درختان غول پیکر گواه خلقت هستند. چرا آب از ساقه بالا می رود؟ چگونه آب در درختان بالا می رود

موتورهای اصلی جریان آب
جذب آب توسط سیستم ریشه به دلیل عملکرد دو موتور انتهایی جریان آب رخ می دهد: بالاموتور انتهایی یا نیروی مکش تبخیر (تعرق) و موتور انتهایی پایین یا موتور ریشه. نیروی اصلی که باعث جریان و حرکت آب در گیاه می شود نیروی مکش تعرق است که منجر به شیب پتانسیل آب می شود. پتانسیل آب معیاری از انرژی است که توسط آب برای حرکت استفاده می شود. پتانسیل آب و نیروی مکش از نظر قدر مطلق برابرند، اما علامت آن مخالفند. هرچه اشباع آب یک سیستم معین کمتر باشد، پتانسیل آب آن کمتر (منفی تر) است. هنگامی که گیاه در طی فرآیند تعرق آب از دست می دهد، سلول های برگ از آب غیر اشباع می شوند و در نتیجه نیروی مکش ایجاد می شود (افت پتانسیل آب). جریان آب در جهت نیروی مکش بیشتر یا پتانسیل آب کمتر می رود.
بنابراین موتور انتهای بالایی جریان آب در گیاه نیروی مکش تعرق برگ است و کار آن ارتباط کمی با فعالیت حیاتی سیستم ریشه دارد. در واقع، آزمایشات نشان داده است که آب می تواند از طریق سیستم ریشه مرده وارد شاخه ها شود و در این حالت حتی جذب آب نیز تسریع می شود.
علاوه بر موتور انتهای بالایی جریان آب، موتور انتهای پایینی در گیاهان وجود دارد. این به خوبی با مثالی از پدیده هایی مانند روده شدن.
برگ های گیاهانی که سلول های آنها با آب اشباع شده است، در شرایط رطوبت زیاد هوا، که از تبخیر جلوگیری می کند، آب قطره ای مایع با مقدار کمی از مواد محلول ترشح می کند - روده. مایع از طریق روزنه های آب مخصوص - هیدراتورها آزاد می شود. مایع آزاد شده گوتا است. بنابراین، فرآیند روده شدن نتیجه جریان یک طرفه آب است که در غیاب تعرق اتفاق می‌افتد و در نتیجه به علت دیگری ایجاد می‌شود.
هنگام در نظر گرفتن پدیده می توان به همین نتیجه رسید گریه کردنگیاهان اگر شاخه های یک گیاه را ببرید و یک لوله شیشه ای به انتهای بریده شده وصل کنید، مایع از آن بالا می رود. تجزیه و تحلیل نشان می دهد که این آب با مواد محلول - شیره است. در برخی موارد به خصوص در فصل بهار هنگام قطع شاخه های گیاه نیز گریه مشاهده می شود. بررسی ها نشان داده است که حجم مایع آزاد شده (شیره) چند برابر حجم سیستم ریشه است. بنابراین، گریه صرفاً نشت مایع در نتیجه بریدگی نیست. تمام موارد فوق منجر به این نتیجه می شود که گریه مانند روده شدن با وجود جریان یک طرفه آب از سیستم ریشه، مستقل از تعرق همراه است. نیرویی که مستقل از فرآیند تعرق باعث جریان یک طرفه آب در رگ های دارای مواد محلول می شود، فشار ریشه نامیده می شود. وجود فشار ریشه به ما امکان می دهد در مورد موتور انتهایی پایین جریان آب صحبت کنیم. فشار ریشه را می توان با چسباندن یک فشارسنج به انتهای سمت چپ پس از قطع قسمت های بالای زمینی گیاه، یا با قرار دادن سیستم ریشه در مجموعه ای از محلول ها با غلظت های مختلف و انتخاب یکی که گریه را متوقف می کند، اندازه گیری کرد. معلوم شد که فشار ریشه تقریباً 0.1 - 0.15 مگاپاسکال است (D.A. Sabinin). تعیین های انجام شده توسط محققان شوروی L.V. Mozhaeva و V.N. Zholkevich نشان داد که غلظت محلول خارجی که گریه را متوقف می کند به طور قابل توجهی بیشتر از غلظت پاسوک است. این به ما این امکان را داد که این عقیده را بیان کنیم که گریه می‌تواند خلاف گرادیان غلظت باشد. همچنین نشان داده شده است که گریه تنها در شرایطی رخ می دهد که در آن تمام فرآیندهای حیات سلولی به طور طبیعی اتفاق می افتد. نه تنها از بین بردن سلول های ریشه، بلکه کاهش شدت فعالیت حیاتی آنها، در درجه اول شدت تنفس، گریه را متوقف می کند. در غیاب اکسیژن، تحت تأثیر سموم تنفسی و با کاهش دما، گریه متوقف می شود. همه موارد فوق به D.A. Sabinin اجازه داد تا تعریف زیر را ارائه دهد: گیاهان گریان- این جریان یک طرفه آب و مواد مغذی مادام العمر است که بستگی به پردازش هوازی مواد جذبی دارد. D.A. Sabinin نموداری را ارائه کرد که مکانیسم یک طرفه جریان آب در ریشه را توضیح می دهد. بر اساس این فرضیه، سلول های ریشه در جهت خاصی پلاریزه می شوند. این در این واقعیت آشکار می شود که در بخش های مختلف یک سلول فرآیندهای متابولیک متفاوت است. در بخشی از سلول، فرآیندهای تجزیه، به ویژه نشاسته به قندها تشدید می شود، در نتیجه غلظت شیره سلولی افزایش می یابد. در انتهای مخالف سلول، فرآیندهای سنتز غالب است، به همین دلیل غلظت املاح در این قسمت از سلول کاهش می یابد. باید در نظر داشت که تمام این مکانیسم ها تنها در صورتی کار می کنند که مقدار آب کافی در محیط وجود داشته باشد و متابولیسم مختل نشود.
بر اساس فرضیه دیگری، وابستگی گریه گیاه به شدت تنفس غیرمستقیم است. انرژی تنفس برای تامین یون‌ها به سلول‌های قشر مغز استفاده می‌شود و از آنجا به رگ‌های آوند چوبی جذب می‌شوند. در نتیجه غلظت نمک در آوندهای آوند چوبی افزایش می یابد که باعث جریان آب می شود.

