Курсовая работа (т): Фізіологічна роль транспірації

Фізіологічна роль транспірації

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ І. Листок як орган транспірації

РОЗДІЛ ІІ. Транспірація як процес випаровування води

.1 Поняття транспірації

.2 Різновиди транспірації

.3 Регуляція продихової транспірації

.4 Залежність транспірації від зовнішніх та внутрішніх умов

РОЗДІЛ ІІІ. Фізіологічне значення транспірації      

.1 Вплив транспірації на переміщення води в рослині

.2 Роль продихів у фотосинтезі

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП

Актуальність теми. Рослини - це живі «хімічні заводи», де безупинно відбуваються складні реакції. Супровідний цим реакціям газообмін робить нашу планету придатною для життя. Більшість рослин - від пролісків до дерев-велетнів - досить подібні за внутрішньою будовою, незважаючи на помітні морфологічні відмінності. Провідна система, якою циркулюють поживні речовини й речовини-посередники, являє собою мережу провідних пучків, які охоплюють корені, стебла й листки.

Активна життєдіяльність рослин можлива тільки при високому наповненні їх тканин водою. У наземних рослин внаслідок посушливої дії атмосфери, запаси води постійно витрачаються на фізіологічні функції, випаровування - транспірацію, і повинні поповнюватися за рахунок надходження з ґрунту. Всмоктування води коренями, транспортування її до листків і транспірація - нерозривно пов’язані між собою основні процеси водного обміну.

Існує два механізми поглинання води рослинами. Активне поглинання відбувається під дією кореневого тиску - осмотичного тиску, що розвивається в живих клітинах коренів. Воно пояснює такі явища, як гутація - «плач рослин». Втрата води при транспірації, зумовлена всисною силою атмосфери, створює дефіцит тиску в судинах, який передається через гідростатичну систему рослин вниз, до самих дрібних відгалужень коренів, і в результаті вода інтенсивно всмоктується всією кореневою поверхнею. Цей процес має набагато більше значення для дерев (з точки зору кількості поглинаючої води), ніж активне поглинання, що викликається кореневим тиском.

Транспірація відіграє важливу роль в житті рослини. Вона, насамперед створює неперервний потік води із кореневої системи до листків, поєднуючи всі органи рослин в єдине ціле. Також захищає рослинний організм від перегріву і з транспіраційним потоком пересуваються розчинні мінеральні і частково органічні поживні речовини, при цьому чим інтенсивніше транспірація, тим швидше іде й цей процес.

Об’єкт дослідження: листок як орган транспірації.

Предмет дослідження: фізіологічна роль транспірації.

Мета дослідження: узагальнення та систематизація інформації про особливості фізіологічного процесу - транспірації, з’ясувати значення транспірації та довести безпосередню роль продихів у фотосинтезі.

Завдання дослідження

Узагальнити відомості літературних джерел з фізіології транспірації.

Охарактеризувати фізіологічну роль процесу транспірації для рослин.

Довести, що вуглекислий газ, який використовується у фотосинтезі, потрапляє до організму через продихи.

Методи і методики дослідження

Вивчення та обробка робіт вітчизняних та зарубіжних ботаніків з даної теми; метод спостереження та експерименту; метод виділення та узагальнення отриманих знань про фізіологічну роль транспірації для рослини.

РОЗДІЛ І. Листок як орган транспірації

Інтенсивність транспірації у різних органів рослини неоднакова. Стовбур дерева та багаторічні пагони, вкриті товстими непроникними покривними тканинами, які випаровують, у порівнянні з тонкими листками, однорічними пагонами, лише дуже малу кількість води. Інтенсивно випаровують вологу квітки, але за обсягом виведеної рідини значно поступаються листку, що має більшу поверхню. Баланс випаровування складається так: головну масу води випаровують листки, тому вони слугують основним органом транспірації. Для того щоб зрозуміти суть процесу, необхідно знати структуру органу, в даному випадку листка.

З двох сторін - зверху і знизу - листок вкритий покривною тканиною - епідермісом. Це тканина щільного складу, що складається з одного ряду безбарвних клітин паренхімного типу, які часто бувають неправильної звивистої форми. Зазвичай ці клітини містять великі вакуолі й пристінно розташовану цитоплазму [2].

Із зовнішньої сторони вони вкриті кутикулою, до складу якої входять оксимонокарбонові кислоти. Ці кислоти з’єднані один з одним в ланцюжки за допомогою ефірних зв’язків. Кутикула варіює як за складом, так і за товщиною. Більш розвиненою кутикулою характеризуються листки світлолюбних рослин у порівнянні з тіньовитривалими і посухостійкими. Кутикула разом із клітинами епідермісу утворює бар’єр на шляху випаровування води. При цьому особливо значну перешкоду становить кутикула. Видалення кутикули у багато разів підвищує інтенсивність випаровування. Опір виходу води надають у певній мірі і потовщені стінки клітин епідермісу. Всі ці особливості виробилися в процесі еволюції як пристосування до зменшення випаровування [17].

Крім кутикули на поверхні листка можуть бути і інші утворення: волоски, залозки. Безпосереднього відношення до процесу транспірації вони не мають.

