Suv oqimining asosiy dvigatellari
Suvning ildiz tizimi tomonidan so'rilishi suv oqimining ikkita so'nggi dvigatelining ishlashi tufayli sodir bo'ladi: yuqori so'nggi dvigatel yoki bug'lanishning assimilyatsiya kuchi (transpiratsiya) va pastki uchi dvigatel yoki ildiz motori. O'simlikdagi suv oqimi va harakatini keltirib chiqaradigan asosiy kuch transpiratsiyaning so'rish kuchi bo'lib, bu suv potentsialining gradientiga olib keladi. Suv potentsiali suvning harakat qilish uchun sarflagan energiya o'lchovidir. Suv potentsiali va assimilyatsiya kuchi mutlaq qiymatda teng, ammo ishorasi bo'yicha qarama-qarshidir. Berilgan tizimning suv bilan to'yinganligi qanchalik kam bo'lsa, uning suv salohiyati shunchalik kam (salbiy). Transpiratsiya jarayonida o'simlik suvni yo'qotsa, barg hujayralari suv bilan to'yinmagan bo'lib qoladi va buning natijasida so'rish kuchi paydo bo'ladi (suv potensiali pasayadi). suv oqimi katta assimilyatsiya kuchi yoki kamroq suv salohiyati yo'nalishi bo'yicha ketadi.
Shunday qilib, o'simlikdagi suv oqimining yuqori so'nggi dvigateli barglar transpiratsiyasining assimilyatsiya qilish kuchi bo'lib, uning ishi ildiz tizimining hayotiy faoliyati bilan unchalik bog'liq emas. Haqiqatan ham, tajribalar shuni ko'rsatdiki, suv o'lik ildiz tizimi orqali asirlarga kirishi mumkin va bu holda suvning emishi hatto tezlashadi.
Suv oqimining yuqori uchi dvigateliga qo'shimcha ravishda, o'simliklarda pastki uchi dvigatel mavjud. Bu kabi hodisalar misolida yaxshi isbotlangan Gutatsiya.
Hujayralari suv bilan to'yingan o'simliklarning barglari bug'lanishiga to'sqinlik qiladigan yuqori havo namligi sharoitida oz miqdorda erigan moddalar - gutatsiya bilan tomchi-suyuq suv chiqaradi. Suyuqlik maxsus suv stomatalari - hidratatorlar orqali chiqariladi. Chiqarilgan suyuqlik guttadir. Shunday qilib, gutatsiya jarayoni transpiratsiya bo'lmaganda sodir bo'ladigan bir tomonlama suv oqimining natijasidir va shuning uchun boshqa sabablarga ko'ra yuzaga keladi.
Xuddi shu xulosaga hodisani ko'rib chiqishda erishish mumkin yig'lamoq o'simliklar. Agar siz o'simlikning kurtaklarini kesib, kesilgan uchiga shisha naychani biriktirsangiz, u orqali suyuqlik ko'tariladi. Tahlil shuni ko'rsatadiki, bu erigan moddalar bilan suv - sharbat. Ba'zi hollarda, ayniqsa bahorda, o'simlik shoxlari kesilganda yig'lash ham kuzatiladi. Aniqlashlar shuni ko'rsatdiki, chiqarilgan suyuqlik (sap) hajmi ildiz tizimining hajmidan ko'p marta kattaroqdir. Shunday qilib, yig'lash shunchaki kesish natijasida suyuqlikning oqishi emas. Yuqorida aytilganlarning barchasi, gutatsiya kabi yig'lash, transpiratsiyadan mustaqil ravishda ildiz tizimlari orqali bir tomonlama suv oqimining mavjudligi bilan bog'liq degan xulosaga keladi. Transpiratsiya jarayoniga bog'liq bo'lmagan holda, erigan moddalar bo'lgan idishlar orqali bir tomonlama suv oqimini keltirib chiqaradigan kuch ildiz bosimi deb ataladi. Ildiz bosimining mavjudligi suv oqimining pastki uchi dvigateli haqida gapirishga imkon beradi. Ildiz bosimini o'simlikning er usti qismlarini kesib tashlaganidan keyin qolgan uchiga bosim o'lchagichni biriktirish yoki ildiz tizimini turli konsentratsiyali eritmalar seriyasiga joylashtirish va yig'lashni to'xtatuvchini tanlash orqali o'lchash mumkin. Ma'lum bo'lishicha, ildiz bosimi taxminan 0,1 - 0,15 MPa (D.A. Sabinin). Sovet tadqiqotchilari L.V.Mozhaeva va V.N.Jolkevich tomonidan o'tkazilgan aniqlashlar, yig'lashni to'xtatuvchi tashqi eritmaning konsentratsiyasi pasokning kontsentratsiyasidan sezilarli darajada yuqori ekanligini ko'rsatdi. Bu bizga yig'lash kontsentratsiya gradientiga qarshi turishi mumkin degan fikrni bildirishga imkon berdi. Bundan tashqari, yig'lash faqat hujayraning barcha hayotiy jarayonlari an'anaviy tarzda sodir bo'lgan sharoitlarda sodir bo'lishi ko'rsatilgan. Faqat ildiz hujayralarini o'ldirish emas, balki ularning hayotiy faoliyati intensivligining pasayishi, birinchi navbatda nafas olish intensivligi yig'lashni to'xtatadi. Kislorod yo'q bo'lganda, nafas olish zaharlari ta'sirida va harorat pasayganda, yig'lash to'xtaydi. Yuqoridagilarning barchasi D.A Sabininga quyidagi ta'rifni berishga imkon berdi. yig'layotgan o'simliklar- Bu assimilyatsiyalarning aerobik qayta ishlanishiga qarab, suv va ozuqa moddalarining umr bo'yi bir tomonlama oqimi. D.A. Sabinin ildizdagi bir tomonlama suv oqimining mexanizmini tushuntiruvchi sxemani taklif qildi. Ushbu gipotezaga ko'ra, ildiz hujayralari ma'lum bir yo'nalishda qutblangan. Bu bir xil hujayraning turli bo'linmalarida metabolik jarayonlar har xil bo'lishida namoyon bo'ladi. Hujayraning bir qismida, xususan, kraxmalning shakarga bo'linish jarayonlari kuchayadi, buning natijasida hujayra shirasining konsentratsiyasi oshadi. Hujayraning qarama-qarshi uchida sintez jarayonlari ustunlik qiladi, buning natijasida hujayraning bu qismida erigan moddalar kontsentratsiyasi kamayadi. Shuni hisobga olish kerakki, bu mexanizmlarning barchasi faqat atrof-muhitda etarli miqdorda suv bo'lsa va metabolizm buzilmasa ishlaydi.
