Glavni motori vodene struje
Apsorpcija vode korijenskim sistemom nastaje zbog rada dva krajnja motora vodene struje: gornji krajnji motor, ili usisna sila isparavanja (transpiracije), i donji motor, ili korijenski motor. Glavna sila koja uzrokuje protok i kretanje vode u biljci je usisna sila transpiracije, koja rezultira gradijentom vodnog potencijala. Potencijal vode je mjera energije koju voda koristi za kretanje. Potencijal vode i usisna sila su jednake po apsolutnoj vrijednosti, ali suprotne po predznaku. Što je manje zasićenje vodom datog sistema, to je manji (negativniji) njegov vodni potencijal. Kada biljka gubi vodu tokom procesa transpiracije, ćelije lista postaju nezasićene vodom, a kao rezultat toga nastaje usisna sila (opada potencijal vode). tok vode ide u pravcu veće usisne sile, odnosno manjeg potencijala vode.
Dakle, gornji terminalni motor protoka vode u biljci je usisna sila transpiracije listova, a njen rad ima malo veze sa vitalnom aktivnošću korijenskog sistema. Zaista, eksperimenti su pokazali da voda može ući u izdanke kroz mrtvi korijenski sistem, au tom slučaju se čak i ubrzava apsorpcija vode.
Pored gornjeg motora vodene struje, u postrojenjima postoji motor donjeg kraja. To je dobro dokazano na primjeru takvih pojava kao što su Gutacija.
Listovi biljaka čije su ćelije zasićene vodom, u uslovima visoke vlažnosti vazduha, koja sprečava isparavanje, luče kapljičasto-tečnu vodu sa malom količinom rastvorenih materija - gutaciju. Tečnost se oslobađa kroz posebne vodene stomate - hidratore. Oslobođena tečnost je guta. Dakle, proces gutacije je rezultat jednosmjernog toka vode koji se odvija u odsustvu transpiracije, pa je stoga uzrokovan nekim drugim uzrokom.
Do istog zaključka se može doći kada se razmatra fenomen plakati biljke. Ako odrežete izdanke biljke i pričvrstite staklenu cijev na odrezani kraj, tekućina će se dizati kroz nju. Analiza pokazuje da se radi o vodi sa rastvorenim materijama - soku. U nekim slučajevima, posebno u proleće, plač se primećuje i kada se poseku grane biljaka. Određivanja su pokazala da je zapremina oslobođene tečnosti (soka) višestruko veća od zapremine korenovog sistema. Dakle, plakanje nije samo curenje tečnosti kao rezultat posekotine. Sve navedeno navodi na zaključak da je plač, kao i gutacija, povezan s prisustvom jednosmjernog protoka vode kroz korijenski sistem, neovisno o transpiraciji. Sila koja uzrokuje jednosmjerni tok vode kroz posude s otopljenim tvarima, neovisno o procesu transpiracije, naziva se korijenski tlak. Prisutnost korijenskog tlaka omogućava nam da govorimo o donjem kraju motora vodene struje. Pritisak korijena može se izmjeriti tako što se na kraj lijevo nakon odsijecanja nadzemnih dijelova biljke pričvrsti mjerač tlaka ili stavljanjem korijenskog sistema u niz otopina različitih koncentracija i odabirom onog koji prestaje da plače. Ispostavilo se da je pritisak korijena otprilike 0,1 - 0,15 MPa (D.A. Sabinin). Određivanja koja su izvršili sovjetski istraživači L.V.Mozhaeva i V.N. Zholkevich pokazala su da je koncentracija vanjske otopine koja prestaje plakati znatno veća od koncentracije pasoka. To nam je omogućilo da izrazimo mišljenje da plakanje može biti suprotno gradijentu koncentracije. Takođe se pokazalo da se plač javlja samo u uslovima u kojima se svi životni procesi ćelija odvijaju normalno. Ne samo ubijanje korijenskih ćelija, već i smanjenje intenziteta njihove vitalne aktivnosti, prvenstveno intenziteta disanja, prestaje plakati. U nedostatku kiseonika, pod uticajem respiratornih otrova, i kada temperatura padne, plač prestaje. Sve navedeno je omogućilo D.A. Sabininu da da sljedeću definiciju: biljke koje plaču- Ovo je doživotni jednosmjerni protok vode i hranjivih tvari, ovisno o aerobnoj preradi asimilata. D.A. Sabinin je predložio dijagram koji objašnjava mehanizam jednosmjernog toka vode u korijenu. Prema ovoj hipotezi, ćelije korijena su polarizirane u određenom smjeru. To se očituje u činjenici da su u različitim dijelovima iste ćelije metabolički procesi različiti. U jednom dijelu ćelije dolazi do pojačanih procesa razgradnje, posebno škroba na šećere, uslijed čega se povećava koncentracija ćelijskog soka. Na suprotnom kraju ćelije prevladavaju procesi sinteze, zbog čega se smanjuje koncentracija otopljenih tvari u ovom dijelu stanice. Mora se uzeti u obzir da će svi ovi mehanizmi funkcionirati samo ako u okolišu postoji dovoljna količina vode i ako metabolizam nije poremećen.