حرکت آب از طریق گیاه
آب جذب شده توسط سلول های ریشه، تحت تأثیر اختلاف پتانسیل های آبی که در اثر تعرق ایجاد می شود و همچنین نیروی فشار ریشه، به سمت مسیرهای آوند چوبی حرکت می کند. طبق مفاهیم مدرن، آب در سیستم ریشه نه تنها از طریق سلول های زنده حرکت می کند. در سال 1932، فیزیولوژیست آلمانی مونک ایده وجود دو حجم نسبتاً مستقل را در سیستم ریشه ایجاد کرد که آب از طریق آنها حرکت می کند - آپوپلاس و سیمپلاست. آپوپلاست –این فضای آزاد ریشه است که شامل فضاهای بین سلولی، غشای سلولی و آوندهای آوند چوبی است. سیمپلاست –این مجموعه ای از پروتوپلاست های تمام سلول ها است که توسط یک غشای نیمه تراوا مشخص شده است. به لطف پلاسمودسماتای ​​متعددی که پروتوپلاست سلول های منفرد را به هم متصل می کند، سیمپلاست یک سیستم واحد را نشان می دهد. آپوپلاست ظاهراً پیوسته نیست، اما به دو جلد تقسیم شده است. قسمت اول آپوپلاست در قشر ریشه قبل از سلول های اندودرم قرار دارد، قسمت دوم در سمت دیگر سلول های اندودرم قرار دارد و شامل عروق آوند چوبی است. سلول‌های اندودرم، به لطف کمربندهای کاسپاری، مانعی در برابر حرکت آب از طریق فضای آزاد (فضاهای بین سلولی و غشای سلولی) هستند. آب برای ورود به آوندهای آوند چوبی باید از یک غشای نیمه تراوا و عمدتاً از طریق آپوپلاست و فقط تا حدی از سیمپلاست عبور کند. با این حال، در سلول‌های اندودرم، حرکت آب ظاهراً در امتداد سمپلاست اتفاق می‌افتد. سپس آب وارد آوندهای آوند چوبی می شود. سپس حرکت آب از طریق سیستم عروقی ریشه، ساقه و برگ صورت می گیرد.
از آوندهای ساقه، آب از طریق دمبرگ یا غلاف برگ به داخل برگ حرکت می کند. در تیغه برگ، آوندهای رسانای آب در رگبرگها قرار دارند. رگها به تدریج منشعب می شوند و کوچکتر می شوند. هر چه شبکه رگبرگ ها متراکم تر باشد، آب هنگام حرکت به سلول های مزوفیل برگ با مقاومت کمتری مواجه می شود. گاهی اوقات آنقدر شاخه های کوچک رگبرگ وجود دارد که تقریباً به هر سلولی آب می دهد. تمام آب سلول در حالت تعادل است. به عبارت دیگر، به معنای اشباع از آب، بین واکوئل، سیتوپلاسم و غشای سلولی تعادل وجود دارد، پتانسیل آب آنها برابر است. آب به دلیل شیب نیروی مکش از سلولی به سلول دیگر حرکت می کند.
تمام آب موجود در کارخانه نشان دهنده یک سیستم واحد به هم پیوسته است. از آنجایی که بین مولکول های آب وجود دارد نیروهای چسبندگی(پیوستگی)، آب تا ارتفاع قابل توجهی بیشتر از 10 متر بالا می رود، نیروی چسبندگی افزایش می یابد، زیرا مولکول های آب میل بیشتری به یکدیگر دارند. نیروهای منسجم بین آب و دیواره رگ ها نیز وجود دارد.
میزان کشش رشته های آب در ظروف به نسبت فرآیندهای جذب و تبخیر آب بستگی دارد. همه اینها به ارگانیسم گیاه اجازه می دهد تا یک سیستم آبی واحد را حفظ کند و لزوماً هر قطره آب تبخیر شده را دوباره پر نکند.
در صورتی که هوا وارد بخش های جداگانه ای از رگ ها شود، ظاهراً آنها از جریان عمومی هدایت آب خاموش می شوند. این مسیر حرکت آب از طریق گیاه است (شکل 1).

برنج. 1. مسیر آب در گیاه.

سرعت حرکت آب در گیاه در طول روز تغییر می کند. در طول روز بسیار بزرگتر است. در عین حال، انواع مختلف گیاهان در سرعت حرکت آب متفاوت هستند. تغییرات دما و معرفی مهارکننده های متابولیک بر حرکت آب تأثیر نمی گذارد. در عین حال، همانطور که انتظار می رود، این فرآیند بسیار به سرعت تعرق و قطر مخازن رسانای آب بستگی دارد. در ظروف عریض تر، آب با مقاومت کمتری مواجه می شود. با این حال، باید در نظر داشت که حباب‌های هوا ممکن است وارد رگ‌های پهن‌تر شوند یا اختلال دیگری در جریان آب ایجاد شود.

ویدئو: حرکت آب و مواد آلی در طول ساقه.