Між верхнім і нижнім шарами епідермісу розташована середня частина листка - мезофіл. Зазвичай він складається з двох типів тканин. До верхнього шару листка прилягає стовпчаста або палісадна паренхіма. Вона складається з декількох (1-3) шарів клітин, витягнутих у поперечному напрямку. Клітини щільно прилягають одна до одної і мають невеликі міжклітинники у кутках, які містять багато хлоропластів і здійснюють фотосинтез. Губчаста паренхіма знаходиться з нижньої сторони листка. Клітини її округлі, пухкі, з великою кількістю міжклітинників. Хлоропластів у них мало. У товщі мезофілу розташовані судинно-волокнисті або провідні пучки. Вони складаються з двох типів провідних тканин: судин, розташованих ближче до нижньої сторони листка, і флоеми, прилеглої до верхній сторони. Судинно-волокнистий пучок містить твірну тканину - камбій (відкритий пучок) і механічну тканину - склеренхіму і основну паренхіму [16].

Як зазначено вище, епідерміс утворений щільно прилеглими одна до одної клітинами. Єдиними отворами в листках є продихи, через які здійснюється газообмін листка і випаровується вода. Продихи частіше розташовуються на нижній стороні листка (у дерев), але можуть бути і з обох сторін (у трав’янистих рослин). Число їх різне: в середньому їх близько 300 на 1 мм2 поверхні листка. Зазвичай продихові отвори обмежені двома замикаючими клітинами, стінки яких нерівномірно потовщені. У дводольних рослин замикаючі клітини бобовидної або півмісяцевої форми, при цьому їх внутрішні прилеглі один до одного стінки більш товсті, а зовнішні - більш тонкі (рис. 1.1). Якщо води мало, замикаючі клітини щільно прилягають одна до одної і продихова щілина закрита, а, коли води в замикаючих клітинах багато, то вона тисне на стінки і більш тонкі стінки розтягуються сильніше.

А - відкритий продих; Б - закритий продих;

- продихова щілина;

- ядро;

- хлоропласт;

- товста клітинна оболонка

Рис. 1.1 Структура продихів у дводольних рослин

Останнім часом доведено, що для руху продихів велике значення має також розташування мікрофібрил целюлози. Якщо зазвичай в клітинах листків целюлозні фібрили орієнтовані в довжину і в цьому напрямку потовщені, то в замикаючих клітинах продихів мікрофібрили розташовані радіально, що підсилює стійкість до процесу розтягування [1].

Отже, листок - це головний орган рослини через який найбільше відбувається процес випаровування води, це пояснюється його анатомічною будовою. З огляду анатомії листка - це два шари епідермісу зверху та знизу, а з зовнішньої сторони шар кутикули, яка утворює бар’єр на шляху випаровування. У внутрішній будові наявний мезофіл, який диференційований і має судинно-волокнисті пучки, які забезпечують транспорт води до та по листку. Центральну роль можна виділити для продихів, які є єдиними отворами в епідермісі листків та відповідають за процес транспірації. Таке функціонування продихів обумовлене їх будовою - це щілина, яка оточена двома замикаючими клітинами, які відкриваються або закриваються в залежності від активності процесу транспірації, тобто вони є рухомими.

РОЗДІЛ ІІ. Транспірація як процес випаровування води

2.1 Поняття транспірації

У рослин окрім нижнього руху води кореневим двигуном також є верхній кінцевий двигун - випаровування води листками. Внаслідок цього відбувається надходження та рух води по рослині. Випаровування води в рослині називається транспірацією. ЇЇ можна розглядати як фізичний процес - перехід води в газоподібний стан та дифузії утвореної пари у навколишнє середовище (рис. 2.1).

Рис. 2.1 Дифузія молекул води з міжклітинників листка через відкриті продихи

Випаровування води рослиною можна зменшити за умови вирощування її в атмосфері насиченою парою, наприклад, в оранжереї чи теплиці. Зниженню процесу транспірації також сприяють поливи в ранковий час, коли навколо рослини утворюється пара.

Рослина має ряд пристосувань та анатомічних особливостей - кутикулу, восковий наліт, покривні волоски, які зменшують процес транспірації. Значно скорочує цей процес і опушеність нижньої поверхні листка. Але припинення транспірації погано впливає на процеси дихання, фотосинтезу, оскільки вуглекислий газ поступає в рослину через продихи [8].

Рослини випаровують значну частину поглиненої води. У випаровуванні беруть участь три структури:

Продихи - пори, через які дифундує вода, що випаровується з поверхні клітин (близько 90% від усієї втраченої води при відкритих продихах).

Кутикула - восковий шар, що покриває епідерміс листків і стебел; через неї проходить вода, що випаровується з зовнішніх оболонок клітин епідермісу (близько 10 %).