Prema drugoj hipotezi, zavisnost biljnog plača od intenziteta disanja je indirektna. Energija disanja se koristi za snabdijevanje jonima ćelija korteksa, odakle se desorbiraju u žile ksilema. Kao rezultat, povećava se koncentracija soli u žilama ksilema, što uzrokuje protok vode.
Kretanje vode kroz biljku
Voda koju apsorbiraju ćelije korijena, pod utjecajem razlike u potencijalima vode koja nastaje transpiracijom, kao i sile korijenskog pritiska, kreće se do puteva ksilema. Prema modernim konceptima, voda se u korijenskom sistemu kreće ne samo kroz žive ćelije. Još 1932. godine njemački fiziolog Munch razvio je ideju o postojanju u korijenskom sistemu dva relativno nezavisna volumena kroz koje se kreće voda - apoplasta i simplasta. Apoplast – Ovo je slobodni prostor korijena, koji uključuje međućelijske prostore, ćelijske membrane i žile ksilema. Simplast – ovo je skup protoplasta svih ćelija, ograničenih polupropusnom membranom. Zahvaljujući brojnim plazmodezmama koje povezuju protoplast pojedinačnih ćelija, simplast predstavlja jedinstven sistem. Apoplast naizgled nije kontinuiran, već je podijeljen u dva volumena. Prvi dio apoplasta nalazi se u korteksu korijena prije endodermalnih stanica, drugi je s druge strane endodermalnih stanica i uključuje ksilemske žile. Ćelije endoderma, zahvaljujući Kasparovim pojasevima, predstavljaju barijeru kretanju vode kroz slobodni prostor (međućelijske prostore i ćelijske membrane). Da bi ušla u sudove ksilema, voda mora proći kroz polupropusnu membranu i to uglavnom kroz apoplast i samo djelomično kroz simplast. Međutim, u endodermalnim stanicama, kretanje vode se očito događa duž simplasta. Zatim voda ulazi u krvne sudove ksilema. Tada dolazi do kretanja vode kroz vaskularni sistem korijena, stabljike i lista.
Iz posuda stabljike voda se kreće kroz peteljku ili lisni omotač u list. U lisnoj pločici u venama se nalaze žile koje provode vodu. Vene se postepeno granaju i postaju sve manje. Što je mreža vena gušća, voda nailazi na manji otpor kada se kreće do ćelija mezofila lista. Ponekad ima toliko malih grana lisnih žila da opskrbljuju vodom gotovo svaku ćeliju. Sva voda u ćeliji je u ravnotežnom stanju. Drugim riječima, u smislu zasićenja vodom postoji ravnoteža između vakuole, citoplazme i ćelijske membrane, njihovi potencijali vode su jednaki. Voda se kreće od ćelije do ćelije zbog gradijenta usisne sile.
Sva voda u postrojenju predstavlja jedan međusobno povezani sistem. Pošto između molekula vode postoje adhezione sile(kohezija), voda se diže na visinu znatno veću od 10 m. Povećava se sila prianjanja, jer molekule vode imaju veći afinitet jedni prema drugima. Kohezivne sile također postoje između vode i zidova posuda.
Stepen napetosti vodenih niti u posudama zavisi od odnosa procesa apsorpcije i isparavanja vode. Sve ovo omogućava biljnom organizmu da održi jedan vodni sistem i ne mora nužno da dopuni svaku kap isparene vode.
U slučaju da zrak uđe u pojedine segmente posuda, oni su očigledno isključeni iz opće struje provođenja vode. Ovo je put kretanja vode kroz biljku (slika 1).
Rice. 1. Put vode u biljci.
Brzina kojom se voda kreće kroz biljku mijenja se tokom dana. Tokom dana je znatno veći. Istovremeno, različite vrste biljaka razlikuju se po brzini kretanja vode. Promjene temperature i uvođenje metaboličkih inhibitora ne utiču na kretanje vode. Istovremeno, ovaj proces, kao što se i očekivalo, uvelike zavisi od brzine transpiracije i od prečnika sudova koji provode vodu. U širim posudama voda nailazi na manji otpor. Međutim, mora se uzeti u obzir da mjehurići zraka mogu dospjeti u šire posude ili doći do nekog drugog poremećaja u protoku vode.
Video: Kretanje vode i organske tvari duž stabljike.