آوند چوبی گیاهان گلدار شامل دو نوع ساختار است که آب را حمل می کند، تراکئیدها و آوندها. در بخش 8.2.1 ما قبلاً در مورد چگونگی نگاه سلولهای مربوطه در یک میکروسکوپ نوری و همچنین در میکروگرافهای بدست آمده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی صحبت کرده ایم (شکل 8.11). ساختار آوند چوبی ثانویه (چوب) را در بخش در نظر خواهیم گرفت. 21.6.6.

آوند چوبی همراه با آبکش، بافت رسانای گیاهان عالی را تشکیل می دهد. این پارچه از به اصطلاح تشکیل شده است بسته های رسانا، که از ساختارهای لوله ای خاص تشکیل شده است. در شکل شکل 14.15 نشان می دهد که دسته های آوندی چگونه چیده شده اند و چگونه در ساقه اولیه گیاهان دولپه ای و تک لپه ای قرار گرفته اند.

14.19. تفاوت های ساختار ساقه اولیه در گیاهان دولپه ای و تک لپه ای را به صورت جدول خلاصه کنید.

14.20. شکل سه بعدی اجزای بافت زیر چگونه است: الف) اپیدرم. ب) آوند چوبی؛ ج) دور چرخه دو لپه ای و د) مغز؟

اینکه آب می تواند به سمت بالا آوند چوبی حرکت کند را می توان با فرو بردن انتهای پایینی ساقه بریده شده در محلول رقیق رنگی مانند ائوزین به راحتی نشان داد. رنگ از طریق آوند چوبی بالا می رود و در سراسر شبکه رگبرگ های برگ پخش می شود. اگر مقاطع نازکی برداشته شود و زیر میکروسکوپ نوری مشاهده شود، رنگ در آوند چوبی پیدا می شود.

این واقعیت که آوند چوبی آب را هدایت می کند، با آزمایش هایی با "زنگ زدن" به بهترین وجه نشان داده می شود. چنین آزمایش‌هایی مدت‌ها قبل از شروع استفاده از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو انجام شد و ردیابی مسیر یک ماده در یک موجود زنده را بسیار آسان کرد. در یکی از نسخه های آزمایش، حلقه ای از پوست با آبکش بریده می شود. اگر آزمایش خیلی طولانی نباشد، چنین "زنگ" روی افزایش آب در امتداد ساقه تأثیر نمی گذارد. با این حال، اگر یک تکه پوست را جدا کنید و آوند چوبی را بدون آسیب رساندن به قطعه پوست جدا کنید، گیاه به سرعت پژمرده می شود.

هر نظریه ای که حرکت آب را از طریق آوند چوبی توضیح دهد نمی تواند مشاهدات زیر را در نظر نگیرد:

1. آوندهای آوند چوبی لوله‌های مرده‌ای با مجرای باریک هستند که قطر آن‌ها از 01/0 میلی‌متر در چوب تابستانی تا تقریباً 2/0 میلی‌متر در چوب «بهاره» متغیر است.

2. مقادیر زیادی آب نسبتاً سریع منتقل می شود: در درختان بلند، نرخ افزایش آب تا 8 متر در ساعت ثبت شده است، در حالی که در گیاهان دیگر اغلب حدود 1 متر در ساعت است.

3. برای بالا بردن آب از طریق چنین لوله هایی به بالای درخت بلند، فشاری در حدود 4000 کیلو پاسکال لازم است. بلندترین درختان - سکویاهای غول پیکر کالیفرنیایی ( مخروطیان که فاقد رگ هستند و فقط تراشه دارند) و درختان اکالیپتوس استرالیایی - بیش از 100 متر ارتفاع دارند که به دلیل کشش سطحی بالا تحت تأثیر نیروهای مویرگی، آب از طریق لوله های مویین نازک بالا می رود. با این حال، تنها به دلیل این نیروها، حتی از طریق نازک ترین آوندهای آوند چوبی، آب از 3 متر بالاتر نمی رود.

همه این مشاهدات به طور رضایت بخشی توسط نظریه توضیح داده شده است کلاچ(انسجام)، یا نظریه تنش. بر اساس این نظریه، بالا آمدن آب از ریشه به دلیل تبخیر آب از سلول های برگ است. همانطور که قبلا در بخش گفتیم. 14.3، تبخیر منجر به کاهش پتانسیل آب سلول های مجاور آوند چوبی می شود. بنابراین آب از شیره آوند چوبی که پتانسیل آبی بالاتری دارد وارد این سلول ها می شود. با انجام این کار، همانطور که در شکل نشان داده شده است، از دیواره های سلولزی مرطوب آوندهای آوند چوبی در انتهای رگه ها عبور می کند. 14.7.

آوندهای آوندی با آب پر می شوند و با خروج آب از آوندها، کشش در ستون آب ایجاد می شود. این به لطف ساقه از برگ به ریشه منتقل می شود کلاچ(پیوستگی) مولکول های آب. این مولکول‌ها تمایل دارند به یکدیگر بچسبند زیرا قطبی هستند و توسط نیروهای الکتریکی به یکدیگر جذب می‌شوند و سپس توسط پیوندهای هیدروژنی در کنار هم نگه داشته می‌شوند (بخش 5.1.2). علاوه بر این، آنها تحت تأثیر نیروها تمایل دارند به دیواره رگ های خونی بچسبند چسبندگی. پیوستگی بالای مولکول های آب به این معنی است که نیروی کششی نسبتا زیادی برای شکستن یک ستون آب مورد نیاز است. به عبارت دیگر ستون آب استحکام کششی بالایی دارد. کشش در آوندهای آوند چوبی به چنان نیرویی می رسد که می تواند کل ستون آب را به سمت بالا بکشد و جریان توده ای ایجاد کند. در این حالت، آب از سلول های ریشه مجاور وارد پایه چنین ستونی در ریشه می شود. لازم است که دیواره آوندهای آوند چوبی نیز دارای استحکام بالایی بوده و به سمت داخل تحت فشار قرار نگیرد.

