Транспорт води та мінеральних речовин.

 

Вода і мінеральні речовини поглинаються коренями і надходять у надземну частину рослини - стебло та листки. В свою чергу, листки забезпечують нефотосинтезуючі тканини органічними речовинами. Такий своєрідний “розподіл праці” можливий тільки завдяки наявності транспортної системи. Вона поєднує різні частини рослини та забезпечує пересування різних речовин від одних частин його до інших. Яким же чином транспортуються в рослинному організмі вода та мінеральні речовини? Як Ви вже знаєте, провідна (транспортна) система рослини представлена двома типами тканин: ксилемою та флоемою. Ксилема представлена трахеїдами та судинами, а флоема розташована назовні від ксилеми

безпосередньо під корою.

Перші досліди по виявленню провідної функції тканин рослин провів Марчело Мальпігі в 1679 році. Він видаляв з дерева кільце кори і таким чином порушував неперервність провідних тканин флоеми, залишаючи неушкодженою ксилему. Через деякий час над оголеною ділянкою стебла спостерігалося нагромадження речовин солодких на смак (тепер нам відомо, що це цукор - один з продуктів фотосинтезу) та розростання тканини у вигляді напливу. Порівняно довгий час рослина не виявляла будь-яких відхилень в життєдіяльності. Але поступово листки починали в`янути і відмирати, а згодом гинула вся рослина (рис. 52).

 

Рис. 52.Експеримент з кільцюванням, що провів Мальпігі: видалення кори; виділення солодкої рідини з ушкодженої частини; зав`ядання листків та загибель дерева.

 

Отримані результати дозволили Мальпігі зробити висновки про те, що по флоемі пересуваються органічні речовини, а по ксилемі - вода і розчинені в ній мінеральні речовини. Виявилося, що при руйнуванні флоеми корені не стали отримувати від листків органіку і, витративши запаси поживних речовин, загинули. З того факту, що листки ще деякий час могли нормально функціонувати, вчений зробив висновок, що вода надходила до них по ксилемі. Як же відбувається транспорт води? Його умовно можна поділити на три етапи: всмоктування води кореневими волосками; рух по живих клітинах від кореневих волосків до центрального циліндру; рух по мертвих клітинах ксилеми - трахеїдах та судинах до листків.

Поглинання води коренем відбувається через вирости ризодерми - кореневі волоски. Відстань від кореневих волосків до ксилеми центрального циліндра вода проходить через цитоплазму живих клітин кори кореня, а також по міжклітинних просторах. Таке пересування відбувається повільно і на відстань всього декількох міліметрів. Нарешті вода та розчинені в ній мінеральні речовини надходять до ксилеми. Цей розчин тепер носить назву ксилемного соку. Але яким чином такий розчин піднімається від коренів до листків на велику висоту? Проведемо простий дослід. Зріжемо рослину, наприклад бальзамін, і насадимо на пеньок скляну трубку (рис. 53).

Рис. 53.Дослід, що демонструє кореневий тиск:скляна трубка, що прикріплена до свіжезрізаного пенька і заповнена водою;ксилемний сік, що надходить з коренів, збільшує рівень води в трубці.

Через деякий час ксилемний сік почне підніматися скляною трубкою і досягне висоти 30 см і більше. Це відбувається завдяки кореневому тиску. Однак, не всі рослини здатні розвивати кореневий тиск. Також слід пам`ятати, що багато рослин досягають значно більшої висоти, ніж та, на яку може піднятися ксилемний сік під дією цього тиску.

В 1724 році англійський священик Стефан Хейлз провів оригінальний дослід. Він взяв кілька гілочок і видалив з них різну кількість листків. Потім помістив ці гілочки в посуд з виміряною кількістю води. Виявилося, що гілки з більшою кількістю листків поглинали значно більше води, ніж гілки з меншою їх кількістю або зовсім без листків. Вимірявши кількість води, що була поглинута, Хейлз встановив, що ця кількість прямо пропорційна загальній площі листкової поверхні (рис. 54). Таким чином, було встановлено, що вода піднімається вгору за рахунок випаровування її листками. Цей процес випаровування води листками отримав назву транспірації (від франц. transpirer - пітніти). Змінюючи просвіт продихової щілини, рослина регулює швидкість випаровування води і звичайно поглинання її коренями. За мільйони років еволюції у рослин сформувалися досить точні механізми регуляції надходження води та мінеральних речовин з використанням продихового апарату. Необхідно відмітити ще одну особливість води. Її молекули можуть зчеплюватися одна з одною, немов би в ланцюжок, утворюючи неперервні стовпчики. Початок таких стовпчиків в кореневих волосках, а кінець - в продихах листків.

Рис. 54. Дослід Хейлза, що встановлює залежність швидкості поглинання води та пересування ксилемного соку від площі листків на різних гілках.

 

Це явище можна порівняти з витягуванням мотузки: верхній її кінець через випаровування води продихами постійно підтягує воду, а кореневі волоски всмоктують її з грунту. Кореневий тиск немов би “закачує” воду в ксилему, а транспірація забезпечує її транспорт на необхідну висоту. Тому кореневий тиск називають ниж- нім кінцевим двигуном, а транспірацію - верхнім кінцевим двигуном (рис. 55).

Рис. 55. Рух води починається з її випаровування листками і досягає кінчиків коренів. Підняття води на необхідну висоту забезпечується також силами зчеплення між молекулами води.

Верхній та нижній кінцеві двигуни забезпечують транспіраційний тік, який захоплює мінеральні речовини і транспортує їх в різні тканини та клітини рослини. Слід відзначити, що по ксилемі можуть пересуватися і органічні речовини, наприклад, цукри. Це явище можна спостерігати при весняному рухові соку у берези. Як ми вже відзначали, швидкість та інтенсивність транспіраційного току визначається просвітом продихової щілини. На ступінь відкриття продихів впливають зовнішні фактори - температура, вологість та рух повітря (вітер). Швидкість випаровування води з поверхні листків збільшу- ється приблизно вдвічі при підвищенні температури на кожні 10^оС. Таке випаровування води з поверхні листків охолоджує їх, не допускаючи перегріву. Але при температурі оточуючого повітря 30-35^оС продихи закриваються, запобігаючи втраті води.

Вологість також суттєво впливає на швидкість транспірації. При насиченні повітря водяними парами випаровування протікає повільніше. Рослини тінистих лісів, де повітря дуже вологе, не відчувають нестачі води і тому їх головна турбота - це отримання достатньої кількості світла. Тому листки таких рослин широкі і загальна листкова поверхня їх велика. Рослини відкритих просторів часто мають вузькі листки з відносно малою листковою поверхнею (наприклад, злаки степів). Хоч ці рослини і не відчувають нестачі в світлі, але постійно знаходяться під загрозою надмірної втрати води.

Рух повітря, а іншими словами вітер, досить суттєво впливає на випаровування води рослинами. Як в спеку вітерець охолоджує шкіру, так потоки повітря відносять пари води від поверхні листків. При вологому повітрі транспірація може зменшитися і навпаки, сухий вітер різко підвищує випаровування.

Часто листки рослин відкритих місць опушені. Вважається, що волоски сприяють утриманню шару повітря, що контактує безпосередньо з поверхнею листка. Це захищає листок від висушуючої дії вітру.