Транспорт у рослин
Клітини обмінюються різними речовинами з навколишнім їх середовищем в результаті дифузії. Однак перенесення речовин звичайної дифузією на великі відстані неефективний; виникає необхідність в спеціалізованих системах транспорту. Таке перенесення з одного місця в інше здійснюється за рахунок різниці тисків в цих місцях. Все переносяться речовини рухаються з однаковою швидкістю на відміну від дифузії, де кожна речовина рухається зі своєю швидкістю в залежності від градієнта концентрації.
У тварин можна виділити чотири основні типи транспорту: травну , дихальну , кровоносну і лімфатичну системи. Частина з них були описані раніше, до інших ми перейдемо в наступних параграфах.
У судинних рослин пересування речовин здійснюється за двома системами: ксилеме (Вода і мінеральні солі) і флоеме (органічні речовини). Пересування речовин по ксилемі направлено від коренів до надземних частин рослини; по флоеме поживні речовини рухаються від листя.
Одним з найважливіших механізмів транспорту речовин в рослині є осмос. Осмос - це перехід молекул розчинника (наприклад, води) з областей з більш високою концентрацією в області з більш низькою концентрацією через напівпроникну мембрану. Цей процес схожий на звичайну дифузію, але протікає швидше. Чисельно осмос характеризується осмотичним тиском - тиском, який потрібно докласти, щоб запобігти осмотичний надходження води в розчин.
У рослинах роль таких напівпроникних мембран відіграють плазматична мембрана і тонопласт (мембрана, що оточує вакуоль). Якщо клітина контактує з гіпертонічним розчином (тобто розчином, в якому концентрація води менше, ніж в самій клітці), то вода починає виходити з клітки назовні. Цей процес називається Плазмоліз. Клітка при цьому зморщується. Плазмоліз звернемо: якщо таку клітину помістити в гіпотонічний розчин (з більш високим вмістом води), то вода почне надходити всередину, і клітина знову набрякне. При цьому внутрішні частини клітини (протопласт) чинять тиск на клітинну стінку. У рослинної клітини набухання зупиняється жорсткої клітинної стінкою. У тварин клітин жорстких стінок немає, а плазматичні мембрани занадто ніжні; необхідний особливий механізм, який регулює осмос.
Ще раз підкреслимо, що осмотичний тиск - величина швидше потенційна, ніж реальна. Вона стає реальною тільки в окремих випадках - наприклад, при її вимірі. Також необхідно пам'ятати, що вода рухається в напрямку від нижчого осмотичного тиску до вищого.
1
Загальна будова кореня
2
При деяких умовах коріння рослин можуть приймати незвичайну форму
Основна маса води поглинається молодими зонами коренів рослин в області кореневих волосків - трубчастих виростів епідермісу. Завдяки їм значно збільшується усмоктувальна воду поверхню. Вода надходить в корінь за рахунок осмосу і рухається вгору до ксилеме по апопласту (по клітинних стінок), симпласти (по цитоплазмі і плазмодесмам ), А також через вакуолі . Треба зауважити, що в клітинних стінках є смужки, звані пасками Каспарі. Вони складаються з водонепроникного суберіна і перешкоджають просуванню води і розчинених в ній речовин. У цих місцях вода змушена проходити через плазматичні мембрани клітин; вважають, що таким чином рослини захищаються від проникнення токсичних речовин, патогенних грибів і т. п.
3
кореневі волоски
4
пояски Каспарі
Підйом води по ксилемі відбувається, мабуть, за рахунок випаровування води в листі. У процеcсе випаровування в кроні утворюється недолік води. Поверхневий натяг в судинах ксилеми здатне тягнути вгору весь стовп води, створюючи масовий потік. Швидкість підйому води становить близько 1 м / ч (до 8 м / ч в високих деревах); щоб підняти воду до вершини високого дерева, потрібно тиск порядку 40 атм. Слід мати на увазі, що одні тільки капілярні ефекти здатні підняти воду на висоту не більше 3 м.