Boshqa bir farazga ko'ra, o'simlik yig'lashning nafas olish intensivligiga bog'liqligi bilvosita. Nafas olish energiyasi korteks hujayralarini ionlar bilan ta'minlash uchun ishlatiladi, ular u erdan ksilem tomirlariga desorbsiyalanadi. Natijada, ksilema tomirlarida tuzlarning kontsentratsiyasi oshadi, bu esa suv oqimini keltirib chiqaradi.
Suvning o'simlik bo'ylab harakatlanishi
Ildiz hujayralari tomonidan so'rilgan suv, transpiratsiya natijasida paydo bo'ladigan suv potentsiallari farqi, shuningdek, ildiz bosimining kuchi ta'sirida ksilema yo'llariga o'tadi. Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, ildiz tizimidagi suv nafaqat tirik hujayralar orqali harakat qiladi. 1932 yilda nemis fiziologi Munk ildiz tizimida suv harakatlanadigan ikkita nisbatan mustaqil hajm - apoplast va simplast mavjudligi haqidagi g'oyani ishlab chiqdi. Apoplast - Bu hujayralararo bo'shliqlar, hujayra membranalari va ksilema tomirlarini o'z ichiga olgan ildizning bo'sh joyidir. Oddiy - Bu yarim o'tkazuvchan membrana bilan chegaralangan barcha hujayralarning protoplastlari to'plami. Ayrim hujayralar protoplastini bog'laydigan ko'p sonli plazmodesma tufayli simplast yagona tizimni ifodalaydi. Apoplast aftidan uzluksiz emas, lekin ikki jildga bo'lingan. Apoplastning birinchi qismi ildiz po‘stlog‘ida endodermal hujayralardan oldin, ikkinchisi endodermal hujayralarning narigi tomonida joylashgan bo‘lib, ksilema tomirlarini o‘z ichiga oladi. Endoderma hujayralari, Kasparian kamarlari tufayli, suvning bo'sh bo'shliq (hujayralararo bo'shliqlar va hujayra membranalari) orqali harakatlanishi uchun to'siqdir. Ksilem tomirlariga kirish uchun suv yarim o'tkazuvchan membranadan va asosan apoplast orqali va faqat qisman simplast orqali o'tishi kerak. Biroq, endodermal hujayralarda suvning harakati simplast bo'ylab sodir bo'ladi. Keyinchalik, suv ksilema tomirlariga kiradi. Keyin suvning harakati ildiz, poya va bargning qon tomir tizimi orqali sodir bo'ladi.
Poya tomirlaridan suv petiole yoki barg qobig'i orqali bargga o'tadi. Barg plastinkasida suv o'tkazuvchi tomirlar tomirlarda joylashgan. Tomirlar asta-sekin shoxlanadi va kichikroq bo'ladi. Tomirlar tarmog'i qanchalik zich bo'lsa, bargning mezofil hujayralariga o'tishda suv kamroq qarshilik ko'rsatadi. Ba'zan barg tomirlarining juda ko'p kichik shoxlari borki, ular deyarli har bir hujayrani suv bilan ta'minlaydi. Hujayradagi barcha suv muvozanat holatidadir. Boshqacha aytganda, suv bilan to'yinganlik ma'nosida vakuola, sitoplazma va hujayra membranasi o'rtasida muvozanat mavjud, ularning suv potensiallari tengdir. Suv assimilyatsiya kuchining gradienti tufayli hujayradan hujayraga o'tadi.
Zavoddagi barcha suvlar bir-biriga bog'langan yagona tizimni ifodalaydi. Chunki suv molekulalari orasida mavjud yopishish kuchlari(birikish), suv 10 m dan sezilarli darajada yuqori balandlikka ko'tariladi, chunki suv molekulalari bir-biriga ko'proq yaqinlik qiladi. Suv va tomirlar devorlari o'rtasida ham birlashtiruvchi kuchlar mavjud.
Idishlardagi suv iplarining kuchlanish darajasi suvning singishi va bug'lanishi jarayonlarining nisbatiga bog'liq. Bularning barchasi o'simlik organizmiga yagona suv tizimini saqlab turishga imkon beradi va bug'langan suvning har bir tomchisini to'ldirish shart emas.
Havo tomirlarning alohida segmentlariga kirsa, ular suv o'tkazuvchanligining umumiy oqimidan o'chiriladi. Bu o'simlik orqali suv harakatining yo'lidir (1-rasm).
Guruch. 1. O'simlikdagi suv yo'li.
Suvning o'simlik bo'ylab harakatlanish tezligi kun davomida o'zgaradi. Kunduzi u ancha katta bo'ladi. Shu bilan birga, har xil turdagi o'simliklar suv harakati tezligida farqlanadi. Haroratning o'zgarishi va metabolik inhibitorlarning kiritilishi suvning harakatiga ta'sir qilmaydi. Shu bilan birga, bu jarayon, kutilganidek, ko'p narsa transpiratsiya tezligiga va suv o'tkazuvchi tomirlarning diametriga bog'liq. Kengroq idishlarda suv kamroq qarshilikka duch keladi. Shu bilan birga, havo pufakchalari kengroq tomirlarga tushishi yoki suv oqimining boshqa buzilishi bo'lishi mumkinligini hisobga olish kerak.