Ksilem cvjetnica sastoji se od dvije vrste struktura koje transportuju vodu, traheide i posude. In Sect. 8.2.1 već smo govorili o tome kako odgovarajuće ćelije izgledaju u svetlosnom mikroskopu, kao i na mikrosnimcima dobijenim pomoću skenirajućeg elektronskog mikroskopa (slika 8.11). Razmotrit ćemo strukturu sekundarnog ksilema (drva) u dijelu. 21.6.6.
Ksilem, zajedno sa floemom, čini provodno tkivo viših biljaka. Ova tkanina se sastoji od tzv provodni snopovi, koji se sastoje od posebnih cjevastih konstrukcija. Na sl. Slika 14.15 pokazuje kako su vaskularni snopovi raspoređeni i kako se nalaze u primarnoj stabljici dikotiledonih i jednosupnih biljaka.
14.19. Sažmi u tabelarnom obliku razlike u strukturi primarne stabljike kod dvosupnih i jednokotiledonih biljaka.
14.20. Kakav je trodimenzionalni oblik sljedećih komponenti tkiva: a) epiderma; b) ksilem; c) periciklu dikotiledona i d) srži?
Da se voda može kretati uz ksilem može se vrlo lako pokazati uranjanjem donjeg kraja odrezane stabljike u razrijeđenu otopinu boje kao što je eozin. Boja se diže kroz ksilem i širi se mrežom lisnih žila. Ako se uzmu tanki rezovi i pogledaju pod svjetlosnim mikroskopom, boja će se naći u ksilemu.
Činjenicu da ksilem provodi vodu najbolje pokazuju eksperimenti sa „zvonjenjem“. Takvi eksperimenti su izvedeni mnogo prije nego što su se počeli koristiti radioaktivni izotopi, što je činilo vrlo lakim praćenje putanje tvari u živom organizmu. U jednoj verziji eksperimenta izrezan je prsten kore s floemom. Ako eksperiment nije jako dug, takvo "zvonjenje" ne utječe na porast vode duž stabljike. Međutim, ako ogulite komad kore i izrežete ksilem, a da ne oštetite komad kore, biljka će brzo uvenuti.
Bilo koja teorija koja objašnjava kretanje vode kroz ksilem ne može ne uzeti u obzir sljedeća zapažanja:
1. Žile ksilema su mrtve cijevi sa uskim lumenom, čiji prečnik varira od 0,01 mm u “ljetnom” drvetu do otprilike 0,2 mm u “proljetnom” drvu.
2. Velike količine vode se transportuju relativno brzo: kod visokog drveća zabilježene su stope porasta vode do 8 m/h, dok je kod ostalih biljaka često oko 1 m/h.
3. Za podizanje vode kroz takve cijevi do vrha visokog drveta potreban je pritisak od oko 4000 kPa. Najviša stabla - kalifornijske džinovske sekvoje (četinari koji nemaju žile i samo traheide) i australski eukaliptus - visoka su preko 100 m. Voda se podiže kroz tanke kapilarne cijevi zbog velike površinske napetosti pod djelovanjem kapilarnih sila; međutim, samo zbog ovih sila, čak i kroz najtanje ksilemske posude, voda se neće podići iznad 3 m.
Sva ova zapažanja su na zadovoljavajući način objašnjena teorijom kvačilo(kohezija) ili teorija napetost. Prema ovoj teoriji, podizanje vode iz korijena je posljedica isparavanja vode iz ćelija lista. Kao što smo već rekli u odjeljku. 14.3, isparavanje dovodi do smanjenja potencijala vode u ćelijama u blizini ksilema. Stoga voda ulazi u ove ćelije iz soka ksilema, koji ima veći vodeni potencijal; pritom prolazi kroz vlažne celulozne ćelijske zidove ksilemskih sudova na krajevima vena, kao što je prikazano na sl. 14.7.
Žile ksilema se pune vodom, a kako voda napušta sudove, stvara se napetost u vodenom stupcu. Prenosi se niz stabljiku sve od lista do korijena zahvaljujući kvačilo(kohezija) molekula vode. Ovi molekuli imaju tendenciju da se "lijepe" jedni za druge jer su polarni i međusobno se privlače električnim silama, a zatim drže zajedno vodoničnim vezama (odjeljak 5.1.2). Osim toga, pod utjecajem sila imaju tendenciju da se lijepe za zidove krvnih žila adhezija. Visoka kohezija molekula vode znači da je potrebna relativno velika sila zatezanja da bi se razbio stub vode; drugim riječima, vodeni stupac ima visoku vlačnu čvrstoću. Napetost u žilama ksilema dostiže takvu silu da može povući cijeli stup vode prema gore, stvarajući protok mase; u ovom slučaju voda ulazi u bazu takvog stupca u korijenje iz susjednih korijenskih ćelija. Neophodno je da zidovi ksilemskih posuda također imaju visoku čvrstoću i da nisu pritisnuti prema unutra.