این استحکام توسط لیگنین و سلولز تامین می شود. شواهدی مبنی بر اینکه محتویات آوندهای آوند چوبی تحت تأثیر نیروی کششی زیاد است با اندازه گیری تغییرات روزانه قطر تنه درختان با استفاده از ابزاری به نام دندرومتر به دست آمد. حداقل مقادیر در طول روز، زمانی که میزان تعرق حداکثر است، ثبت شد. فشرده سازی ریز آوندهای آوندی منفرد اضافه شد و باعث کاهش کاملاً قابل اندازه گیری در قطر کل تنه شد.

برآورد استحکام کششی برای ستون شیره آوند چوبی از حدود 3000 تا 30000 کیلو پاسکال متغیر است و مقادیر کمتری اخیراً بدست آمده است. برگها دارای پتانسیل آبی در حدود -4000 کیلو پاسکال هستند و استحکام ستون شیره آوند چوبی احتمالاً برای مقاومت در برابر کشش ایجاد شده کافی است. البته ممکن است گاهی اوقات ستونی از آب بخصوص در ظروف با قطر زیاد پاره شود.

منتقدان این نظریه اشاره می کنند که هر گونه اختلال در تداوم ستون آب میوه باید بلافاصله کل جریان را متوقف کند، زیرا ظرف باید با هوا و بخار آب پر شود (این پدیده کاویتاسیون). کاویتاسیون می تواند در اثر لرزش شدید، خم شدن تنه یا کمبود آب ایجاد شود. به خوبی شناخته شده است که در طول تابستان میزان آب در تنه درخت به تدریج کاهش می یابد و چوب پر از هوا می شود. در صنعت چوب استفاده می شود زیرا چوب شناوری بهتری دارد. با این حال، پارگی ستون آب در برخی از شناورها تاثیر زیادی بر سرعت انتقال آب ندارد. این را می توان با این واقعیت توضیح داد که آب از یک رگ به رگ دیگر عبور می کند یا از پلاگین هوا عبور می کند و در امتداد سلول های پارانشیم مجاور و دیواره های آنها حرکت می کند. علاوه بر این، طبق محاسبات، برای حفظ دبی مشاهده شده، کافی است حداقل بخش کوچکی از مخازن در هر زمان معین کار کنند. در برخی از درختان و درختچه ها، آب تنها در امتداد جوانترین لایه بیرونی چوب حرکت می کند که به آن می گویند چوب صنوبر. به عنوان مثال، در بلوط و خاکستر، آب عمدتاً از طریق آوندهای سال جاری حرکت می‌کند و بقیه درختان به عنوان ذخیره آب عمل می‌کنند. در طول فصل رشد، کشتی های جدید بیشتر و بیشتری در تمام مدت اضافه می شوند، اما اکثر آنها در ابتدای فصل، زمانی که سرعت جریان بسیار بالاتر است، تشکیل می شوند.

دومین نیرویی که در حرکت آب از طریق آوند چوبی دخیل است فشار ریشه. می توان آن را در لحظه ای که تاج قطع می شود شناسایی و اندازه گیری کرد و تنه با ریشه به ترشح آب از آوندهای آوند چوبی ادامه می دهد. این فرآیند ترشح توسط سیانید و سایر مهارکننده های تنفسی سرکوب می شود و در صورت کمبود اکسیژن یا کاهش دما متوقف می شود. برای اینکه این مکانیسم کار کند، به نظر می‌رسد که ترشح فعال نمک‌ها و سایر مواد محلول در آب که پتانسیل آب را کاهش می‌دهند، در شیره آوند چوبی مورد نیاز است. سپس آب با اسمز از سلول های ریشه مجاور وارد آوند چوبی می شود.

فشار هیدرواستاتیک مثبت حدود 100-200 کیلو پاسکال (در موارد استثنایی تا 800 کیلو پاسکال) که توسط فشار ریشه ایجاد می شود، معمولاً برای اطمینان از حرکت آب به سمت آوند چوبی کافی نیست، اما سهم آن در بسیاری از گیاهان بدون شک است. با این حال، در اشکال علفی به آرامی تعرق، این فشار برای ایجاد روده کافی است. روده شدن- این حذف آب به صورت قطرات مایع روی سطح گیاه است (در حالی که در هنگام تعرق آب به صورت بخار خارج می شود). همه شرایطی که تعرق را کاهش می‌دهند، مانند نور کم، رطوبت زیاد و غیره، روده را افزایش می‌دهند. در بسیاری از گیاهان جنگل های بارانی استوایی بسیار رایج است و اغلب در نوک برگ های نهال های جوان مشاهده می شود.

14.21. خواص آوند چوبی را فهرست کنید که به واسطه آن انتقال آب و مواد محلول در آن در فواصل طولانی را تضمین می کند.

آوند چوبی گیاهان گلدارشامل دو نوع ساختار رسانای آب - تراکئیدها و عروق است. در مقاله ما قبلاً در مورد چگونگی نگاه کردن این ساختارها در یک میکروسکوپ نوری و همچنین در میکروگراف های بدست آمده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی صحبت کرده ایم. ساختار آوند چوبی ثانویه (چوب) در مقاله مورد بحث قرار گرفته است. آوند چوبی و آبکش بافت رسانای گیاهان بالاتر یا آوندی را تشکیل می دهند. این بافت از دسته های به اصطلاح آوندی تشکیل شده است که ساختار و توزیع آن در ساقه گیاهان دولپه ای با ساختار اولیه در شکل نشان داده شده است.