Video: suv va organik moddalarning poya bo'ylab harakatlanishi.
Gulli o'simliklarning ksilemasi suv, traxeidlar va tomirlarni tashuvchi ikki turdagi tuzilmalardan iborat. Sektda. 8.2.1 Biz allaqachon mos keladigan hujayralar yorug'lik mikroskopida, shuningdek skanerlash elektron mikroskop yordamida olingan mikrograflarda qanday ko'rinishi haqida gapirgan edik (8.11-rasm). Ikkilamchi ksilemaning (yog'och) tuzilishini bo'limda ko'rib chiqamiz. 21.6.6.
Ksilem floema bilan birgalikda yuqori o'simliklarning o'tkazuvchan to'qimasini hosil qiladi. Bu mato deb atalmish iborat o'tkazuvchan to'plamlar, ular maxsus quvurli tuzilmalardan iborat. Shaklda. 14.15-rasmda tomirlar to’plamlari qanday joylashishi va ular ikki pallali va bir pallali o’simliklarning birlamchi poyasida joylashishi ko’rsatilgan.
14.19. Ikki pallali va bir pallali o‘simliklardagi birlamchi poya tuzilishidagi farqlarni jadval shaklida umumlashtiring.
14.20. Quyidagi to'qima komponentlarining uch o'lchamli shakli qanday: a) epidermis; b) ksilema; v) ikki pallali peritsikl va d) chuqurchalar?
Suvning ksilema bo'ylab yuqoriga ko'tarilishini kesilgan poyaning pastki uchini eozin kabi bo'yoqning suyultirilgan eritmasiga botirish orqali osongina ko'rsatish mumkin. Bo'yoq ksilema orqali ko'tariladi va barg tomirlari tarmog'i bo'ylab tarqaladi. Agar ingichka bo'laklar olinsa va yorug'lik mikroskopi ostida ko'rilsa, bo'yoq ksilemada topiladi.
Ksilemning suv o'tkazuvchanligi "qo'ng'iroq" bilan tajribalar orqali yaxshi namoyon bo'ladi. Bunday tajribalar radioaktiv izotoplar qo'llanila boshlanganidan ancha oldin amalga oshirilgan bo'lib, tirik organizmdagi moddaning yo'lini kuzatish juda oson edi. Tajribaning bir variantida floema bilan po'stloq halqasi kesilgan. Agar tajriba juda uzoq bo'lmasa, bunday "qo'ng'iroq" poya bo'ylab suvning ko'tarilishiga ta'sir qilmaydi. Biroq, agar siz po'stlog'ining bir bo'lagini tozalab, po'stlog'iga zarar bermasdan ksilemani kesib tashlasangiz, o'simlik tezda quriydi.
Suvning ksilema orqali harakatini tushuntiruvchi har qanday nazariya quyidagi kuzatuvlarni hisobga olmaydi:
1. Xylem idishlari tor lümenli o'lik quvurlar bo'lib, ularning diametri "yozgi" yog'ochda 0,01 mm dan "bahor" yog'ochida taxminan 0,2 mm gacha o'zgarib turadi.
2. Katta miqdordagi suv nisbatan tez tashiladi: baland daraxtlarda suvning 8 m / soatgacha ko'tarilish tezligi qayd etilgan, boshqa o'simliklarda esa ko'pincha 1 m / soat atrofida.
3. Bunday quvurlar orqali suvni baland daraxtning tepasiga ko'tarish uchun taxminan 4000 kPa bosim talab qilinadi. Eng baland daraxtlar - Kaliforniya gigant sekvoyalari (tomirlari yo'q va faqat traxeidlar) va Avstraliya evkaliptlari - 100 m dan ortiq suv kapillyar kuchlar ta'sirida yuqori sirt tarangligi tufayli yupqa kapillyar naychalar orqali ko'tariladi; ammo, faqat shu kuchlar tufayli, hatto eng nozik ksilema tomirlari orqali ham suv 3 m dan yuqoriga ko'tarilmaydi.
Bu kuzatishlarning barchasi nazariya tomonidan qoniqarli tarzda tushuntirilgan debriyaj(uyushish) yoki nazariya kuchlanish. Bu nazariyaga ko'ra, suvning ildizdan ko'tarilishi barg hujayralaridan suvning bug'lanishi bilan bog'liq. Biz allaqachon bo'limda aytganimizdek. 14.3, bug'lanish ksilemaga ulashgan hujayralarning suv potentsialini pasayishiga olib keladi. Shuning uchun suv bu hujayralarga yuqori suv salohiyatiga ega bo'lgan ksilem sharbatidan kiradi; bunda u venalar uchidagi ksilema tomirlarining nam tsellyuloza xujayra devorlari orqali rasmda ko'rsatilganidek o'tadi. 14.7.
Ksilem tomirlari suv bilan to'ldiriladi va suv tomirlarni tark etganda, suv ustunida kuchlanish paydo bo'ladi. U tufayli bargdan ildizgacha poyadan pastga uzatiladi debriyaj suv molekulalarining (birikishi). Bu molekulalar bir-biriga "yopishishga" moyil bo'ladi, chunki ular qutbli bo'lib, bir-biriga elektr kuchlari bilan tortiladi va keyin vodorod bog'lari bilan tutiladi (5.1.2-bo'lim). Bundan tashqari, ular kuchlar ta'sirida qon tomirlarining devorlariga yopishib qolishga moyildirlar yopishqoqlik. Suv molekulalarining yuqori birlashishi suv ustunini sindirish uchun nisbatan katta kuchlanish kuchini talab qiladi; boshqacha aytganda, suv ustuni yuqori kuchlanish kuchiga ega. Ksilem tomirlaridagi kuchlanish shu qadar kuchga etadiki, u butun suv ustunini yuqoriga tortib, massa oqimini hosil qilishi mumkin; bu holda, suv qo'shni ildiz hujayralaridan ildizlardagi bunday ustunning asosiga kiradi. Ksilem tomirlarining devorlari ham yuqori kuchga ega bo'lishi va ichkariga bosilmasligi kerak.