Сочевички - зазвичай їх роль у випаровуванні води дуже мала, але у листопадних дерев після скидання листки через них втрачається основна маса води. листок транспірація продих

Транспірацію можна охарактеризувати за допомогою наступних показників. Кількість води, яка випаровується рослиною з одиниці листової поверхні в одиницю часу називається інтенсивністю транспірації. Вона може бути виражена в грамах на 1 м2 або 1 мм2 за одну годину. Зазвичай для більшості рослин вона буде в середньому складати 15-250 г на 1 м2 вдень і 1-20 г на 1 м2 вночі. Інтенсивність транспірації прямо пропорційна різниці між концентрацією водяної пари на випаровуючій поверхні і вмісту її в атмосфері (г/см2), площа випаровуючої поверхні обернено пропорційна сумі дифузійного супротиву:

де,  - інтенсивність транспірації;  - градієнт концентрації водної пари між транспіруючою поверхнею і навколишнім середовищем;  - сума дифузійних опорів листка - епідермального шару, продихового та кутикулярного.

Супротив поверхневого шару у малих листків при відсутності вітру досягає 1 с/см, у великих - 3 с/см; при швидкості вітру біля 2 м/с супротив складає 0,03 с/см. Продиховий дифузійний супротив залежить від ступеню відкритості продихів. У трав’янистих рослин вони знаходяться в межах 0,8-2 с/см. У листопадних дерев, кущів і більшості злаків мінімальний дифузійний супротив листків становить 2-4 с/см, у тіньолюбних трав, степових злаків і вічнозелених листяних дерев - 3-5, у хвойних і сукулентів - 6-12 с/см. Кутикулярний супротив дифузії у більшості рослин зазвичай становить близько 20-100 с/см, а у хвої з посиленим захистом від транспірації він може досягати 400 с/см.

Транспірація є фізіологічно керованим процесом. Зміна ширини продихових щілин рослини регулює водообмін і одночасно контролює надходження СО2 в листок. Продихова газопровідність листка прямопропорційна площі продихових щілин і зростає зі збільшенням їх ширини.

Швидкість використання водного запасу характеризується кількістю використаної рослиною води за одиницю часу і виражається у відсотках до загальної кількості води в рослині. Використання запасу води в рослині коливається у межах від 10 до 80 %. Кількість створеної сухої речовини на 1кг випаруваної води служить показником продуктивності транспірації. Вона характеризується утворенням 1-8 г сухої речовини при проходженні 1 кг води.

Транспіраційний коефіцієнт показує, скільки води рослина витрачає на утворення сухої маси речовини. Ця величина, обернена продуктивності транспірації. Транспіраційний коефіцієнт у рослин знаходиться у межах 125-1000, в середньому 300, тобто на 1 т врожаю витрачається 300 т води.

Транспірація створює автоматичність водного потоку: надходження води в рослину та її випаровування. Без транспірації рослина не буде забезпечена водою, оскільки кореневий тиск подає незначну її кількість. Транспірація сприяє руху мінеральних речовин в рослині, які поглинаються з ґрунту коренями. Крім того, завдяки їй знижується температура рослини. Без транспірації рослина перегрівалась би й різні фізіологічні і біохімічні процеси не змогли би нормально протікати [7,11].

Отже, транспірація - це випаровування води з поверхні рослин. У цьому процесі беруть участь три структури: продихи, кутикула та сочевички. Транспірацію можна охарактеризувати за допомогою таких показників як: інтенсивність та продуктивність транспірації, транспіраційний коефіцієнт. Головною функцією транспірації є те, що рослина не перегрівається, завдяки чому відбувається нормальне протікання всіх в ній процесів.

2.2    Різновиди транспірації

Ґрунтуючись на знаннях про структури листка, що беруть участь у випаровуванні у рослин виділяють три типи транспірації:

Продихова (випаровування води через продихи);

Кутикулярна (випаровування води з поверхні листка, покритого кутикулою);

Перидермальна (через сочевички, стебло, бруньки) [13].

Для нормального функціонування рослини, особливо в період квітування та плодоношення, необхідна достатня насиченість клітин водою. У визначеній мірі це забезпечується транспірацією.

Продихова транспірація. Дослідження анатомічної будови листків та інших частин рослини показали, що вода випаровується головним чином через продихи. Продихову транспірацію можна розділити на ряд етапів.

Другий етап - це вихід пари води з міжклітинників або через кутикулу, або, головним чином, через продихові щілини. Поверхня всіх клітинних стінок, що стикаються з міжклітинними просторами, перевищує поверхню листка приблизно в 10-30 разів. Все ж якщо продихи закриті, то весь цей простір швидко насичується парами води і перехід води з рідкого в пароподібний стан припиняється. Інша картина спостерігається при відкритих продихах. Як тільки частина пари води вийде з міжклітинників через продихові щілини, так зараз же ця порожнина заповнюється за рахунок випаровування води з поверхні клітин. Оскільки продихова транспірація становить 80-90 % від усіх типів транспірації листка, то ступінь відкритості продихів є основним механізмом, який регулює інтенсивність транспірації.

При відкритих продихах загальна поверхня продихових щілин складає всього 1-2% від площі листка. Здавалося б, це повинно дуже сильно зменшувати випаровування у порівнянні з випаровуванням з вільної водної поверхні тієї ж площі, що і листок, однак це не так [11].