چی آب از طریق آوند چوبی بالا می رودرا می توان به راحتی با غوطه ور کردن انتهای شاخه بریده در محلول آبی رقیق یک رنگ مانند ائوزین نشان داد. مایع رنگی که روی ساقه پخش می‌شود، شبکه رگبرگ‌هایی را که از میان برگ‌ها عبور می‌کنند پر می‌کند. اگر سپس برش های نازک گرفته شود و زیر میکروسکوپ نوری بررسی شود، رنگ در آوند چوبی قرار دارد.

اثبات موثرتر آب از طریق آوند چوبی بالا می رودآزمایش هایی را با "زنگ زدن" انجام دهید. چنین آزمایش‌هایی مدت‌ها قبل از شروع استفاده از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو انجام شد و ردیابی مسیر مواد در یک موجود زنده را بسیار آسان کرد. در یک نسخه از آزمایش، یک حلقه باریک از پوست از یک ساقه چوبی همراه با آبکش، یعنی آبکش جدا می شود. برای مدت طولانی پس از این، شاخه های واقع در بالای حلقه برش به طور معمول به رشد خود ادامه می دهند: بنابراین، چنین زنگی بر افزایش آب در امتداد ساقه تأثیر نمی گذارد. با این حال، اگر یک تکه پوست را بلند کنید و قسمتی از چوب، یعنی آوند چوبی را از زیر آن جدا کنید، گیاه به سرعت پژمرده می شود. بنابراین، آب دقیقاً در امتداد این بافت رسانا از خاک به داخل شاخه ها حرکت می کند.

هر نظریه ای که توضیح دهد انتقال آب از طریق آوند چوبی، نمی توان مشاهدات زیر را نادیده گرفت.

1. عناصر تشریحی آوند چوبی- لوله های مرده نازک که قطر آنها از 0.01 میلی متر در چوب تابستانی تا 0.2 میلی متر در چوب "بهاره" متغیر است.
2. مقادیر زیاد آب از طریق آوند چوبی حرکت می کندبا سرعت نسبتاً زیاد: برای درختان بلند تا 8 متر در ساعت و برای سایر گیاهان حدود 1 متر در ساعت است.
3. برای بالا بردن آب از طریق چنین لوله هایی به بالای درختی بلندفشار حدود 4000 کیلو پاسکال مورد نیاز است. بلندترین درختان - درختان سرخ در کالیفرنیا و اکالیپتوس در استرالیا - به ارتفاع بیش از 100 متر می رسند. حتی از طریق نازک ترین آوندهای آوند چوبی، آب از 3 متر بالاتر نمی رود.

یک توضیح رضایت بخش برای این نظریه پیوند حقایق را ارائه می دهد(انسجام)، یا نظریه تنش. بر اساس این نظریه، بالا آمدن آب از ریشه به دلیل تبخیر آن توسط سلول های برگ است. همانطور که قبلاً در مقاله گفتیم، تبخیر پتانسیل آبی سلول های مزوفیل مجاور آوند چوبی را کاهش می دهد و آب از شیره آوند چوبی که پتانسیل آب آن بیشتر است وارد این سلول ها می شود. با انجام این کار، همانطور که در شکل نشان داده شده است، از دیواره های سلولی مرطوب در انتهای رگ ها عبور می کند.

آوندهای چوبیستون ممتد آب را پر می کند. با خروج آب از رگ ها، کشش در این ستون ایجاد می شود. به دلیل چسبندگی (پیوستگی) مولکول های آب از ساقه به ریشه منتقل می شود. این مولکول ها تمایل دارند به یکدیگر «چسبند» زیرا قطبی هستند و توسط نیروهای الکتریکی به یکدیگر جذب می شوند و سپس توسط پیوندهای هیدروژنی در کنار هم نگه داشته می شوند. علاوه بر این، آنها به دیواره آوندهای آوندی جذب می شوند، یعنی به آنها می چسبند. انسجام قوی مولکول های آب به این معنی است که ستون آن به سختی شکسته می شود - استحکام کششی بالایی دارد. تنش کششی در سلول‌های آوند چوبی نیرویی ایجاد می‌کند که می‌تواند کل ستون آب را از طریق مکانیزم جریان حجمی به سمت بالا حرکت دهد. از پایین، آب از سلول های ریشه مجاور وارد آوند چوبی می شود. بسیار مهم است که دیواره‌های آوند چوبی سفت و محکم باشند و وقتی فشار داخل پایین می‌آید، فرو نریزند، همانطور که وقتی یک کوکتل را از یک نی نرم می‌مکید، اتفاق می‌افتد. سفتی دیوارها توسط لیگنین تامین می شود. شواهدی مبنی بر اینکه سیال درون آوندهای آوند چوبی به شدت تحت فشار (کشش) است، با نوسانات روزانه قطر تنه درختان، که توسط ابزاری به نام دندروگراف اندازه گیری می شود، ارائه می شود.

حداقل قطر در روزی که میزان تعرق بالاتر است مشخص می شود. پست تنش آب در آوند چوبیدیواره های خود را کمی به داخل می کشد (به دلیل چسبندگی)، و ترکیبی از این فشرده سازی های میکروسکوپی باعث ایجاد "انقباض" کلی بشکه می شود که توسط دستگاه ثبت شده است.

برآورد قدرت برای پارگی ستون شیره آوند چوبیاز 3000 تا 3000 کیلو پاسکال متغیر بود که مقادیر کمتری بعداً بدست آمد. برگها دارای پتانسیل آبی در حدود -4000 کیلو پاسکال هستند و استحکام ستون شیره آوند چوبی احتمالاً برای مقاومت در برابر کشش ایجاد شده کافی است. البته ممکن است گاهی اوقات ستونی از آب بخصوص در ظروف با قطر زیاد پاره شود.