Bu kuch lignin va tsellyuloza tomonidan ta'minlanadi. Ksilem tomirlari tarkibining katta kuchlanish kuchi ta'sirida ekanligiga dalil dendrometr deb ataladigan asbob yordamida daraxtlardagi magistral diametrining kunlik o'zgarishini o'lchash yo'li bilan olingan. Minimal qiymatlar transpiratsiya tezligi maksimal bo'lgan kunduzi qayd etilgan. Alohida ksilema tomirlarining kichik siqilishi qo'shildi va butun magistralning diametrini to'liq o'lchash mumkin bo'lgan pasayish imkonini berdi.
Ksilem sharbati ustuni uchun kuchlanish kuchini baholash taxminan 3000 dan 30 000 kPa gacha, pastroq qiymatlar yaqinda olingan. Barglar taxminan -4000 kPa suv potentsialiga ega va ksilem sharbati ustunining kuchi, ehtimol, yaratilgan kuchlanishga bardosh berish uchun etarli. Albatta, suv ustuni ba'zan yorilishi mumkin, ayniqsa katta diametrli idishlarda.
Ushbu nazariya tanqidchilarining ta'kidlashicha, sharbat ustunining uzluksizligining har qanday buzilishi darhol butun oqimni to'xtatishi kerak, chunki idish havo va suv bug'lari bilan to'ldirilgan bo'lishi kerak (fenomen). kavitatsiya). Kavitatsiya kuchli silkinish, magistralning egilishi yoki suv etishmasligidan kelib chiqishi mumkin. Ma'lumki, yozda daraxt tanasida suv miqdori asta-sekin kamayadi va yog'och havo bilan to'ldiriladi. Yog'och sanoatida qo'llaniladi, chunki yog'och yaxshi suzuvchanlikka ega. Biroq, ba'zi idishlardagi suv ustunining yorilishi suv o'tkazish tezligiga katta ta'sir ko'rsatmaydi. Buni suvning bir idishdan ikkinchisiga o'tishi yoki havo vilkasini chetlab o'tishi, qo'shni parenxima hujayralari va ularning devorlari bo'ylab harakatlanishi bilan izohlash mumkin. Bundan tashqari, hisob-kitoblarga ko'ra, kuzatilgan oqim tezligini saqlab qolish uchun har qanday vaqtda tomirlarning kamida kichik bir qismi ishlashi uchun etarli. Ba'zi daraxtlar va butalarda suv faqat yog'ochning eng yosh tashqi qatlami bo'ylab harakatlanadi, bu deyiladi sap daraxti. Misol uchun, eman va kulda suv asosan joriy yilning idishlari bo'ylab harakatlanadi, qolgan dastani esa suv zaxirasi bo'lib xizmat qiladi. O'sish mavsumida har doim ko'proq va ko'proq yangi tomirlar qo'shiladi, lekin ularning ko'pchiligi mavsumning boshida, oqim tezligi ancha yuqori bo'lganda hosil bo'ladi.
Suvning ksilema orqali harakatlanishida ishtirok etuvchi ikkinchi kuch ildiz bosimi. Uni toj kesilgan va ildizlari bo'lgan magistral ksilem tomirlaridan sharbat chiqarishda davom etgan paytda aniqlanishi va o'lchanishi mumkin. Ushbu ekssudatsiya jarayoni siyanid va boshqa nafas olish inhibitörleri tomonidan bostiriladi va kislorod etishmasligi yoki haroratning pasayishi bilan to'xtaydi. Ushbu mexanizmning ishlashi uchun suv potentsialini kamaytiradigan tuzlar va boshqa suvda eriydigan moddalarning ksilem sharbatiga faol sekretsiya kerak bo'ladi. Keyin suv qo'shni ildiz hujayralaridan osmos orqali ksilemaga kiradi.
Ildiz bosimi natijasida hosil bo'lgan taxminan 100-200 kPa (alohida hollarda 800 kPa gacha) musbat gidrostatik bosim odatda suvning ksilema bo'ylab harakatlanishini ta'minlash uchun etarli emas, lekin uning ko'plab o'simliklardagi hissasi shubhasizdir. Sekin-asta o'tadigan o'tli shakllarda, bu bosim ichak tutilishiga olib kelishi uchun etarli. Gutatsiya- bu o'simlik yuzasida suyuqlik tomchilari shaklida suvni olib tashlash (transpiratsiya paytida suv bug' shaklida chiqadi). Transpiratsiyani kamaytiradigan barcha sharoitlar, ya'ni kam yorug'lik, yuqori namlik va boshqalar guttatsiyaga yordam beradi. Ko'pgina tropik tropik o'rmon o'simliklarida juda keng tarqalgan va ko'pincha yosh ko'chatlarning barglari uchlarida kuzatiladi.
14.21. Ksilemaning xususiyatlarini sanab o'ting, buning natijasida u suv va unda erigan moddalarni uzoq masofalarga tashishni ta'minlaydi.
Gulli o'simliklar ksilemasi ikki turdagi suv o'tkazuvchi tuzilmalarni o'z ichiga oladi - traxeidlar va tomirlar. Maqolada biz ushbu tuzilmalar yorug'lik mikroskopida, shuningdek, skanerlash elektron mikroskop yordamida olingan mikrograflarda qanday ko'rinishi haqida gapirgan edik. Ikkilamchi ksilemning (yog'och) tuzilishi maqolada muhokama qilinadi. Ksilem va floema yuqori yoki tomirli o'simliklarning o'tkazuvchi to'qimasini hosil qiladi. Bu to'qima qon tomir to'plamlardan iborat bo'lib, ularning tuzilishi va birlamchi tuzilishga ega bo'lgan ikki pallali o'simliklarning poyalarida tarqalishi rasmda ko'rsatilgan.
