния поток. Може би фактът е, че водата тече в паралелни съдове или заобикаля въздушната тапа, движейки се по съседните паренхимни клетки и по стените. В допълнение, според изчисленията, за да се поддържа наблюдаваната скорост на потока, е достатъчно поне малка част от ксилемните елементи да функционират във всеки даден момент. При някои дървета и храсти водата се движи само през по-младата външна дървесина, наречена беловина. При дъба и пепелта, например, проводящата функция се изпълнява главно от съдовете на текущата година, а останалата част от беловината играе ролята на воден резерв. Нови ксилемни съдове се образуват през целия вегетационен период, но главно в началото, когато скоростта на водния поток е максимална.
Втора сила осигуряване на движението на водата през ксилемата, - коренов натиск. Може да се открие и измери в момента, когато короната е отрязана, а стволът с корени продължава известно време да отделя сок от ксилемните съдове. Този процес се потиска от инхибитори на дишането, като цианид, и спира при липса на кислород и понижаване на температурата. Действието на този механизъм очевидно се дължи на активната секреция на соли и други водоразтворими вещества в ксилемния сок. В резултат на това неговият воден потенциал пада и водата навлиза в ксилемата от съседните коренови клетки чрез осмоза.
Този механизъм създава хидростатично налягане от порядъка на 100-200 kPa (в изключителни случаи 800 kPa); един за него вода, издигаща се през ксилематаобикновено не е достатъчно, но в много растения несъмнено допринася за поддържането на потока от ксилема. При бавно транспириращите тревисти форми това налягане е напълно достатъчно, за да предизвика мутация в тях. Това е името, дадено на освобождаването на вода на повърхността на растение1 под формата на течни капчици, а не на пара. Всички условия, които възпрепятстват транспирацията, като слаба светлина и висока влажност, насърчават гутацията. Той е често срещан в много видове тропически дъждовни гори и често се наблюдава по върховете на листата на тревни разсад.
Секвоите, намерени в Калифорния, са сред най-високите дървета в света. Достигат до 110 метра височина. Някои дървета са на 2000-3000 години! Трудно е да се предаде незаличимото впечатление, което оставя една разходка сред тези великани. Истината за сътворението е силно разкрита тук. Клетките на едно дърво са организирани така, че да изграждат корени, ствол, кора, водни колони, клони и листа. Дървото прилича на гигантска химическа фабрика. Тук протичат изключително сложни химически процеси в безупречен ред.
Удивителното е, че това огромно дърво расте от малко семе с тегло 58 грама. Само си помислете: цялата информация за развитието и организацията на тези гиганти е вградена в тяхното ДНК, в мъничко кръгло семе. Семето изпълнява всички „инструкции“ в ДНК-то му и се превръща в гигантска структура, несравнима по външен вид и размер. Удивително, нали?
Гигантска секвоя "Генерал Шърман". Височината му е 83,8 м, а периметърът на ствола в основата е 34,9 м. Дървото е на 2500 години. Това дърво се счита за най-големият жив организъм на Земята. Теглото му заедно с кореновата система е 2500 т. Обемът на дървото е 17 000 кубически метра, което е 10 пъти повече от обема на син кит.
Писанието казва: „Бог е възвишен в силата Си и кой е учител като Него? Не забравяйте да възхвалявате делата Му, които хората виждат. Всички хора могат да ги видят; човек може да ги види отдалеч". (Йов 36:22-25) Наистина, всички хора могат да видят делата Му.
Повишаване на водата до височината на 30-етажна сграда
През твоите листа секвояотделя до 600 литра вода на ден, така че постоянно издига водата от корените към клоните, преодолявайки силата на гравитацията. Как едно дърво, което няма механични помпи, прави това? 100 метра е наистина внушителна височина, сравнима с две 14-етажни сгради.Оказва се, че вътре в багажника секвоиима специална система от тесни свързани помежду си тръби, наречени ксилем. Тази сложна вътрешна дървесна тъкан служи за провеждане на вода от корените към листата. Ксилемните тръби образуват клетки, разположени една над друга. Заедно те образуват невероятно дълга колона, простираща се от корените през ствола до листата. За да "изпомпвате" вода, секвоятрябва да образува непрекъснат стълб вода в тази тръба.
