Пересування речовин стеблом

Рослини, що мають коріння та пагони, поглинають корінням з ґрунту воду та мінеральні речовини, а в їх зелених надземних частинах синтезується органічна речовина з неорганічних. Однак вода та мінеральні речовини потрібні не тільки кореню, а органічні речовини – не тільки листям. Тому в рослинах речовини повинні перерозподілятися, тобто переміщатися з одного органу до іншого. А для цього потрібна спеціальна провідна система.

У рослин струм води та мінеральних речовин йде знизу вгору, а струм органічних речовин у всіх напрямках. Ці два струми розділені, тобто йдуть різними частинами провідної системи.

У деревних рослин у стеблі ситоподібні трубки розташовуються в корі. В той час, як судини знаходяться у деревині, Т. е. глибше.

Пересування стеблом води та мінеральних речовин

Для здійснення процесів життєдіяльності рослинам потрібна вода та розчинені в ній мінеральні (неорганічні) речовини. Отримати їхня рослина може в основному із зволоженого ґрунту. За всмоктування водного розчину у рослин відповідають коріння. Однак не стільки коріння потребує води, скільки листя та інші надземні органи рослини (нирки, що розвиваються, пагони, квітки, плоди). Тому у вищих рослинах у процесі еволюції набула розвитку провідна система, що забезпечує транспорт речовин. Найбільш складну будову вона має у покритонасінних рослин.

За пересування води та мінеральних речовин як по стеблі, так і по листю та в корінні, відповідають судини. Вони є мертвими клітинами, у місцях зіткнення немає перегородок.За рахунок тиску вода в них піднімається вгору і доставляється в фотосинтезуючі та інші органи рослини. Судини тягнуться від коріння, через стебло, заходять у кожен лист та інший орган рослини. Рух води та мінеральних речовин вгору забезпечується за рахунок кореневого тиску та випаровування води листям.

У деревних рослин судини перебувають у деревині стебел. У цьому можна переконатися, якщо поставити гілку підфарбований водний розчин. Через деякий час на поперечному спилі можна побачити, що пофарбується лише деревина. Це означає, що тільки нею пересуваються вода і розчинені в ній мінеральні речовини.

Пересування стеблом органічних речовин

У зеленому листі рослин відбувається фотосинтез, у процесі якого синтезуються органічні речовини. З цих речовин надалі синтезуються інші органічні речовини, які у різних процесах життєдіяльності й у отримання енергії.

Органічні речовини потребують не тільки зелені частини рослини, але й інші органи і тканини. Крім того, частина органічних речовин відкладається про запас. Тому в рослинах здійснюється пересування не лише води та мінеральних речовин, а й транспорт органічних речовин. Зазвичай він йде у протилежний бік від струму водного розчину.

Органічні речовини у покритонасінних рослин пересуваються по ситоподібним трубкам. Це живі витягнуті клітини, їх поперечні перегородки, якими вони стикаються одна з одною, схожі на сито, тобто пронизані численними порами. Отже, органічні речовини можуть пересуватися з клітини в клітину.

У деревних рослин ситоподібні трубки розташовані в лубі, який є частиною кори, розташованої ближче до камбію (з внутрішнього боку від камбію знаходиться деревина).

Якщо кора стебла рослини пошкоджується досить глибоко, і це перешкоджає відтоку органічних речовин, то на стовбурі утворюються звані напливи, або нарости. Вони накопичуються органічні речовини. За їх рахунок на пошкодженні ствола утворюється ранова пробка. Далі тут можуть почати розвиватися коріння і нирки.

Органічні речовини рослин часто накопичуються в різних органах і тканинах (коренях, стеблах, серцевині). Навесні ці речовини використовуються для того, щоб у рослини з'явилося листя та нові пагони. Для цього запасені органічні речовини повинні розчинитися у воді та переміститися туди, де вони потрібні. І виходить, що в цей час органічні речовини рухаються не ситоподібними трубками, а судинами з водою і мінеральними речовинами.

Найбільше органічних речовин йде до тих частин рослин, які активно ростуть та розвиваються. Це і зрозуміло, адже для поділу клітин і особливо їхнього зростання потрібні поживні речовини.

Як відбувається транспорт речовин у рослин?

Клітини обмінюються різними речовинами з навколишнім середовищем внаслідок дифузії. Однак перенесення речовин звичайною дифузією на великі відстані неефективне; виникає потреба у спеціалізованих системах транспорту. Таке перенесення з одного місця в інше здійснюється за рахунок різниці тисків у цих місцях. Всі речовини, що переносяться, 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 та лімфатичну системи. Частина з них була описана раніше, до інших ми перейдемо в наступних параграфах.

У судинних рослин пересування речовин здійснюється за двома системами: ксилемі (вода та мінеральні солі) та флоеми (органічні речовини). Пересування речовин по ксилемі спрямоване від коріння до надземних частин рослини; по флоемі поживні речовини рухаються від листя.

Одним із найважливіших механізмів транспорту речовин у рослині є осмос. Осмос – це перехід молекул розчинника (наприклад, води) з областей з більш високою концентрацією в області нижчою концентрацією через напівпроникну мембрану. Цей процес схожий на звичайну дифузію, але протікає швидше. Чисельно осмос характеризується осмотичним тиском – тиском, який потрібно докласти, щоб запобігти осмотичному надходженню води до розчину.