Nima ksilema orqali suv ko'tariladi, surgunning kesilgan uchini bo'yoqning suyultirilgan suvli eritmasiga, masalan, eozinga botirish orqali osongina ko'rsatilishi mumkin. Poyani yuqoriga yoyadigan rangli suyuqlik barglar orqali o'tadigan tomirlar tarmog'ini to'ldiradi. Agar siz ingichka bo'laklarni olib, ularni yorug'lik mikroskopi ostida tekshirsangiz, bo'yoq ksilemada ekanligini ko'rasiz.
Yana samarali isbot ksilema orqali suv ko'tariladi"qo'ng'iroq" bilan tajribalar bering. Bunday tajribalar radioaktiv izotoplar qo'llanila boshlanganidan ancha oldin amalga oshirilgan bo'lib, tirik organizmdagi moddalar yo'lini kuzatish juda oson edi. Tajribaning bir variantida floema, ya'ni floema bilan birga yog'ochli poyadan po'stloqning tor halqasi chiqariladi. Shundan so'ng uzoq vaqt davomida kesilgan halqa ustida joylashgan kurtaklar normal o'sishda davom etadi: shuning uchun bunday qo'ng'iroq poya bo'ylab suvning ko'tarilishiga ta'sir qilmaydi. Biroq, agar siz po'stlog'ining bir qismini ko'tarib, uning ostidan yog'ochning bir qismini, ya'ni ksilemni kesib tashlasangiz, o'simlik tezda quriydi. Shunday qilib, suv aynan shu o'tkazuvchi to'qima bo'ylab tuproqdan kurtaklar ichiga o'tadi.
Izohlaydigan har qanday nazariya ksilem orqali suvni tashish, quyidagi kuzatishlarni e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydi.
1. Ksilemaning anatomik elementlari- diametri "yozgi" yog'ochda 0,01 mm dan "bahor" yog'ochida 0,2 mm gacha o'zgarib turadigan ingichka o'lik quvurlar.
2. Katta miqdorda suv ksilema orqali harakatlanadi nisbatan yuqori tezlikda: baland daraxtlar uchun 8 m / soatgacha, boshqa o'simliklar uchun esa taxminan 1 m / soat.
3. Bunday quvurlar orqali suvni ko'tarish uchun baland daraxtning tepasiga taxminan 4000 kPa bosim talab qilinadi. Eng baland daraxtlar - Kaliforniyadagi qizil daraxtlar va Avstraliyadagi evkaliptlar - 100 m dan oshiq balandlikka etadi suv yuqori sirt tarangligi tufayli (bu hodisa kapillyarlik deb ataladi), lekin faqat shu kuchlar tufayli. eng yupqa ksilema tomirlari orqali ham suv 3 m dan oshmaydi.
Buning uchun qoniqarli tushuntirish Bog'lanish nazariyasi faktlarni beradi(uyushish) yoki kuchlanish nazariyasi. Bu nazariyaga ko'ra, suvning ildizdan ko'tarilishi uning barg hujayralari tomonidan bug'lanishi bilan bog'liq. Maqolada aytib o'tganimizdek, bug'lanish ksilemaga ulashgan mezofil hujayralarining suv salohiyatini pasaytiradi va suv bu hujayralarga suv potentsiali yuqori bo'lgan ksilem sharbatidan kiradi; bunda rasmda ko'rsatilganidek, tomirlar uchidagi nam hujayra devorlaridan o'tadi.
Ksilem tomirlari uzluksiz suv ustunini to'ldiradi; suv idishlarni tark etganda, bu ustunda kuchlanish paydo bo'ladi; u suv molekulalarining birikishi (birikishi) tufayli poyadan pastga qarab ildizga uzatiladi. Bu molekulalar qutbli bo‘lgani uchun bir-biriga “yopishib” qolishga moyil bo‘ladi va ular bir-biriga elektr kuchlari ta’sirida tortiladi, so‘ngra vodorod bog‘lari bilan birga tutiladi. Bundan tashqari, ular ksilem tomirlarining devorlariga tortiladi, ya'ni ularga yopishadi. Suv molekulalarining kuchli birlashishi uning ustunini sindirish qiyinligini anglatadi - u yuqori kuchlanish kuchiga ega. Ksilem hujayralarida kuchlanish kuchlanishi butun suv ustunini volumetrik oqim mexanizmi orqali yuqoriga ko'tarishga qodir kuch hosil qiladi. Pastdan suv qo'shni ildiz hujayralaridan ksilemaga kiradi. Ksilem elementlarining devorlari qattiq bo'lishi va ichki bosim pasayganda, yumshoq somon orqali mexnatni so'rganda bo'lgani kabi, qulab tushmasligi juda muhimdir. Devorlarning qattiqligi lignin bilan ta'minlanadi. Ksilem tomirlari ichidagi suyuqlikning yuqori kuchlanish (cho'zilgan) ekanligi dendrograf deb ataladigan asbob bilan o'lchanadigan daraxt tanasining diametrining kunlik tebranishlari bilan ta'minlanadi.
Minimal diametr transpiratsiya tezligi eng yuqori bo'lgan kunda belgilanadi. Post kuchlanish ksilem idishidagi suv uning devorlarini bir oz ichkariga tortadi (yopishish tufayli) va bu mikroskopik siqilishlarning kombinatsiyasi qurilma tomonidan qayd etilgan barrelning umumiy "qisqarishini" beradi.
Quvvatni baholash uchun ksilem sharbati ustunining yorilishi 3000 dan 3000 kPa gacha o'zgarib turadi, keyinroq pastroq qiymatlar olinadi. Barglar taxminan -4000 kPa suv potentsialiga ega va ksilem sharbati ustunining kuchi, ehtimol, yaratilgan kuchlanishga bardosh berish uchun etarli. Albatta, suv ustuni ba'zan yorilishi mumkin, ayniqsa katta diametrli idishlarda.