Ovu snagu osiguravaju lignin i celuloza. Dokazi da je sadržaj ksilemskih žila pod utjecajem velike vlačne sile dobiveni su mjerenjem dnevnih promjena prečnika debla kod stabala pomoću instrumenta zvanog dendrometar. Minimalne vrijednosti zabilježene su tokom dana, kada je brzina transpiracije maksimalna. Sićušna kompresija pojedinačnih ksilemskih žila se zbrojila i dala potpuno mjerljivo smanjenje promjera cijelog trupa.
Procjene vlačne čvrstoće za stupac ksilemskog soka kreću se od oko 3000 do 30 000 kPa, s nižim vrijednostima koje su nedavno dobijene. Listovi imaju potencijal vode od oko -4000 kPa, a snaga stupca soka ksilema je vjerovatno dovoljna da izdrži stvorenu napetost. Moguće je, naravno, da stub vode ponekad pukne, posebno u posudama velikog prečnika.
Kritičari ove teorije ističu da svaki poremećaj kontinuiteta stupca soka treba odmah zaustaviti cijeli tok, budući da posudu treba napuniti zrakom i vodenom parom (fenomen kavitacija). Kavitacija može biti uzrokovana jakim podrhtavanjem, savijanjem trupa ili nedostatkom vode. Poznato je da se tokom ljeta sadržaj vode u stablu postepeno smanjuje i drvo se puni zrakom. Koristi se u drvnoj industriji jer drvo ima bolju uzgonu. Međutim, puknuće vodenog stupca u nekim posudama ne utječe mnogo na brzinu prijenosa vode. To se može objasniti činjenicom da voda prelazi iz jedne posude u drugu ili zaobilazi zračni čep, krećući se duž susjednih ćelija parenhima i njihovih zidova. Osim toga, prema proračunima, za održavanje promatranog protoka dovoljno je da barem mali dio posuda funkcionira u bilo kojem trenutku. Kod nekih drveća i žbunja voda se kreće samo duž najmlađeg vanjskog sloja drveta, koji se tzv. bjeljika. U hrastu i jasenu, na primjer, voda se uglavnom kreće kroz posude tekuće godine, a ostatak bjeljike služi kao rezerva vode. Tokom vegetacije stalno se dodaje sve više novih posuda, ali se većina njih formira na početku sezone, kada je protok znatno veći.
Druga sila koja je uključena u kretanje vode kroz ksilem je korijenski pritisak. Može se otkriti i izmjeriti u trenutku kada je krošnja odrezana, a deblo sa korijenjem nastavlja da luči sok iz ksilemskih sudova. Ovaj proces eksudacije potiskuju cijanid i drugi inhibitori disanja i zaustavlja se kada postoji nedostatak kisika ili pad temperature. Da bi ovaj mehanizam funkcionirao, čini se da je potrebno aktivno izlučivanje u sok ksilema soli i drugih tvari topivih u vodi koje smanjuju potencijal vode. Voda tada ulazi u ksilem osmozom iz susjednih korijenskih ćelija.
Sam pozitivan hidrostatički pritisak od oko 100-200 kPa (u izuzetnim slučajevima i do 800 kPa), stvoren pritiskom korijena, obično nije dovoljan da osigura kretanje vode uz ksilem, ali je njegov doprinos u mnogim biljkama nesumnjiv. U sporo transpirirajućim zeljastim oblicima, ovaj pritisak je, međutim, sasvim dovoljan da izazove gutaciju. Gutacija- to je uklanjanje vode u obliku kapi tečnosti na površini biljke (dok tokom transpiracije voda izlazi u obliku pare). Svi uslovi koji smanjuju transpiraciju, kao što su slabo osvetljenje, visoka vlažnost, itd., promovišu gutaciju. Prilično je česta u mnogim tropskim prašumskim biljkama i često se opaža na vrhovima listova mladih sadnica.
14.21. Navedite svojstva ksilema zbog kojih osigurava transport vode i tvari otopljenih u njemu na velike udaljenosti.
Ksilem cvjetnica sadrži dvije vrste vodovodnih struktura - traheide i posude. U članku smo već govorili o tome kako ove strukture izgledaju u svjetlosnom mikroskopu, kao i na mikrofotografijama dobivenim pomoću skenirajućeg elektronskog mikroskopa. U članku se razmatra struktura sekundarnog ksilema (drva). Ksilem i floem čine provodno tkivo viših ili vaskularnih biljaka. Ovo tkivo se sastoji od takozvanih vaskularnih snopova, čija je struktura i distribucija u stabljikama dvosupnih biljaka sa primarnom strukturom prikazana na slici.
sta voda se diže kroz ksilem, može se lako demonstrirati uranjanjem odrezanog kraja izdanka u razrijeđenu vodenu otopinu boje, kao što je eozin. Tečnost u boji, širi se uz stabljiku, ispunjava mrežu vena koje prolaze kroz lišće. Ako se zatim uzmu tanki rezovi i pregledaju pod svjetlosnim mikroskopom, nalazi se da je boja u ksilemu.