منتقدان نظریه ارائه شدهتاکید کنید که هرگونه نقض تداوم ستون آب باید بلافاصله کل جریان را متوقف کند، زیرا ظرف با هوا و بخار پر می شود (پدیده کاویتاسیون). کاویتاسیون می تواند در اثر لرزش شدید، خم شدن تنه و کمبود آب ایجاد شود. به خوبی شناخته شده است که در طول تابستان میزان آب در تنه درخت به تدریج کاهش می یابد و چوب پر از هوا می شود. چوبگیرها از این مزیت استفاده می کنند زیرا چنین درختانی راحت تر شناور می شوند. با این حال، پارگی ستون آب در برخی از رگ ها تأثیر کمی بر سرعت کلی جریان حجمی دارد. شاید واقعیت این باشد که آب به رگ های موازی جریان می یابد یا از شاخه هوا عبور می کند و در امتداد سلول های پارانشیم همسایه و در امتداد دیواره ها حرکت می کند. علاوه بر این، طبق محاسبات، برای حفظ دبی مشاهده شده، کافی است که حداقل نسبت کمی از عناصر آوند چوبی در هر زمان معین عمل کنند. در برخی از درختان و درختچه‌ها، آب فقط از طریق چوب بیرونی جوان‌تر به نام چوب صنوبر حرکت می‌کند. به عنوان مثال، در بلوط و خاکستر، عملکرد رسانا عمدتاً توسط آوندهای سال جاری انجام می شود و بقیه چوب صنوبر نقش ذخیره آب را ایفا می کند. آوندهای آوند چوبی جدید در طول فصل رشد تشکیل می شوند، اما عمدتاً در آغاز، زمانی که سرعت جریان آب حداکثر است.

نیروی دوم اطمینان از حرکت آب از طریق آوند چوبی، - فشار ریشه. می توان آن را در لحظه ای که تاج قطع می شود شناسایی و اندازه گیری کرد و تنه با ریشه برای مدتی به ترشح آب از آوندهای آوند چوبی ادامه می دهد. این فرآیند توسط مهارکننده های تنفسی مانند سیانید سرکوب می شود و در صورت کمبود اکسیژن و کاهش دما متوقف می شود. عملکرد این مکانیسم ظاهراً به دلیل ترشح فعال نمک ها و سایر مواد محلول در آب در شیره آوند چوبی است. در نتیجه پتانسیل آب آن کاهش می یابد و آب از سلول های ریشه مجاور با اسمز وارد آوند چوبی می شود.

این مکانیسم فشار هیدرواستاتیکی در حد 100-200 کیلو پاسکال (در موارد استثنایی 800 کیلو پاسکال) ایجاد می کند. یکی برای او آب از طریق آوند چوبی بالا می رودمعمولاً کافی نیست، اما در بسیاری از گیاهان بدون شک به حفظ جریان آوند چوبی کمک می کند. در اشکال علفی به آرامی تعرق، این فشار برای ایجاد جهش در آنها کاملاً کافی است. این نامی است که به انتشار آب روی سطح یک گیاه 1 به شکل قطرات مایع به جای بخار داده می شود. همه شرایطی که تعرق را مهار می کنند، مانند نور کم و رطوبت زیاد، باعث افزایش روده می شوند. در بسیاری از گونه های جنگل های بارانی استوایی رایج است و اغلب در نوک برگ نهال های چمن مشاهده می شود.

درختان قرمز یافت شده در کالیفرنیا از بلندترین درختان جهان هستند. ارتفاع آنها به 110 متر می رسد. برخی از درختان 2000-3000 ساله هستند! به سختی می توان این تصور غیر قابل حذف را که پیاده روی در میان این غول ها به جا می گذارد، منتقل کرد. حقیقت خلقت در اینجا با قدرت آشکار می شود. سلول های یک درخت برای تشکیل ریشه، تنه، پوست، ستون های آب، شاخه ها و برگ ها سازماندهی شده اند. این درخت شبیه یک کارخانه عظیم شیمیایی است. فرآیندهای شیمیایی بسیار پیچیده در اینجا به ترتیب بی عیب و نقص انجام می شود.

نکته شگفت انگیز این است که این درخت بزرگ رشد می کند از یک دانه کوچک به وزن 58 گرم. فقط فکر کنید: تمام اطلاعات در مورد توسعه و سازماندهی این غول ها در DNA آنها، در یک دانه کوچک و گرد جاسازی شده است. دانه تمام «دستورالعمل‌های» موجود در DNA خود را انجام می‌دهد و به ساختاری غول‌پیکر تبدیل می‌شود که از نظر ظاهر و اندازه غیرقابل مقایسه است. شگفت انگیز است، اینطور نیست؟

سکویا غول پیکر "ژنرال شرمن". ارتفاع آن 83.8 متر و محیط تنه آن در پایه 34.9 متر است. این درخت بزرگترین موجود زنده روی زمین محسوب می شود. وزن آن به همراه سیستم ریشه 2500 تن است و حجم درخت 17000 متر مکعب است که 10 برابر حجم نهنگ آبی است.

کتاب مقدس می گوید: «خداوند در قدرتش بلند مرتبه است و معلمی مانند او کیست؟ به یاد داشته باشید که کارهای او را که مردم می بینند تمجید کنید. همه مردم می توانند آنها را ببینند. یک نفر می تواند آنها را از دور ببیند". (ایوب 36:22-25) در واقع، همه مردم می توانند کارهای او را ببینند.