Belgilangan nazariyaning tanqidchilari sharbat ustunining uzluksizligining har qanday buzilishi darhol butun oqimni to'xtatishi kerakligini ta'kidlang, chunki idish havo va bug 'bilan to'ldiriladi (kavitatsiya hodisasi). Kavitatsiya kuchli silkinish, magistralning egilishi va suv etishmasligidan kelib chiqishi mumkin. Ma'lumki, yozda daraxt tanasida suv miqdori asta-sekin kamayadi va yog'och havo bilan to'ldiriladi. Daraxtchilar bundan foydalanishadi, chunki bunday daraxtlarni suzish osonroq. Biroq, ba'zi idishlardagi suv ustunining yorilishi volumetrik oqimning umumiy tezligiga juda oz ta'sir qiladi. Ehtimol, haqiqat shundaki, suv parallel tomirlarga oqadi yoki havo vilkasini chetlab o'tib, qo'shni parenxima hujayralari bo'ylab va devorlar bo'ylab harakatlanadi. Bundan tashqari, hisob-kitoblarga ko'ra, kuzatilgan oqim tezligini saqlab qolish uchun har qanday vaqtda xylema elementlarining kamida kichik bir qismi ishlashi etarli. Ba'zi daraxtlar va butalarda suv faqat sapwood deb ataladigan yosh tashqi yog'ochdan o'tadi. Masalan, eman va kulda elektr o'tkazuvchanlik vazifasini asosan joriy yil tomirlari bajaradi, qolgan dastani esa suv zaxirasi rolini o'ynaydi. Yangi ksilema tomirlari butun vegetatsiya davrida, lekin asosan boshida, suv oqimining tezligi maksimal bo'lganda hosil bo'ladi.
Ikkinchi kuch ksilema orqali suvning harakatlanishini ta'minlash, - ildiz bosimi. Uni toj kesilgan va ildizlari bo'lgan magistral bir muncha vaqt ksilem tomirlaridan sharbat chiqarishda davom etgan paytda aniqlanishi va o'lchanishi mumkin. Bu jarayon nafas olish ingibitorlari, masalan, siyanid yordamida bostiriladi va kislorod yetishmasligi va harorat pasayganda to‘xtaydi. Ushbu mexanizmning ishlashi, ko'rinishidan, tuzlar va boshqa suvda eruvchan moddalarning ksilem sharbatiga faol sekretsiyasi bilan bog'liq. Natijada uning suv potentsiali pasayadi va suv osmoz orqali qo'shni ildiz hujayralaridan ksilemaga kiradi.
Ushbu mexanizm 100-200 kPa (istisno hollarda 800 kPa) darajadagi gidrostatik bosim hosil qiladi; uning uchun bitta ksilema orqali suv ko'tariladi odatda etarli emas, lekin ko'plab o'simliklarda u shubhasiz ksilem oqimining saqlanishiga yordam beradi. Sekin-asta o'tadigan o't shakllarida bu bosim ularda mutatsiyaga olib kelishi uchun etarli. Bu suvning o'simlik yuzasiga bug' emas, balki suyuq tomchilar shaklida chiqishiga berilgan nom. Kam yorug'lik va yuqori namlik kabi transpiratsiyaga to'sqinlik qiladigan barcha sharoitlar ichak tutilishiga yordam beradi. Bu ko'plab tropik tropik o'rmon turlarida keng tarqalgan va ko'pincha o't ko'chatlarining barg uchlarida kuzatiladi.
Kaliforniyada topilgan qizil daraxt dunyodagi eng baland daraxtlardan biridir. Ularning balandligi 110 metrga etadi. Ba'zi daraxtlarning yoshi 2000-3000 yil! Bu gigantlar orasida sayr qoldiradi, degan o'chmas taassurotni etkazish qiyin. Bu yerda yaratilish haqiqati kuchli tarzda ochib berilgan. Daraxt xujayralari ildiz, tanasi, qobig'i, suv ustunlari, shoxlari va barglarini tashkil qilish uchun tashkil etilgan. Daraxt ulkan kimyo zavodiga o'xshaydi. Bu yerda o'ta murakkab kimyoviy jarayonlar benuqson tartibda sodir bo'ladi.
Ajablanarlisi shundaki, bu ulkan daraxt o'sadi 58 gramm og'irlikdagi kichik urug'dan. O'ylab ko'ring: bu gigantlarning rivojlanishi va tashkil etilishi haqidagi barcha ma'lumotlar ularning DNKsida, mitti, yumaloq urug'da joylashgan. Urug' o'z DNKsida mavjud bo'lgan barcha "ko'rsatmalar" ni bajaradi va tashqi ko'rinishi va hajmi bo'yicha tengsiz ulkan tuzilishga aylanadi. Ajoyib, shunday emasmi?
Gigant sekvoya "General Sherman". Uning balandligi 83,8 m, tanasining perimetri esa 34,9 m daraxtning yoshi 2500 yil. Bu daraxt Yerdagi eng katta tirik organizm hisoblanadi. Uning vazni ildiz tizimi bilan birga 2500 tonnani tashkil etadi, bu daraxtning hajmi 17000 kubometrni tashkil etadi, bu ko'k kitning hajmidan 10 baravar ko'p.
Muqaddas Kitobda shunday deyilgan: “Xudo O‘z qudrati bilan yuksakdir va Unga o‘xshagan ustoz kim? Odamlar ko'radigan Uning ishlarini ulug'lashni unutmang. Hamma odamlar ularni ko'rishlari mumkin; odam ularni uzoqdan ko'ra oladi". (Ayub 36:22-25) Darhaqiqat, hamma odamlar Uning ishlarini ko'rishlari mumkin.