Spektakularniji dokaz voda koja se diže kroz ksilem dati eksperimente sa „zvonom“. Takvi eksperimenti su izvedeni mnogo prije nego što su se počeli koristiti radioaktivni izotopi, što je činilo vrlo lakim praćenje putanje tvari u živom organizmu. U jednoj verziji eksperimenta, sa drvenaste stabljike uklonjen je uski prsten kore zajedno sa floemom, tj. floemom. Dosta dugo nakon toga izdanci koji se nalaze iznad rezanog prstena nastavljaju normalno rasti: stoga takvo prstenovanje ne utječe na porast vode duž stabljike. Međutim, ako podignete komad kore i ispod njega izrežete dio drveta, tj. ksilem, biljka će brzo uvenuti. Dakle, voda se kreće u izdanke iz tla upravo duž ovog provodnog tkiva.
Bilo koja teorija koja objašnjava transport vode kroz ksilem, ne može zanemariti sljedeća zapažanja.
1. Anatomski elementi ksilema- tanke mrtve cijevi, čiji prečnik varira od 0,01 mm u “ljetnom” drvu do 0,2 mm u “proljetnom” drvu.
2. Velike količine voda se kreće kroz ksilem pri relativno velikoj brzini: za visoka stabla je do 8 m/h, a za ostale biljke oko 1 m/h.
3. Za podizanje vode kroz takve cijevi do vrha visokog drveta potreban je pritisak od oko 4000 kPa. Najviša stabla - sekvoje u Kaliforniji i eukaliptus u Australiji - dosežu visinu veću od 100 m Voda se može uzdići kroz tanke vlažne cijevi zbog svoje visoke površinske napetosti (ovaj fenomen se naziva kapilarnost), ali samo zahvaljujući ovim silama. čak i kroz najtanje ksilemske posude voda se ne diže iznad 3 m.
Zadovoljavajuće objašnjenje za ovo Teorija povezanosti daje činjenice(kohezija) ili teorija napetosti. Prema ovoj teoriji, podizanje vode iz korijena je posljedica njenog isparavanja od strane ćelija lista. Kao što smo već rekli u članku, isparavanje smanjuje potencijal vode ćelija mezofila u blizini ksilema, a voda ulazi u ove ćelije iz soka ksilema, čiji je vodeni potencijal veći; pritom prolazi kroz vlažne ćelijske zidove na krajevima vena, kao što je prikazano na slici.
Ksilemske posude ispunjava kontinuirani stup vode; kako voda napušta sudove, u ovoj koloni se stvara napetost; prenosi se niz stabljiku do korijena zbog adhezije (kohezije) molekula vode. Ove molekule imaju tendenciju da se "lijepe" jedna za drugu jer su polarne i međusobno se privlače električnim silama, a zatim drže zajedno vodoničnim vezama. Osim toga, privlače ih zidovi ksilemskih sudova, odnosno prianjaju na njih. Snažna kohezija molekula vode znači da je njen stupac teško slomiti - ima visoku vlačnu čvrstoću. Vlačni napon u ćelijama ksilema stvara silu sposobnu da pomjeri cijeli vodeni stupac prema gore kroz mehanizam volumetrijskog protoka. Odozdo voda ulazi u ksilem iz susjednih korijenskih ćelija. Veoma je važno da zidovi ksilemskih elemenata budu čvrsti i da se ne sruše kada pritisak unutra opadne, kao što se dešava kada koktel usisavate kroz meku slamku. Krutost zidova osigurava lignin. Dokaz da je tekućina unutar ksilemskih žila pod velikim stresom (istegnuta) pružaju dnevne fluktuacije u prečniku stabala drveća, mjerene instrumentom zvanim dendrograf.
Minimalni prečnik se obeležava na dan kada je brzina transpiracije najveća. Post tension vode u ksilemskoj posudi uvlači svoje zidove malo unutra (zbog prianjanja), a kombinacija ovih mikroskopskih kompresija daje sveukupno „skupljanje“ cijevi, zabilježeno uređajem.
Procjene snage za ruptura stuba soka ksilema varirao od 3000 do 3000 kPa, s tim da su niže vrijednosti dobijene kasnije. Listovi imaju potencijal vode od oko -4000 kPa, a snaga stupca soka ksilema je vjerovatno dovoljna da izdrži stvorenu napetost. Moguće je, naravno, da stub vode ponekad pukne, posebno u posudama velikog prečnika.