Дървото поддържа вода през целия си живот.Спомнете си как силен вятър огъва дърво и клони. Въпреки това, поради факта, че проводящата тръба е съставена от милиони малки секции, свързани заедно, водният поток е постоянно задържан. Една твърда тръба не би изпълнила тази задача. Тъй като водата обикновено не тече нагоре, как едно дърво успява да я изпомпва толкова високо? Корените „издърпват“ водата нагоре и действието на капилярността (способността на водата да се издига леко по стените на тръбата) добавя налягане. Тази сила обаче гарантира, че секвоята издига вода само на 2-3 метра. Основната движеща сила е изпарението и привличането между водните молекули. Молекулите имат положително и отрицателно заредени частици, поради което се прилепват една към друга с огромна сила, която според експерименталните измервания е 25-30 атмосфери (1 атмосфера е равна на нормалното атмосферно налягане на морското равнище).
Разпределителната система е показана в напречно сечение. Предавателните тръби са изградени от клетки и са предназначени да транспортират вещества: вода и минерали към листата през различни канали. Една важна характеристика на тази система при растенията е постоянното обновяване на ксилемните и флоемните тръби.
Това е достатъчно, за да прокара подводница от Втората световна война, плаваща на дълбочина 350 метра под водата. Секвоятой лесно поддържа налягане от 14 атмосфери в горната част на водния стълб. Водата, изпаряваща се от листата, генерира смукателна сила. Една водна молекула се изпарява от листа и благодарение на силата на молекулярното привличане дърпа със себе си други молекули около себе си. Това създава леко засмукване във водния стълб и изтегля вода от клетките на съседните листа. Тези молекули от своя страна привличат молекули около себе си. Веригата на движение продължава надолу към земята и движи водата от корените към върха на дървото, точно както помпата издига водата от тръбата на повърхността.
Ние разбираме това дървоСамото то не би могло да измисли толкова сложна система, след като се е научило да използва толкова мъдро физиката на водата и енергията на Слънцето. Отдаваме цялата Слава на Бога, Създателя на небето и земята. Гигантските дървета свидетелстват за историчността на книгата Битие, която ни разкрива истинския им произход: „И Бог каза: Нека земята произведе зелена трева, трева, която дава семе, плодоносни дървета, които дават плод според вида си, в който е семето му на земята. И стана така". (Бит. 1:11-12)
Прочетете също
Супер кадър на канадска трева!Преди 2 години - Прочетете 16 минути Живи вкаменелости потвърждават сътворениетоПреди година - Прочетете 27 минути Как листата избягват топенето по време на фотосинтеза?Преди половин година - Прочетете 5 минути Морско конче Преди година - Прочетете 15 минути Живи вкаменелости: криноидите не са се променили през „150 милиона години“Преди година - Прочетете 3 минути
Висшето растение е разделено на органи, които изпълняват различни функции, но имат много общи свойства, включително необходимостта от хранителни вещества, вещества и вода за протичане на физиологични процеси. Тъй като водата не се абсорбира от всички органи, а главно от кореновата система, има нужда от нейното движение в цялото растение. Този процес съставлява така наречения възходящ ток. Трябва да се отбележи, че това име не отразява посоката, а естеството на движението и неговата локализация в растението. Преминава главно през мъртви тъкани на стъблото или петурата - съдове или трахеи при покритосеменните и трахеиди при голосеменните. Тази локализация обаче не е абсолютна: водата може да се движи и през други анатомични елементи, например през флоемната система.
По съдовете на дървото се издига вода с разтворени в нея минерали и вещества.
Ако вземем предвид цялата дължина на пътя на възходящия ток, тогава той може да бъде разделен на две секции с неравна дължина.