Suvni 30 qavatli binoning balandligiga ko'tarish
Sizning barglaringiz orqali sekvoya kuniga 600 litrgacha suv chiqaradi, shuning uchun tortishish kuchini yengib, doimo suvni ildizlardan shoxlarga ko'taradi. Mexanik nasoslarga ega bo'lmagan daraxt buni qanday qiladi? 100 metr - bu haqiqatan ham ta'sirchan balandlik, uni 14 qavatli ikkita bino bilan taqqoslash mumkin. Ma'lum bo'lishicha, bagajning ichida qizil daraxtlar ksilem deb ataladigan tor bir-biriga bog'langan quvurlarning maxsus tizimi mavjud. Ushbu murakkab ichki daraxt to'qimasi suvni ildizlardan barglarga o'tkazish uchun xizmat qiladi. Ksilem naychalari bir-birining ustiga joylashgan hujayralarni hosil qiladi. Ular birgalikda ildizlardan magistral orqali barglargacha cho'zilgan ajoyib uzun ustunni hosil qiladi. Suvni "pompalash" uchun, sekvoya bu quvurda uzluksiz suv ustunini hosil qilishi kerak.
Daraxt butun umri davomida suv saqlaydi. Kuchli shamol daraxt va shoxlarni qanday egishini eslang. Biroq, o'tkazgich trubkasi birlashtirilgan millionlab kichik qismlardan iborat bo'lganligi sababli, suv oqimi doimo o'z ichiga oladi. Bitta qattiq naycha bu vazifani bajara olmaydi. Suv odatda yuqoriga oqib chiqmagani uchun daraxt qanday qilib uni bunchalik baland pompalay oladi? Ildizlar suvni yuqoriga "tortadi" va kapillyarlik harakati (suvning quvur devorlari bo'ylab bir oz ko'tarilish qobiliyati) bosimni oshiradi. Biroq, bu kuch sekvoyaning suvni atigi 2-3 metrga ko'tarishini ta'minlaydi. Asosiy harakatlantiruvchi kuch bug'lanish va suv molekulalari orasidagi tortishishdir. Molekulalarda musbat va manfiy zaryadlangan zarrachalar bor, ular tufayli ular bir-biriga juda katta kuch bilan yopishadi, bu tajriba o'lchovlariga ko'ra 25-30 atmosfera (1 atmosfera dengiz sathidagi normal atmosfera bosimiga teng).
Tarqatish tizimi kesmada ko'rsatilgan. Transmissiya quvurlari hujayralardan iborat bo'lib, moddalarni: suv va minerallarni barglarga turli kanallar orqali tashish uchun mo'ljallangan. O'simliklardagi bu tizimning muhim xususiyatlaridan biri ksilem va floema naychalarining doimiy yangilanishidir.
Bu suv ostida 350 metr chuqurlikda suzib yurgan Ikkinchi jahon urushidagi suv osti kemasini bosib o'tish uchun etarli. Sequoia suv ustunining yuqori qismida 14 atmosfera bosimini osongina ushlab turadi. Barglardan bug'langan suv assimilyatsiya kuchini hosil qiladi. Suv molekulasi bargdan bug'lanadi va molekulyar tortishish kuchi tufayli atrofidagi boshqa molekulalarni o'zi bilan tortib oladi. Bu suv ustunida ozgina emdirish hosil qiladi va qo'shni barg hujayralaridan suv tortadi. Bu molekulalar, o'z navbatida, o'z atrofidagi molekulalarni o'ziga tortadi. Harakat zanjiri erga qadar davom etadi va suvni ildizdan daraxtning tepasiga ko'chiradi, xuddi nasos suvni tik trubadan yer yuzasiga ko'taradi.
Biz buni tushunamiz daraxt Uning o'zi suv fizikasi va Quyosh energiyasidan juda oqilona foydalanishni o'rganib, bunday murakkab tizimni o'ylab topib bo'lmaydi. Biz osmon va erning Yaratuvchisi Xudoga barcha ulug'vorliklarni beramiz. Ulkan daraxtlar Ibtido kitobining tarixiyligidan dalolat beradi, bu bizga ularning asl kelib chiqishini ochib beradi: “Va Xudo dedi: “Yer ko'kalamzor o'tlarni, urug' beradigan o'tlarni, mevali daraxtlarni, er yuzidagi urug'i bo'lgan naviga ko'ra meva bersin. Va shunday bo'ldi". (Ibt. 1:11–12)
Shuningdek o'qing
Kanada maysasidan ajoyib surat!2 yil oldin - 16 daqiqa o'qing Tirik qoldiqlar yaratilishni tasdiqlaydiBir yil oldin - 27 daqiqa o'qing Fotosintez jarayonida barglar erishi qanday oldini oladi?Yarim yil oldin - 5 daqiqa o'qing Dengiz oti Bir yil oldin - 15 daqiqa o'qing Tirik qoldiqlar: krinoidlar "150 million yil" davomida o'zgarmaganBir yil oldin - 3 daqiqa o'qing
Yuqori o'simlik turli funktsiyalarni bajaradigan, lekin ko'plab umumiy xususiyatlarga ega bo'lgan organlarga bo'linadi, shu jumladan fiziologik jarayonlarning sodir bo'lishi uchun ozuqa moddalari, moddalar va suvga bo'lgan ehtiyoj. Suv barcha organlar tomonidan emas, balki asosan ildiz tizimi tomonidan so'rilmaganligi sababli, uning butun o'simlik bo'ylab harakatlanishiga ehtiyoj bor. Bu jarayon ko'tarilish oqimi deb ataladigan oqimni tashkil qiladi. Shuni ta'kidlash kerakki, bu nom yo'nalishni emas, balki harakatning tabiatini va uning o'simlikdagi lokalizatsiyasini aks ettiradi. U asosan poya yoki petiolening o'lik to'qimalari - angiospermlarda tomirlar yoki traxeya va gimnospermlarda traxeidlar orqali o'tadi. Biroq, bu lokalizatsiya mutlaq emas: suv boshqa anatomik elementlar orqali, masalan, floem tizimi orqali ham harakat qilishi mumkin.