Kritičari navedene teorije naglasiti da svako narušavanje kontinuiteta stupca soka treba odmah zaustaviti cijeli tok, jer će se posuda napuniti zrakom i parom (fenomen kavitacije). Kavitacija može biti uzrokovana jakim podrhtavanjem, savijanjem trupa i nedostatkom vode. Poznato je da se tokom ljeta sadržaj vode u stablu postepeno smanjuje i drvo se puni zrakom. Drvosječe to iskorištavaju jer je takvo drveće lakše plutati. Međutim, puknuće vodenog stupca u nekim posudama ima mali utjecaj na ukupnu brzinu volumetrijskog protoka. Možda je činjenica da voda teče u paralelne posude ili zaobilazi zračni čep, krećući se duž susjednih ćelija parenhima i duž zidova. Osim toga, prema proračunima, da bi se održala promatrana brzina protoka, dovoljno je da barem mali dio elemenata ksilema funkcionira u bilo kojem trenutku. Kod nekih drveća i žbunja voda se kreće samo kroz mlađu vanjsku šumu, koja se naziva bjeljika. U hrastu i jasenu, na primjer, provodnu funkciju obavljaju uglavnom posude tekuće godine, a ostatak bjeljike ima ulogu rezerve vode. Nove ksilemske žile se formiraju tokom vegetacije, ali uglavnom na početku, kada je brzina protoka vode maksimalna.
Druga sila osiguravanje kretanja vode kroz ksilem, - korijenski pritisak. Može se otkriti i izmjeriti u trenutku kada je krošnja odrezana, a deblo sa korijenjem još neko vrijeme nastavlja da luči sok iz ksilemskih sudova. Ovaj proces potiskuju inhibitori disanja, kao što je cijanid, a zaustavlja se kada dođe do nedostatka kisika i smanjenja temperature. Djelovanje ovog mehanizma je očigledno zbog aktivnog lučenja soli i drugih supstanci rastvorljivih u vodi u sok ksilema. Kao rezultat, njegov vodeni potencijal opada i voda osmozom ulazi u ksilem iz susjednih korijenskih ćelija.
Ovaj mehanizam stvara hidrostatički pritisak reda veličine 100-200 kPa (u izuzetnim slučajevima 800 kPa); jedan za njega voda koja se diže kroz ksilem obično nije dovoljno, ali u mnogim biljkama nesumnjivo doprinosi održavanju protoka ksilema. Kod sporo transpirirajućih zeljastih oblika ovaj pritisak je sasvim dovoljan da izazove mutaciju u njima. Ovo je naziv dat oslobađanju vode na površini biljke1 u obliku tekućih kapljica, a ne pare. Svi uslovi koji inhibiraju transpiraciju, kao što su slabo osvetljenje i visoka vlažnost, promovišu gutaciju. Uobičajena je u mnogim tropskim prašumskim vrstama i često se opaža na vrhovima listova sadnica trave.
Stabla sekvoja pronađena u Kaliforniji su među najvišim drvećem na svijetu. Dostižu visinu od 110 metara.
Neka stabla su stara 2000-3000 godina! Teško je prenijeti neizbrisiv utisak koji ostavlja šetnja među ovim divovima. Istina stvaranja je ovdje snažno otkrivena. Ćelije drveta su organizovane tako da grade korenje, deblo, koru, vodene stubove, grane i lišće. Drvo podseća na džinovsku hemijsku fabriku. Izuzetno složeni hemijski procesi se ovde odvijaju besprekornim redom. Neverovatna stvar je da ovo ogromno drvo raste iz male sjemenke težine 58 grama
. Razmislite samo: sve informacije o razvoju i organizaciji ovih divova ugrađene su u njihov DNK, u malom, okruglom sjemenu. Sjeme ispunjava sve "upute" koje se nalaze u njegovoj DNK i pretvara se u gigantsku strukturu, neuporedivu po izgledu i veličini. Neverovatno, zar ne?
Divovska sekvoja "General Sherman". Visina mu je 83,8 m, a obim stabla u podnožju je 34,9 m staro 2500 godina. Ovo drvo se smatra najvećim živim organizmom na Zemlji. Njegova težina zajedno sa korijenskim sistemom je 2500 tona, zapremina stabla je 17.000 kubnih metara, što je 10 puta više od zapremine plavog kita. Sveto pismo kaže:„Bog je uzvišen u svojoj moći, a ko je učitelj poput njega? Ne zaboravite da veličate Njegova djela koja ljudi vide. Svi ljudi ih mogu vidjeti; čovjek ih može vidjeti izdaleka"
. (Job 36:22-25) Zaista, svi ljudi mogu vidjeti Njegova djela.