1. Мъртви хистологични елементи в средата на проводящия път на съдове или трахеиди. Дължината на този участък е значителна, но водата преминава през него сравнително лесно, тъй като се движи пасивно по мъртвите елементи, без да изпитва значително съпротивление от тях.
2. Живи клетки на корена и листата, разположени в началото и края на пътя на движение. Този път е пространствено кратък, но се преодолява с голяма трудност, тъй като клетъчните мембрани предотвратяват движението на водата.
Движението на водата във възходящо течение е важно в живота на растението. Това течение снабдява всички органи и тъкани с вода, привеждайки ги в състояние на тургор. Възходящият поток на водата улавя минералните йони, абсорбирани от корена, транспортира ги и по този начин улеснява разпространението (но не и абсорбцията!) в растението.
За да може водата да се движи през растението (и не просто да се движи, а да се издига нагоре), е необходимо определено количество енергия, чиито точки на приложение са разположени в краищата на течението, в резултат на което се наричат крайни двигатели.
Долен край на двигателя или коренно налягане. Неговата роля се проявява главно при активна абсорбция - инжектиране на вода. С участието на контрактилни протеини той не само доставя вода на кореновата система, но и я изтласква по-нататък в съдовете на корена и нагоре по стъблото. Инжектиране на вода
Активен енергозависим процес, който е най-силно изразен в кората на корена. Силата, развита от крайния двигател, е малка (около 0,15 MPa), тя може да осигури повдигане на вода на височина не повече от един метър, т.е. достатъчна за тревисти растения и малки храсти.
Symplast е система от взаимосвързани растителни протопласти. Протопластите на съседни клетки са свързани помежду си чрез плазмодесмати - цитоплазмени нишки, преминаващи през пори в клетъчните стени. Водата с всякакви вещества, разтворени в нея, влязла в протопласта на една клетка, може да се движи по-нататък по протежение на симпласта, без да пресича никакви мембрани. Това движение понякога се улеснява от подредения поток на цитоплазмата.
Апопластът е система от съседни клетъчни стени, която образува непрекъсната мрежа в цялото растение. До 50% от такава целулозна рамка е вид „свободно пространство“, което може да бъде заето от вода. Когато се изпари в междуклетъчните пространства от повърхността на клетките на мезофила, възниква напрежение в непрекъснатия апопластичен слой вода и целият той, според механизма на обемния поток, се изтегля до мястото на намаляване поради кохезия. („адхезия“) на водните молекули. Апопластът получава вода от ксилема.
Двигател на горния край или смукателна сила на транспирация. С постоянното изпаряване на водата в листата на растенията, всмукателната сила (1 - 1,5 MPa) се нарушава, изсмуква вода от най-близките клетки и се предава на следващите клетки, през които водата се движи, до съдовете. В съдовете няма цитоплазма, следователно няма осмотично налягане и абсорбцията на течност се извършва с участието на цялата величина на всмукателната сила. Тя ви позволява да издигате вода на няколко метра, действайки като хидравлична помпа. Тази сила е достатъчна, за да осигури вода на храсти и относително малки дървета.
Надигаща се вода по ствол на дърво
Крайните двигатели могат да издигнат вода до височина 10 м. Но много дървесни растения имат много по-дълъг ствол и тогава и двата крайни двигателя не могат да осигурят повдигане на вода. В такива растения на помощ идват адхезионните сили между водните молекули, които са много големи и могат да достигнат 30 - 35 MPa. Тази сила е достатъчна, за да издигне водата на 1 - 2 км, което е значително по-високо от височината на всяко дърво.
Адхезионните сили на водните молекули действат само при определени условия: водните потоци в съдовете трябва да текат непрекъснато, без въздушни мехурчета. Ако в тях попадне въздух, което е възможно при нараняване или порязване, движението на водата се прекъсва. Това обяснява изсъхването на издънки на дървесни растения с листа и цветя (например люляк), когато те не се поставят във вода веднага след рязане, а след известно време.
