Физико-химическая сущность фотосинтеза

Метаболuческая теория, выдвинутая Д.А Сабининым, основывается на допущении, что клетки корня, через которые наблюдается односторонний ток воды, обладают полярностью. На противоположных сторонах осуществляются диаметрально разные процессы: на одной (обращенной к периферии) синтезируются осмотически активные сахара, а на противоположной - инертный в осмотическом отношении крахмал. В первом случае осмотическое давление и сосущая сила будут больше, следовательно, к этой стороне клетки будет поступать вода от соседней клетки и выдавливаться с противоположного конца в сторону сосуда. Так создается непрерывный односторонний ток воды в корневой системе, как результат развиваемого в корнях корневого давления.

В области эндодермы корня вода проходит через ее пропускные клетки, но их сравнительно мало. Другие клетки эндодермы с суберинизированными поясками Каспари, тесно связанными с плазмалеммой, представляют сильное препятствие току воды и растворов. По существу, эндодерма - основной барьер, препятствующий одностороннему току воды из клеток первичной коры в центральный цилиндр корня. Недавно с помощью современной техники было показано, что растворы проходят только через протопласты клеток эндодермы, тогда как в других клетках - как через симпласт, так и через апопласт (по клеточным стенкам).

 

Величина корневого давления обычно колеблется около 1 атм, реже 2,5 - 3,0 атм. С помощью корневого давления растения в ночное время суток  восполняют водный дефицит, возникающий в жаркий летний день.

Корневое давление, у древесных  растений действует в течение всего года, в том числе зимой, пополняя водные запасы ствола. Как установил Л. А. Иванов, после спиливания дерева влажность древесины пня повышается под действием корневого давления. Особенно велико значение корневого давления ранней весной до распускания листьев, когда отсутствует притягивающая воду транспирация. Корневое давление можно определить с помощью манометра, прикрепленного к пеньку срезанного растения.

В обычных условиях роль пассивного поглощения воды в водообмене растений существенно выше. Оно более выгодно и в энергетическом отношении, так как не связано с затратой внутренней энергии, присущей активному поглощению, а осуществляется за счет энергии Солнца.

 

Вопрос №88   Радиальное перемещение ионов в корне

Ответ: Корни переносят в надземные органы более 80 % поглощенных ионов. Это перемещение включает радиальный транспорт, загрузку ксилемы и дальний транспорт веществ по сосудам ксилемы. От эпидермиса, где ионы поглощаются из среды, к сосудам ксилемы ионы могут транспортироваться по симпласту и апопласту (рис. 1). Соотношение потоков по этим двум компартментам различается для разных ионов и зависит от их концентрации в растворе. При низкой доступности элементов минерального питания, обычной для почвенной среды, большинство ионов, поглощенных в зоне корневых волосков, сразу в ризодерме поступает в симпласт. При высокой концентрации в среде значительная часть ионов (до 50 % от поглощенных) перемещается по апопласту (кальций и бор транслоцируются преимущественно по апопласту). Апопластный радиальный транспорт в корне возможен только до эндодермы, у которой клеточные стенки имеют Пояски Каспари и не пропускают воду и растворенные вещества. Поэтому, достигнув эндодермы, все ионы загружаются в симпласт (рис. 1).

(Упрощенная схема путей радиального транспорта ионов по симпласту и апопласту в зоне корневых волосков)

Однако непроницаемость клеточных стенок эндодермы не является абсолютной, так как в этой ткани имеются пропускные клетки с тонкими стенками. Развитие боковых корней выше зоны корневых волосков также создает участки, где ионы могут перемещаться из коры в стель по апопласту, поэтому часть ионов и воды может достигать ксилемы, не поступая в симпласт. Симпластная транслокация ионов из клетки в клетку происходит по плазмодесмам, и эффективность перемещения зависит от плотности плазмодесм, пронизывающих клеточную стенку. Число плазмодесм на единице площади поверхности клетки меняется в зависимости от тканевой принадлежности клетки и ориентации стенки. В эпидермисе больше всего плазмодесм находится в стенках трихобластов. При этом на тангенциальной стороне плазмодесм больше, чем на радиальной, у трианеи в 3 раза, а у редиса в 1,7 раз. У безволосковых клеток число плазмодесм в стенках уменьшается по мере удаления от трихобласта.