Minerallar va unda erigan moddalar bilan suv yog'och tomirlari orqali ko'tariladi.
Agar ko'tarilgan oqim yo'lining butun uzunligini hisobga olsak, uni teng bo'lmagan uzunlikdagi ikkita qismga bo'lish mumkin.
1. Tomirlar yoki traxeidlarning o'tkazuvchi yo'lining o'rtasida o'lik gistologik elementlar. Ushbu qismning uzunligi sezilarli, ammo suv u orqali nisbatan oson o'tadi, chunki u o'lik elementlar bo'ylab passiv harakat qiladi, ular tomonidan sezilarli qarshilik ko'rsatmaydi.
2. Harakat yo'lining boshida va oxirida joylashgan ildiz va bargning tirik hujayralari. Bu yo'l fazoviy jihatdan qisqa, lekin uni juda qiyinchilik bilan engib o'tish mumkin, chunki hujayra membranalari suvning harakatlanishiga to'sqinlik qiladi.
Suvning yuqoriga ko'tarilgan oqimdagi harakati o'simlik hayotida muhim ahamiyatga ega. Bu oqim barcha organlar va to'qimalarni suv bilan ta'minlaydi, ularni turgor holatiga keltiradi. Suvning yuqoriga qarab oqimi ildiz tomonidan so'rilgan mineral ionlarni ushlaydi, ularni tashiydi va shu bilan o'simlik bo'ylab tarqalishini (lekin so'rilishini emas!) osonlashtiradi.
Suv o'simlik bo'ylab harakatlanishi uchun (va shunchaki harakatlanmasdan, balki yuqoriga ko'tarilishi) ma'lum miqdordagi energiya talab qilinadi, ularning qo'llanilishi nuqtalari oqimning uchlarida joylashgan bo'lib, buning natijasida ular deyiladi. oxirgi motorlar.
Pastki uchi dvigatel yoki ildiz bosimi. Uning roli asosan faol assimilyatsiya paytida namoyon bo'ladi - suvni quyish. Kontraktil oqsillar ishtirokida u nafaqat ildiz tizimini suv bilan ta'minlaydi, balki uni ildiz tomirlariga va poyani yuqoriga ko'taradi. Suv quyish
Ildiz korteksida eng aniq ifodalangan faol energiyaga bog'liq jarayon. Oxirgi vosita tomonidan ishlab chiqilgan quvvat kichik (taxminan 0,15 MPa) suvning bir metrdan ko'p bo'lmagan balandlikka ko'tarilishini ta'minlashi mumkin, ya'ni otsu o'simliklar va mayda butalar uchun etarli.
Simplast - o'simliklarning o'zaro bog'langan protoplastlari tizimi. Qo'shni hujayralarning protoplastlari bir-biriga plazmodesmata - hujayra devoridagi teshiklardan o'tuvchi sitoplazmatik iplar orqali bog'langan. Unda erigan har qanday moddalar bo'lgan suv bitta hujayraning protoplastiga kirib, hech qanday membranani kesib o'tmasdan simplast bo'ylab harakatlanishi mumkin. Bu harakat ba'zan sitoplazmaning tartibli oqimi bilan osonlashadi.
Apoplast - bu o'simlik bo'ylab uzluksiz tarmoqni tashkil etuvchi qo'shni hujayra devorlari tizimi. Bunday tsellyuloza ramkasining 50% gacha suv bilan band bo'lishi mumkin bo'lgan o'ziga xos "bo'sh joy" dir. U mezofill hujayralari yuzasidan hujayralararo bo'shliqlarga bug'langanda, suvning uzluksiz apoplastik qatlamida kuchlanish paydo bo'ladi va uning butun hajmi, hajmiy oqim mexanizmiga ko'ra, birlashishi tufayli pasayish joyiga tortiladi ( suv molekulalarining "yopishishi"). Ksilemadan apoplastga suv kiradi.
Yuqori dvigatel yoki transpiratsiyaning assimilyatsiya qilish kuchi. O'simliklar barglarida suvning doimiy bug'lanishi bilan assimilyatsiya kuchi (1 - 1,5 MPa) buziladi, suvni eng yaqin hujayralardan so'radi va suv harakatlanadigan keyingi hujayralarga, tomirlargacha uzatiladi. Tomirlarda sitoplazma yo'q, shuning uchun osmotik bosim yo'q va suyuqlikning so'rilishi assimilyatsiya kuchining barcha kattaligi ishtirokida sodir bo'ladi. Bu gidravlik nasos kabi harakat qilib, suvni bir necha metrga ko'tarish imkonini beradi. Bu kuch butalar va nisbatan kichik daraxtlarni suv bilan ta'minlash uchun etarli.
Daraxt tanasiga ko'tarilgan suv
Oxirgi motorlar suvni 10 m balandlikka ko'tarishi mumkin, ammo ko'plab yog'ochli o'simliklarning tanasi ancha uzunroq bo'lib, keyin ikkala oxirgi motor ham suvni ko'tarishni ta'minlay olmaydi. Bunday o'simliklarda suv molekulalari orasidagi yopishish kuchlari yordamga keladi, ular juda katta va 30 - 35 MPa ga etishi mumkin. Bu kuch suvni 1-2 km ga ko'tarish uchun etarli, bu har qanday daraxtning balandligidan sezilarli darajada yuqori.
Suv molekulalarining yopishtiruvchi kuchlari faqat ma'lum sharoitlarda harakat qiladi: idishlardagi suv oqimlari havo pufakchalarisiz doimiy ravishda oqishi kerak. Agar ularga havo kirsa, bu jarohatlangan yoki kesilgan bo'lsa, suvning harakati to'xtatiladi. Bu barglari va gullari (masalan, lilak) bilan yog'ochli o'simliklarning kurtaklari qurib ketishini tushuntiradi, ular kesilgandan keyin darhol suvga joylashtirilmaydi, lekin bir muncha vaqt o'tgach.