بالا بردن آب به ارتفاع یک ساختمان 30 طبقه

از طریق برگ های تو سکویاروزانه تا 600 لیتر آب آزاد می کند، بنابراین دائماً آب را از ریشه به شاخه ها می برد و بر نیروی جاذبه غلبه می کند. درختی که پمپ های مکانیکی ندارد چگونه این کار را انجام می دهد؟ 100 متر ارتفاع واقعاً چشمگیری است که با دو ساختمان 14 طبقه قابل مقایسه است.معلوم می شود که در داخل تنه چوب های قرمزیک سیستم ویژه از لوله های باریک به هم پیوسته به نام آوند چوبی وجود دارد. این بافت پیچیده داخلی درخت برای هدایت آب از ریشه به برگ ها عمل می کند. لوله های آوند چوبی سلول هایی را تشکیل می دهند که یکی بالای دیگری قرار دارند. آنها با هم یک ستون فوق العاده طولانی را تشکیل می دهند که از ریشه ها از طریق تنه تا برگ ها امتداد می یابد. برای "پمپ زدن" آب، سکویاباید یک ستون پیوسته از آب در این لوله تشکیل دهد.

این درخت در طول زندگی خود آب را حفظ می کند.به یاد داشته باشید که چگونه باد شدید درخت و شاخه ها را خم می کند. با این حال، با توجه به این واقعیت که لوله رسانا از میلیون ها بخش کوچک به هم پیوسته تشکیل شده است، جریان آب به طور مداوم مهار می شود. یک لوله جامد نمی تواند این کار را انجام دهد. از آنجایی که آب به طور معمول به سمت بالا جریان نمی یابد، چگونه یک درخت می تواند آن را تا این حد بالا پمپاژ کند؟ ریشه ها آب را به سمت بالا می کشند و عمل مویینگی (توانایی آب برای بالا آمدن اندکی در امتداد دیواره های لوله) باعث افزایش فشار می شود. با این حال، این نیرو تضمین می کند که سکویا فقط 2-3 متر آب را بالا می برد. نیروی محرکه اصلی تبخیر و جذب بین مولکول های آب است. مولکول ها دارای ذرات باردار مثبت و منفی هستند که به دلیل آن با نیروی بسیار زیادی به یکدیگر می چسبند که طبق اندازه گیری های تجربی 25-30 اتمسفر است (1 اتمسفر برابر با فشار معمولی جو در سطح دریا است).

سیستم توزیع در مقطع نشان داده شده است. لوله های انتقال از سلول ها تشکیل شده اند و برای انتقال مواد: آب و مواد معدنی به برگ ها از طریق کانال های مختلف طراحی شده اند. یکی از ویژگی های مهم این سیستم در گیاهان، تجدید مداوم لوله های آوند آوند و آبکش است.

این برای عبور از یک زیردریایی جنگ جهانی دوم که در عمق 350 متری زیر آب شناور است کافی است. سکویابه راحتی فشار 14 اتمسفر را در بالای ستون آب حفظ می کند. تبخیر آب از برگ ها نیروی مکش ایجاد می کند. یک مولکول آب از برگ تبخیر می شود و به لطف نیروی جاذبه مولکولی، مولکول های دیگر را با خود به اطراف خود می کشد. این یک مکش جزئی در ستون آب ایجاد می کند و آب را از سلول های برگ مجاور می گیرد. این مولکول ها به نوبه خود مولکول های اطراف خود را جذب می کنند. زنجیره حرکت تا زمین ادامه می‌یابد و آب را از ریشه به بالای درخت می‌برد، درست همانطور که یک پمپ آب را از یک لوله ایستاده به سطح می‌برد.

ما این را درک می کنیم درختاین خود نمی‌توانست چنین سیستم پیچیده‌ای را ایجاد کند، زیرا یاد گرفته بود از فیزیک آب و انرژی خورشید آنقدر هوشمندانه استفاده کند. ما همه جلال را به خدای خالق آسمان و زمین می دهیم. درختان غول پیکر گواهی می دهند که کتاب پیدایش تاریخی است، که منشأ واقعی آنها را برای ما آشکار می کند: «و خدا گفت: بگذار زمین علف سبز، علف دانه‌آور، درختان پربار تولید کند که برحسب نوع خود میوه دهد، که دانه‌های آن بر روی زمین است. و اینطور شد". (پیدایش 1:11-12)

همچنین بخوانید

عکس فوق العاده از چمن کانادایی!2 سال پیش - 16 دقیقه بخوانید فسیل‌های زنده ایجاد را تأیید می‌کنندیک سال پیش - 27 دقیقه بخوانید چگونه برگها در طول فتوسنتز از ذوب شدن جلوگیری می کنند؟نیم سال پیش - 5 دقیقه بخوانید اسب دریایی یک سال پیش - 15 دقیقه بخوانید فسیل های زنده: کرینوئیدها در 150 میلیون سال تغییر نکرده اندیک سال پیش - 3 دقیقه بخوانید

یک گیاه عالی به اندام هایی تقسیم می شود که عملکردهای مختلفی را انجام می دهند، اما دارای خواص مشترک بسیاری هستند، از جمله نیاز به مواد مغذی، مواد و آب برای انجام فرآیندهای فیزیولوژیکی. از آنجایی که آب توسط همه اندام ها، بلکه عمدتاً توسط سیستم ریشه جذب می شود، نیاز به حرکت آن در سراسر گیاه وجود دارد. این فرآیند جریان به اصطلاح صعودی را تشکیل می دهد. لازم به ذکر است که این نام نشان دهنده جهت نیست، بلکه ماهیت حرکت و محلی سازی آن در گیاه است. عمدتاً از بافت‌های مرده ساقه یا دمبرگ - عروق یا نای در آنژیوسپرم‌ها و نای در ژیمنوسپرم‌ها عبور می‌کند. با این حال، این محلی سازی مطلق نیست: آب همچنین می تواند از طریق سایر عناصر تشریحی، به عنوان مثال، از طریق سیستم آبکش حرکت کند.