По направлению от поверхности  корня к центру площадь цилиндрической поверхности каждого последующего ряда клеток, а в коре и их число  в ряду, уменьшаются. Для того чтобы скорость симпластного потока не снижалась, число плазмодесм должно возрастать.

 

Вопрос 114  Определение роста и развития.

Ответ: Рост и развитие, важнейшие жизненные процессы, лежащие в основе формирования растительного организма, его онтогенеза.

 Рост растений — необратимое увеличение размеров, связанное с новообразованием клеток, тканей и органов; Процессы деления и начального роста сосредоточены в образовательных тканях — меристемах.

В зависимости от расположения меристем различают:

- верхушечный рост - в длину, за счёт верхушечной меристемы побега и корня

- боковой - в толщину стебля за счёт камбия

- вставочный (или интеркалярный) - в длину побега, за счёт вставочных меристем в узлах стебля, например у мятликовых.

К меристеме прилегает зона объёмного  роста и дифференцировки клеток. Зона деления клеток составляет у  побега и корня несколько мм, а зона объёмного их роста может достигать 10 — 15 см. У монокарпических растений темпы роста увеличиваются вплоть до начала цветения, затем начинают убывать, свидетельствуя о старении организма. У поликарпических растений рост временно замедляется каждый раз в начале бутонизации.

Отсутствие видимого роста называется покоем растений, во время которого сохраняется скрытая меристематическая активность и идут процессы морфогенеза.

 развитие растений — последовательные качеств, изменения структуры и функций, возникающие в процессе онтогенеза и ведущие в конечном счёте к воспроизведению себя в потомстве.

Для успешного развития и роста растениям необходимы тепло, вода, свет, элементы питания. Для каждого вида существуют свои минимальные и максимальные температуры, длина дня и другие показатели. Большое значение имеют условия освещения и спектральный состав света. Например, при преобладании сине-фиолетовых лучей формируются растений с хорошо развитыми листьями и корнями, но с укороченным стеблем. Необходимым условием нормального развития и роста является снабжение их элементами корневого питания и обеспеченность водой. Между различными органами растений существует взаимовлияние (коррелятивная связь), обеспечивающее гармоничный рост и развитие растений в целом.

Существуют различные приёмы, с помощью которых можно успешно влиять на рост и размер растений. К их числу относится применение ретардантов, этилена и его производных и других регуляторов роста растений. С помощью мутагенов можно изменить наследственность растений, что позволяет, например, ограничить ростовые процессы (создание карликовых форм растений) и т.п.

 

Вопрос№129   Газовый состав атмосферы (влияние аэрации).

Ответ: Атмосфера - газовая оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Все живые организмы используют воздух атмосферы для дыхания, атмосфера защищает их от пагубного воздействия космических лучей и температуры.

Между атмосферой, земной поверхностью и другими сферами Земли происходит постоянный обмен теплом, влагой и газами, что вместе с циркуляцией воздушных масс в атмосфере влияет на основные климатообразующие процессы. Атмосфера защищает живые организмы от мощного потока космического излучения. Ежесекундно на верхние слои атмосферы обрушивается поток космических лучей: гамма, рентгеновские, ультрафиолетовые, видимые, инфракрасные. Если бы все они достигали земной поверхности, то в течение нескольких мгновений уничтожили бы все живое. Важнейшее защитное значение имеет озоновый экран.

Основное значение озонового экрана в том, что он защищает живые организмы  от жесткого ультрафиолетового излучения.

Атмосферный воздух - это смесь газов, из которых состоит атмосфера Земли. По газовому составу вся атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до 100 км) - гомосферу, имеющую состав, сходный с приземным воздухом, и верхнюю - гетеросфсру - с неоднородным химическим составом. Одним из важных компонентов атмосферы является кислород. В первичной атмосфере Земли кислород отсутствовал. Появление и накопление его связано с распространением зеленых растений и процессом фотосинтеза. Через атмосферу осуществляется обмен веществ Земли с космосом, при этом Земля получает космическую пыль и метеориты и теряет самые легкие газы - водород и гелий.

