Агро-Био-Тех

Подавляющая часть содержимого растительной клетки - вода, которая является важнейшей частью живой материи. Роль воды в растении обусловлена ее уникальными физико-химическими свойствами (полярность молекулы).

Полярность образуется благодаря несимметричному расположению в молекуле воды водорода и кислорода, что приводит к неравномерному распределению положительных и отрицательных зарядов.

Вследствие этой особенности молекула Н₂О, являясь электронейтральной, имеет, тем не менее, два полюса, то есть, представляет собой диполь. Благодаря этому, молекулы воды способны образовывать соединения с другими заряженными частицами, различной степени сложности.

В насыщенных водой клетках корней осуществляется вся сложнейшая цепь процессов ионного обмена с почвой. При поглощении воды белки развивают давление свыше 1000 атм.

В клетке растения вода может быть свободной и связанной. Связанной считают воду, которая удерживается коллоидами протоплазмы, а также другими осмотически активными веществами. На содержание связанной воды влияет количество находящихся в клетке растворенных веществ.

В листьях и корнях равновесие с внешним раствором наступает через 15-20 минут, но при этом обменивается чуть больше половины содержащейся в них воды. Вода же стеблей обменивается на 90%.

При искусственном подвяливании разных видов растений НАУ установлено, что наименее теряется при увядании прочно связанная вода и растения долго противостоят засухе и заморозкам.

Для осуществления всех процессов жизнедеятельности в клетку с окружающей среды должны поступать вода и питательные вещества. Внутри клетки вещества перемещаются за счет диффузии. Диффузия — это непроизвольный процесс, который обуславливает перемещение любого вещества с одного участка в другой, где концентрация данного вещества меньше.

Реальный поток молекул всегда осуществляется от источника, где их концентрация выше, в те участки, где концентрация ниже. Чем выше концентрация данного вещества, тем выше ее активность и химический потенциал.

Химический потенциал чистой воды, называют водным потенциалом. Наивысшее значение водного потенциала имеет химически чистая вода. Условно эту величину принято за нуль, а поэтому водный потенциал любого вещества имеет отрицательное значение.

Мембраны живых клеток способны транспортировать лишь определенные молекулы или ионы растворенных веществ, проявляя избирательность, которая зависит от природы мембраны.

Диффузия воды сквозь мембрану — это осмос.

Поскольку во всех биологических системах растворителем является вода, то осмос для них это диффузия воды сквозь мембрану. Чем концентрированнее раствор, тем выше осмотическое давление. Осмотический потенциал равен разнице между химическим потенциалом раствора и химическим потенциалом чистой воды. Он всегда отрицательный, а его величина свидетельствует о том, насколько растворенное вещество снижает активность воды.

Движение воды обуславливает не природа растворенного в ней вещества, а количество частичек этого вещества. Водный потенциал клетки становится более отрицательным благодаря присутствию органических веществ, которые связывают воду.

Возможно также поступление воды в клетку при помощи электроосмоса вследствие разности электрических потенциалов, которые возникают по разным сторонам мембраны.

Как правило, через мембрану быстрее проникают катионы или анионы. Чем быстрее они включаются в обмен веществ, тем интенсивнее происходит их поглощение.

Поэтому не бывает равновесия между содержимым ионов во внешнем растворе и их наличием в клеточном соку.

Все взаимодействия растений с водой имеют не биохимический, а биофизический характер, возможно даже и физико-химический. Для биохимических реакций необходимо лишь до 1% воды от количества, проходящего через растения. Необходимо уяснить очень важный момент. Вода нужна растению (клетке) не только как источник питания, а еще больше, как средство выведения из нее токсинов и других продуктов жизнедеятельности. Известно, что существует не только восходящий поток (по ксилеме), а и нисходящий — по флоэме.

Ксилема — система, обеспечивающая доставку воды и питательных веществ с почвы к верхней части растения. Диаметры проводящих элементов ксилемы варьируют в диапазоне 10-500 мкм для разных видов растений. Их длина может составлять от нескольких сот микрометров до двух и более метров. Через то, что эти проводящие элементы лишены протопластов и клеточных оболочек, сопротивление прохождению через них воды и растворов очень маленькое.

Вода по капилляру будет подниматься до тех пор, пока не уравновесится давление. Дополнительное давление в сосудах ксилемы не способно обеспечить подъем жидкости в растения свыше одного метра.

На больших расстояниях переносом воды управляет объемный поток, который в состоянии преодолеть силу притяжения и поддержать движение воды в ксилеме. Чем больше радиус капилляра, тем больше скорость объемного потока, доминирующего при переносе жидкости на большие расстояния.

Флоэма — вторая проводная система, распределяющая большинство органических веществ (в первую очередь фотоассимиллянтов) на обеспечение процессов роста разных частей растения.

В отличие от ксилемы проводящие элементы флоэмы имеют протоплазму. Эти проводные элементы называют ситоподобными трубками. Они соединены в единую цепочку, которая обеспечивает транспортировку органических веществ. Продукты фотосинтеза движутся по флоэме от листьев к корням, а сахар от корней до верхушки растения (с разгрузкой флоэмы). Работа флоэмы изучена еще не достаточно. Существует гипотеза, предусматривающая участие электроосмоса в транспорте веществ по флоэме. Транспорт ионов К+ сопровождается возникновением электрических полей на каждой сытоподобной пластинке. Скорость передвижения фотоасимилянтов составляет 50-100 см/час. Отток со стареющих органов по флоэме называют — реутинизация (вынос калозы). Чем активнее вода, тем лучше разгружается флоэма.

Активность чистой воды (Ав) равняется единице. Добавление растворенных веществ в воду уменьшает активность воды. Если изначальный потенциал клетки меньше раствора, то она его поглощает. В противном случае вода будет переходить с клетки в раствор, пока не установится динамическое равновесие.

В случае полного насыщения клетки листа водой фотосинтез уменьшается, так же, как и при ее дефиците. Максимальный фотосинтез при дефиците воды 5-20%.