У рослинах роль таких напівпроникних мембран відіграють плазматична мембрана та тонопласт (мембрана, що оточує вакуолю). Якщо клітина контактує з гіпертонічним розчином (тобто розчином, у якому концентрація води менше, ніж у самій клітині), вода починає виходити з клітини назовні. Цей процес називається плазмолізом. Клітина у своїй зморщується. Плазмоліз звернемо: якщо таку клітину помістити в гіпотонічний розчин (з вищим вмістом води), вода почне надходити всередину, і клітина знову набухне. При цьому внутрішні частини клітини (протопласт) чинять тиск на клітинну стінку. У рослинної клітини набухання зупиняється жорсткою клітинною стінкою.У тварин клітин жорстких стінок немає, а плазматичні мембрани дуже ніжні; необхідний спеціальний механізм, що регулює осмос.

Ще раз наголосимо, що осмотичний тиск – величина швидше потенційна, ніж реальна. Вона стає реальною лише окремих випадках – наприклад, за її вимірі. Також необхідно пам'ятати, що вода рухається у напрямку від нижчого осмотичного тиску до вищого.

Основна маса води поглинається молодими зонами коріння рослин в області кореневих волосків – трубчастих виростів епідермісу. Завдяки їм значно збільшується поверхня, що всмоктує воду. Вода надходить у корінь рахунок осмосу і рухається вгору до ксилемі по апопласту (по клітинним стінкам), симпласту (за цитоплазмою і плазмодесмам), і навіть через вакуолі. Слід зазначити, що у клітинних стінках є смужки, звані поясками Каспари . Вони складаються з водонепроникного суберину і перешкоджають просуванню води та розчинених у ній речовин. У цих місцях вода змушена проходити крізь плазматичні мембрани клітин; вважають, що в такий спосіб рослини захищаються від проникнення токсичних речовин, патогенних грибів тощо. п.

Підйом води по ксилемі відбувається, мабуть, рахунок випаровування води в листі. У процесі випаровування в кроні утворюється нестача води. Поверхневий натяг у судинах ксілеми здатний тягнути вгору весь стовп води, створюючи масовий потік. Швидкість підйому води становить близько 1 м/год (до 8 м/год на високих деревах); щоб підняти воду до вершини високого дерева, потрібний тиск близько 40 атм. Слід мати на увазі, що тільки капілярні ефекти здатні підняти воду на висоту не більше 3 м.

Друга важлива сила, що бере участь у підйомі води, – це кореневий тиск. Воно становить 1-2 атм (у виняткових випадках – до 8 атм). Цієї величини, звичайно, недостатньо, щоб самостійно забезпечити рух рідини, але її внесок у багатьох рослин безперечний.

Потрапляючи по ксилемі в листя, вода і мінеральні речовини розподіляються через розгалужену мережу пучків, що проводять, по клітинах. Рух по клітинах листа здійснюється, як і в корені, трьома способами: по апопласту, симпласту та вакуолях. На свої потреби рослина використовує менше 1% води, що поглинається ним, решта випаровується через восковий шар на поверхні листя і стебел - кутикулу (близько 10% води) - і особливі пори - продихання (90% води). Трав'янисті рослини втрачають щодня близько літра води, а й у великих дерев ця цифра може сягати сотень літрів. Випаровування води (транспірація) здійснюється за рахунок енергії сонця. Найпростіше транспірацію спостерігати, якщо накрити рослину в горщику ковпаком; на внутрішній поверхні ковпака збиратимуться крапельки рідини.

На швидкість випаровування впливають багато чинників; як зовнішні умови (світло, температура, вологість, наявність вітру, доступність води у грунті), і особливості будови листя (площа поверхні листа, 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 клітин, що замикають).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 на колючки або голки та інші. Осінній листопад у помірних широтах також покликаний зменшити випаровування води, коли настануть холоди.

Нестача різних мінеральних речовин з прикладу листя томату. Зліва направо: контрольний зразок, рослини, які страждають від нестачі міді, марганцю, цинку, хлору

З ґрунту рослина отримує не лише воду, а й мінеральні солі. Ці речовини рухаються корінням під впливом дифузії. За рахунок енергії дихання можливий також їхній активний транспорт проти градієнта концентрації. Потрапляючи в ксилему, мінеральні речовини розносяться по всьому організму з масовим струмом води. Основним споживачем цих речовин є частини рослини, що ростуть.

Деякі мінеральні речовини, виконавши свою корисну функцію, можуть рухатися далі вгору або вниз флоемою. 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 флоемою і вгору, і вниз. 90 % речовин, що переносяться, становить сахароза, яка практично не бере участі в метаболізмі рослини безпосередньо і тому є ідеальним вуглеводом для транспорту.Швидкість руху цукру зазвичай становить 20-100 см/год; за день по стволу великого дерева може пройти кілька кілограмів цукру (у сухій масі).

Як настільки великі потоки поживних речовин можуть протікати в тонких ситовидних трубках флоеми (їх діаметр не перевищує 30 мкм), не зовсім зрозуміло. Очевидно, речовини по флоэме поширюються масовим струмом, а чи не дифузією. Можливими механізмами транспорту є нормальний тиск або електроосмос.

При пошкодженні флоеми ситоподібні трубки закупорюються в результаті відкладення калози на ситоподібних пластинках. Безповоротний витік поживних речовин зазвичай припиняється через кілька хвилин після пошкодження.