آب با مواد معدنی و مواد حل شده در آن از طریق آوندهای چوب بالا می رود.

اگر کل طول مسیر جریان صعودی را در نظر بگیریم، می توان آن را به دو بخش با طول نابرابر تقسیم کرد.

1. عناصر بافت شناسی مرده در وسط مسیر هدایت عروق یا تراکئید. طول این بخش قابل توجه است، اما آب نسبتاً به راحتی از آن عبور می کند، زیرا به طور غیرفعال در امتداد عناصر مرده حرکت می کند بدون اینکه مقاومت قابل توجهی از آنها داشته باشد.

2. سلول های زنده ریشه و برگ که در ابتدا و انتهای مسیر حرکت قرار دارند. این مسیر از نظر مکانی کوتاه است، اما به سختی بر آن غلبه می شود، زیرا غشای سلولی مانع حرکت آب می شود.

حرکت آب در یک جریان رو به بالا در زندگی گیاه مهم است. این جریان تمام اندام ها و بافت ها را با آب تامین می کند و آنها را به حالت تورگور می رساند. جریان رو به بالا آب، یون های معدنی جذب شده توسط ریشه را جذب می کند، آنها را منتقل می کند و در نتیجه توزیع (اما نه جذب!) در گیاه را تسهیل می کند.

برای اینکه آب در گیاه حرکت کند (و نه فقط حرکت کند، بلکه بالا رود) مقدار معینی انرژی مورد نیاز است که نقاط اعمال آن در انتهای جریان قرار دارند و در نتیجه به آنها گفته می شود. موتورهای انتهایی

موتور انتهای پایین یا فشار ریشه. نقش آن عمدتاً در هنگام جذب فعال - تزریق آب آشکار می شود. با مشارکت پروتئین‌های انقباضی، نه تنها آب را به سیستم ریشه می‌رساند، بلکه آن را بیشتر به داخل عروق ریشه و ساقه بالا می‌برد. تزریق آب

یک فرآیند فعال وابسته به انرژی که بیشتر در قشر ریشه آشکار می شود. نیروی ایجاد شده توسط موتور انتهایی کوچک است (حدود 0.15 مگاپاسکال) می تواند بالا بردن آب را تا ارتفاع بیش از یک متر تضمین کند، یعنی برای گیاهان علفی و درختچه های کوچک کافی است.

سیمپلاست سیستمی از پروتوپلاست های گیاهی به هم پیوسته است. پروتوپلاست های سلول های همسایه توسط پلاسمودسمات - طناب های سیتوپلاسمی که از منافذ دیواره های سلولی عبور می کنند به یکدیگر متصل می شوند. آب با هر ماده ای که در آن حل شده است، با ورود به پروتوپلاست یک سلول، می تواند بدون عبور از هیچ غشایی در امتداد سیمپلاست حرکت کند. این حرکت گاهی اوقات توسط جریان منظم سیتوپلاسم تسهیل می شود.

آپوپلاست سیستمی از دیواره های سلولی به هم پیوسته است که شبکه ای پیوسته را در سرتاسر گیاه تشکیل می دهد. تا 50٪ از چنین قاب سلولزی نوعی "فضای آزاد" است که می تواند توسط آب اشغال شود. هنگامی که از سطح سلول های مزوفیل به فضاهای بین سلولی تبخیر می شود، در لایه آپوپلاستیک ممتد آب، کشش ایجاد می شود و کل آن، طبق مکانیسم جریان حجمی، به دلیل انسجام به محل کاهش کشیده می شود. ("چسبندگی") مولکول های آب. آب از آوند چوبی وارد آپوپلاست می شود.

موتور انتهای بالایی یا نیروی مکش تعرق. با تبخیر مداوم آب در برگ‌های گیاهان، نیروی مکش (1 تا 1.5 مگاپاسکال) شکسته می‌شود و آب را از نزدیک‌ترین سلول‌ها می‌مکد و به سلول‌های بعدی که آب از طریق آنها حرکت می‌کند، تا آوندها منتقل می‌شود. سیتوپلاسم در عروق وجود ندارد، بنابراین فشار اسمزی وجود ندارد و جذب مایع با مشارکت کل مقدار نیروی مکش اتفاق می افتد. این به شما امکان می دهد آب را چندین متر بالا ببرید و مانند یک پمپ هیدرولیک عمل کند. این نیرو برای تامین آب بوته ها و درختان نسبتا کوچک کافی است.

بالا آمدن آب از تنه درخت

موتورهای انتهایی می توانند آب را تا ارتفاع 10 متر بالا ببرند، اما بسیاری از گیاهان چوبی تنه بسیار طولانی تری دارند و هر دو موتور انتهایی نمی توانند آب را بالا ببرند. در چنین گیاهانی، نیروهای چسبندگی بین مولکول های آب به کمک می آیند، که بسیار بزرگ هستند و می توانند به 30 تا 35 مگاپاسکال برسند. این نیرو برای بالا بردن آب 1 تا 2 کیلومتر کافی است که به طور قابل توجهی از ارتفاع هر درختی بالاتر است.

نیروهای چسبنده مولکول های آب فقط تحت شرایط خاصی عمل می کنند: جریان های آب در رگ ها باید به طور مداوم و بدون حباب هوا جریان داشته باشند. اگر هوا وارد آنها شود که در صورت آسیب دیدگی یا بریدگی امکان پذیر است، حرکت آب قطع می شود. این امر پژمرده شدن شاخه های گیاهان چوبی با برگ و گل (به عنوان مثال، یاس بنفش) را توضیح می دهد، زمانی که آنها بلافاصله پس از برش در آب قرار نمی گیرند، اما پس از مدتی.