Podizanje vode do visine zgrade od 30 spratova Kroz tvoje lišće sequoia ispušta i do 600 litara vode dnevno, pa stalno podiže vodu od korijena do grana, savladavajući silu gravitacije. Kako drvo koje nema mehaničke pumpe to radi? 100 metara je zaista impresivna visina, uporediva sa dve zgrade od 14 spratova. Ispostavilo se da je unutar prtljažnika postoji poseban sistem uskih međusobno povezanih cijevi koji se naziva ksilem. Ovo složeno unutrašnje tkivo drveta služi za odvođenje vode od korijena do lišća. Ksilemske cijevi formiraju ćelije smještene jedna iznad druge. Zajedno čine nevjerovatno dug stup, koji se proteže od korijena kroz deblo do listova. Za "pumpanje" vode, Kroz tvoje lišće treba da formira neprekidni stub vode u ovoj cevi.
Drvo održava vodu tokom svog života. Sjetite se kako jak vjetar savija drvo i grane. Međutim, zbog činjenice da se provodna cijev sastoji od miliona malih dijelova spojenih zajedno, protok vode je konstantno ograničen. Jedna čvrsta cijev ne bi izvršila ovaj zadatak. Pošto voda inače ne teče prema gore, kako drvo uspijeva da je pumpa tako visoko? Korijeni "povlače" vodu prema gore, a djelovanje kapilarnosti (sposobnost vode da se lagano uzdiže duž stijenki cijevi) povećava pritisak. Međutim, ova sila osigurava da sekvoja podigne vodu samo 2-3 metra. Osnovna pokretačka sila je isparavanje i privlačenje između molekula vode. Molekuli imaju pozitivno i negativno nabijene čestice, zbog čega se prianjaju jedna uz drugu ogromnom silom, koja prema eksperimentalnim mjerenjima iznosi 25-30 atmosfera (1 atmosfera je jednaka normalnom atmosferskom pritisku na nivou mora).
Distributivni sistem prikazan u poprečnom presjeku. Prijenosne cijevi se sastoje od ćelija i dizajnirane su za transport tvari: vode i minerala do listova kroz različite kanale. Jedna važna karakteristika ovog sistema u biljkama je stalno obnavljanje ksilema i floemskih cijevi.
Ovo je dovoljno da se progura podmornica iz Drugog svetskog rata koja pluta na dubini od 350 metara pod vodom. Sequoia lako održava pritisak od 14 atmosfera na vrhu vodenog stupca. Voda koja isparava iz listova stvara usisnu silu. Molekul vode isparava iz lista i, zahvaljujući sili molekularne privlačnosti, sa sobom povlači druge molekule oko sebe. Ovo stvara lagano usisavanje u vodenom stupcu i izvlači vodu iz susjednih ćelija lista. Ovi molekuli, zauzvrat, privlače molekule oko sebe. Lanac kretanja nastavlja se dole do tla i pomiče vodu od korijena do vrha drveta, baš kao što pumpa podiže vodu iz otvora na površinu.
Mi to razumemo drvo Ona sama ne bi mogla smisliti tako složen sistem, naučivši tako mudro koristiti fiziku vode i energiju Sunca. Dajemo svu Slavu Bogu, Stvoritelju neba i zemlje. Divovsko drveće svjedoči o istoričnosti knjige Postanka, koja nam otkriva njihovo pravo porijeklo: „I reče Bog: neka zemlja rađa zelenu travu, travu koja seme, drveće plodno, rod po vrsti rodi, u kojoj je seme njeno na zemlji. I postalo je tako". (Post 1:11-12)
Pročitajte također
Super snimak kanadskog travnjaka!Prije 2 godine - Čitaj 16 minuta Živi fosili potvrđuju stvaranjePrije godinu dana - Čitaj 27 minuta Kako lišće izbjegava topljenje tokom fotosinteze?Prije pola godine - Čitaj 5 minuta Morski konj Prije godinu dana - Čitajte 15 minuta Živi fosili: krinoidi se nisu promijenili u '150 miliona godina'Prije godinu dana - Čitajte 3 minute
Viša biljka je podijeljena na organe koji obavljaju različite funkcije, ali imaju mnoga zajednička svojstva, uključujući potrebu za hranjivim tvarima, tvarima i vodom za odvijanje fizioloških procesa. Kako vodu ne apsorbiraju svi organi, već uglavnom korijenski sistem, postoji potreba za njenim kretanjem kroz biljku. Ovaj proces čini takozvanu uzlaznu struju. Treba napomenuti da ovaj naziv ne odražava smjer, već prirodu kretanja i njegovu lokalizaciju u biljci. Prolazi uglavnom kroz mrtva tkiva stabljike ili peteljke - sudove ili dušnik kod kritosjemenjača i traheide kod golosjemenjača. Međutim, ova lokalizacija nije apsolutna: voda se može kretati i kroz druge anatomske elemente, na primjer, kroz floemski sistem.