Благодаря пористости почва обладает воздухопроницаемостью. Воздухопроницаемость — свойство почвы пропускать воздух через поры, не занятые водой. Общий объем почвенных пор выше наименьшей влагоемкости (капиллярно-подвешенной влаги) называют воздухоемкостью, а общий объем пор, свободных от влаги,— воздухосодержанием, или порочностью аэрации. Воздухоемкость и воздухосодержание выражаются в процентах от объема почвы.

Воздушные свойства почвы зависят от влажности, объемной плотности, механического состава, структурности почвы. Благодаря воздухопроницаемости и порозности аэрации почвы в том или ином количестве содержат почвенный воздух. Почвенный воздух — газы, находящиеся в порах почвы, свободных от влаги; содержание его выражается в процентах от объема почвы и изменяется в зависимости от динамики влажности почв в данной местности.

Почвенный воздух хорошо дренированных почв содержит, %: азота — 78, кислорода — 21, аргона — 0,9, углекислого газа — 0,03. По составу он мало отличается от атмосферного (в нем больше углекислоты и меньше кислорода).

В зависимости от пористости, влажности, состава растений, количества органических веществ, микроорганизмов содержание O₂ и СО₂ в почвенном воздухе может меняться от 0 до 20 %. Различия в концентрации O₂ и С0₂ определяются интенсивностью использования О₂, поступлением С0₂ и быстротой газообмена между атмосферным и почвенным воздухом — аэрацией.

Аэрация, или газообмен почвенного воздуха с атмосферным осуществляется благодаря воздухопроницаемости почвы. Перемещение молекул происходит вследствие различия парциального давления газов (диффузии). Процесс диффузии газов в самой почве происходит в 5—20 раз медленнее, чем в атмосфере. На аэрацию оказывает влияние поступление влаги в почву, которая вытесняет воздух в атмосферу.

Значительное влияние на газообмен  оказывают верховодка и близколежащие (1,5—2,0 м) грунтовые воды с переменным уровнем. При подъеме уровня воды воздух, обогащенный углекислотой, выталкивается в атмосферу, а при опускании уровня воды происходит втягивание атмосферного воздуха, обогащенного кислородом. Аэрация усиливается благодаря изменению температуры и барометрического давления атмосферы. Нагревание почвы сопровождается расширением газов и их выходом в приземной слой воздуха, то же самое происходит при уменьшении атмосферного давления. И, наконец, газообмен почв усиливается при действии ветра в приземном слое, обычно занятом той или иной растительностью.

Значение почвенного воздуха и  аэрация для почвенных процессов, жизнедеятельности растений и микроорганизмов  определяется составом почвенного воздуха  и, в частности, соотношением; кислорода  и углекислоты.

 

Вопрос №153 Основные способы приспособления растений к факторам окружающей среды.

Ответ: Факторы окружающей среды, действующие на растения, делятся на абиотические и биотические. По отношению к этим двум группам факторов у растений выработались в процессе эволюции своеобразные методы защиты или приспособления к их переживанию.

К абиотическим факторам различают три главных способа приспособления растений:

механизмы, позволяющие избежать неблагоприятное  воздействие (переход в состояние покоя: образование почек, семян, вегетативных органов),

специальные структурные приспособления (различные видоизменения листьев, стеблей цветков и т.д.),

физиологические механизмы (С4-путь фотосинтеза, САМ-фотосинтез, увеличение вязкости цитоплазмы).

К биотическим факторам у растений также различают несколько способов приспособления (естественной защиты):

приспособления морфологического характера, механизм неспецифического иммунитета, т.е. приспособления биохимического характера (фитонциды, фитоалексины, алкалоиды),

механизм специфического иммунитет (выработка специализированных антител против возбудителей болезней).

К температурным факторам растения приспосабливаются используя виды приспособлений

морфологические - для снижения транспирации,

физиологические - для изменения вязкости цитоплазмы, переход в состояние покоя.