5
Різні шляхи транспорту води
Друга важлива сила, яка бере участь в підйомі води, - це кореневий тиск. Воно становить 1-2 атм (у виняткових випадках - до 8 атм). Цією величини, звичайно, недостатньо, щоб самотужки забезпечити рух рідини, але її внесок у багатьох рослин безсумнівний.
6
будова листа
7
Устьіце (під електронним мікроскопом)
Потрапляючи по ксилемі в листя, вода і мінеральні речовини розподіляються через розгалужену мережу провідних пучків по клітинам. Рух по клітинам листа здійснюється, як і в корені, трьома способами: по апопласту, симпласти і вакуолі. На свої потреби рослина використовує менше 1% поглинається їм води, решта в кінці кінців випаровується через восковий шар на поверхні листя і стебел - кутикулу (близько 10% води) - і особливі пори - продихи (90% води). Трав'янисті рослини втрачають у день близько літра води, а у великих дерев ця цифра може доходити до сотень літрів. Випаровування води (транспірація) здійснюється за рахунок енергії сонця. Найпростіше транспирацию спостерігати, якщо накрити рослину в горщику ковпаком; на внутрішній поверхні ковпака будуть збиратися крапельки рідини.
8
Під дією кореневого тиску вода виділяється через продихи листків
На швидкість випаровування впливають багато чинників; як зовнішні умови (світло, температура, вологість, наявність вітру, доступність води в грунті), так і особливості будови листя (площа поверхні аркуша, товщина кутикули, кількість продихів). Ряд зовнішніх факторів призводить до зменшення дифузії води з листя, інші (наприклад, відсутність світла або сильний вітер) викликають замикання продихів (завдяки роботі особливих замикаючих клітин). Рослини посушливих регіонів мають спеціальні пристосування для зменшення транспірації: занурені глибоко в листя продихи, густе опушення з волосків або лусочок, товстий восковий наліт, перетворення листя в колючки або голки та інші. Осінній листопад в помірних широтах також покликаний зменшити випаровування води, коли настануть холоди.
9
Недолік різних мінеральних речовин на прикладі листя томата. Зліва направо: контрольний зразок, рослини, які страждають від нестачі міді, марганцю, цинку, хлору
З грунту рослина отримує не тільки воду, а й мінеральні солі. Ці речовини рухаються в коренях під дією дифузії. За рахунок енергії дихання можливий також їх активний транспорт проти градієнта концентрації. Потрапляючи в ксилему, мінеральні речовини розносяться по всьому організму з масовим струмом води. Основним споживачем цих речовин є зростаючі частини рослини.
Деякі мінеральні речовини, виконавши свою корисну функцію, можуть переміщатися далі вгору або вниз по флоеме. Це відбувається, наприклад, перед скиданням листя, коли накопичені листям корисні речовини зберігаються, відкладаючись в інших частинах рослини.
У багатоклітинних рослин є ще одна транспортна система, призначена для розподілу продуктів фотосинтезу, - флоема. На відміну від ксилеми, органічні речовини можуть транспортуватися по флоеме і вгору, і вниз. 90% переносите речовин становить сахароза, яка практично не бере участі в метаболізмі рослини безпосередньо і тому є ідеальним углеводом для транспорту. Швидкість руху цукру зазвичай становить 20-100 см / год; за день по стовбуру великого дерева може пройти кілька кілограмів цукру (в сухій масі).
Яким чином настільки великі потоки поживних речовин можуть протікати в тонких сітовідних трубках флоеми (їх діаметр не перевищує 30 мкм), не зовсім зрозуміло. Мабуть, речовини по флоеме поширюються масовим струмом, а не дифузією. Можливими механізмами транспорту є звичайний тиск або електроосмос.
10
Сітовідной трубка в розрізі
При пошкодженні флоеми сітовідние трубки закупорюються в результаті відкладення каллози на сітовідних пластинках. Безповоротна витік поживних речовин зазвичай припиняється вже через кілька хвилин після пошкодження.