Voda s mineralima i tvarima otopljenim u njoj uzdiže se kroz sudove drveta.
Ako uzmemo u obzir cijelu dužinu putanje uzlazne struje, onda se može podijeliti na dva dijela nejednake dužine.
1. Mrtvi histološki elementi u sredini provodnog puta krvnih sudova ili traheida. Dužina ove dionice je značajna, ali voda kroz nju prolazi relativno lako, budući da se pasivno kreće duž mrtvih elemenata ne doživljavajući značajan otpor od njih.
2. Žive ćelije korena i lista, koje se nalaze na početku i na kraju puta kretanja. Ovaj put je prostorno kratak, ali se teško savladava, jer ćelijske membrane sprečavaju kretanje vode.
Kretanje vode uzlaznom strujom važno je u životu biljke. Ova struja opskrbljuje sve organe i tkiva vodom, dovodeći ih u stanje turgora. Uzlazni tok vode hvata mineralne jone koje apsorbuje koren, transportuje ih i na taj način olakšava distribuciju (ali ne i apsorpciju!) kroz biljku.
Da bi se voda kretala kroz biljku (i ne samo da bi se kretala, već i uzdizala), potrebna je određena količina energije čije se tačke primjene nalaze na krajevima struje, zbog čega se nazivaju krajnji motori.
Donji motor ili korijenski tlak. Njegova uloga se manifestuje uglavnom tokom aktivne apsorpcije - ubrizgavanja vode. Uz sudjelovanje kontraktilnih proteina, ne samo da opskrbljuje vodu korijenskom sistemu, već ga i gura dalje u žile korijena i prema stabljici. Ubrizgavanje vode
Aktivan energetski ovisan proces koji je najizraženiji u korteksu korijena. Sila koju razvija krajnji motor je mala (oko 0,15 MPa), može osigurati podizanje vode do visine od najviše jednog metra, odnosno dovoljna za zeljaste biljke i male grmove.
Symplast je sistem međusobno povezanih biljnih protoplasta. Protoplasti susjednih stanica međusobno su povezani plazmodezmama - citoplazmatskim žicama koje prolaze kroz pore u ćelijskim zidovima. Voda s bilo kojom tvari otopljenom u njoj, nakon što je ušla u protoplast jedne ćelije, može se kretati dalje duž simplasta bez prelaska bilo koje membrane. Ovo kretanje je ponekad olakšano uređenim protokom citoplazme.
Apoplast je sistem susjednih ćelijskih zidova koji formira kontinuiranu mrežu u cijeloj biljci. Do 50% takvog celuloznog okvira je neka vrsta "slobodnog prostora" koji može zauzeti voda. Kada ispari u međućelijske prostore sa površine ćelija mezofila, u neprekidnom apoplastičnom sloju vode nastaje napetost, a ona se čitava, po mehanizmu volumetrijskog strujanja, povlači na mesto smanjenja usled kohezije ( “adhezija”) molekula vode. Voda ulazi u apoplast iz ksilema.
Gornji motor, ili usisna sila transpiracije. Konstantnim isparavanjem vode u listovima biljaka, usisna sila (1 - 1,5 MPa) se prekida, usisava vodu iz najbližih ćelija i prenosi na sljedeće ćelije kroz koje se voda kreće, sve do posuda. U žilama nema citoplazme, stoga nema osmotskog tlaka, a apsorpcija tekućine se odvija uz sudjelovanje cjelokupne veličine usisne sile. Omogućava vam da podignete vodu nekoliko metara, djelujući kao hidraulična pumpa. Ova sila je dovoljna da obezbedi vodu žbunju i relativno malom drveću.
Voda koja se diže uz stablo drveta
Krajnji motori mogu podići vodu na visinu do 10 m, ali mnoge drvenaste biljke imaju mnogo duže deblo, a tada oba krajnja motora ne mogu osigurati porast vode. U takvim postrojenjima u pomoć priskaču sile adhezije između molekula vode, koje su vrlo velike i mogu doseći 30 - 35 MPa. Ova sila je dovoljna da podigne vodu za 1 - 2 km, što je znatno više od visine bilo kojeg drveta.
Adhezivne sile molekula vode djeluju samo pod određenim uvjetima: vodeni tokovi u posudama moraju teći neprekidno, bez mjehurića zraka. Ako u njih dospije zrak, što je moguće ako su ozlijeđeni ili posječeni, kretanje vode se prekida. To objašnjava uvenuće izdanaka drvenastih biljaka s lišćem i cvijećem (na primjer, jorgovana), kada se ne stave u vodu odmah nakon rezanja, već nakon nekog vremena.
