Состояние воды в растении. Состояние воды в растении Основные источники поступления в организм

Лекция 2. Вода в растениях.

Вода является составной частью как самих растений, так и их плодов и семян. В живом растении вода составляет до 95% от массы его. Но это совсем мало, по сравнению с тем, сколько расходует растение, пока вырастет и даст урожай.
Потребность в воде, у различных растений, для того, чтобы осуществить свой цикл развития, например, для условий Узбекистана, только на испарение (транспирацию) самими растениями и испарение с поверхности почвы в сравнении с наземной массой, в сотни раз больше, чем вес воды, содержащейся во взрослом растении и его плодах.

Зачем же растениям нужна эта вода?

Какую функцию она выполняет?

Зачем так много воды надо растениям?

Ну начнём с того, что растения "хотят" не только пить, но и есть. Значит нужно как-то доставлять по стволам и веткам к листьям питательные элементы. Эти питательные элементы, засосанные корнями вместе с почвенной влагой, предварительно подготовленные в корнях в виде полуфабрикатов, доставляются по сосудам к листьям - фабрикам органических веществ.
Испаряя воду листьями, растение охлаждает их, не давая перегреться, получают из воздуха углекислый газ (в обмен на испаряемую воду), служащий материалом для создания всех органических веществ, идущих на построение всего растения.

Рисунок 2.1. Схема "функционирования" растения.
(заимствовано из книги "Жизнь зелёного растения".
А Гэлстон, П.Девис, Р.Сэттер).

Учёные, изучавшие досконально потребности растений в воде, были в значительной мере обескуражены непостоянством, так называемых транспирационных коэффициентов, показывающих отношение затрат воды на производство единицы веса сухой растительной массы даже у одних и тех же растений, (не говоря об их различии у влаголюбивой и засухоустойчивой растительности).
В зависимости от условий произрастания затраты воды на единицу урожая колеблются очень сильно. Замечено, что когда почвы бедны питательными элементами, то растение испаряет воды больше, чем на богатых оными.

Растения, имеющие в своём распоряжении много доступной для них влаги хорошего качества, "с удовольствием" её расходуют, буйно развивая вегетативную массу, но не "торопятся" плодоносить. В таких случаях говорят, что растения "жируют".

Растения, находящиеся в условиях ограниченных запасов влаги, "ведут себя сдержаннее". Они тратят меньше влаги, развивают умеренную вегетативную массу и быстрее вступают в фазы цветения и плодообразования.

А вот растения, сильно ущемлённые в воде, не только не развивают вегетативной массы и не дают плодов, но и могут просто погибнуть.

Растениям, которые обычно выращиваются на наших полях при существующих системах обработки почвы , не способны ходить глубоко за водой, как дикорастущие (и даже как культурные) растения пустыни на почвах нетронутых человеком.

Для нас важно обеспечить условия, чтобы получать устойчивые урожаи не только в годы с нормальными осадками, но и в засушливые. Поэтому все действия земледельца, способствующие накоплению и сохранению влаги в корнеобитаемом слое почвы, сторицей вознаграждаются растениями.

Почти у всех растений критической фазой развития (когда засуха оказывает наиболее вредное влияние на них) является период цветения и завязывания плодов. Что касается развития многолетних трав, используемых на корм животных в свежем виде или в виде сена, то у них наиболее уязвимыми, в отношении влаги, являются послеукосные периоды.

В эти критические периоды, желательно, чтобы влажность корнеобитаемого слоя почвы не опускалась ниже определённых пределов, которые не так просто определить даже с использованием научных понятий, но мы всё же, попробуем.

Несмотря на то, что многие процессы снабжения растений водой очень похожи в разных климатических зонах, все же, в зависимости от свойств почвы, свойств почвообразующих пород, наличия почвенного увлажнения грунтовыми водами, степени их солёности, уклонов местности, имеются большие различия и в способах сохранения почвенной влаги и в способах её пополнения.

Общая сезонная потребность растений в воде и особенности разных фаз их развития.

То, что потребные размеры орошения напрямую связаны с климатом, наверное ни у кого сомнения не вызывает…
Давайте по порядку, начнём с вопроса - сколько надо подать воды на поле, и в какие сроки, чтобы получить ожидаемый урожай. Прежде всего, посмотрим на рис. 2.1, где изображены среднемесячные климатические характеристики пустынной зоны Узбекистана. (В агроклиматических справочниках Вы всегда сможете найти эти характеристики для своей местности, а испаряемость (Eo) с водной поверхности - рассчитать по несложной формуле, если не найдёте её в готовом виде в том же справочнике).


Рис. 2.1. Климатические характеристики и дефицит водного баланса.
t - температура воздуха, в градусах Цельсия;
а - относительная влажность воздуха в %;
Ос - атмосферные осадки, мм.
Ео - испаряемость с водной поверхности, Ео = 0,00144 * (25 - t)2 * (100 - a) ;
Д = Ео - Ос - дефицит водного баланса (на рисунке закрашено жёлтым цветом в период вегетации).

На этом рисунке показан ход среднемесячных температур воздуха, количество атмосферных осадков, относительной влажности воздуха, вычисленные показатели испаряемости и дефицитов влажности. Площадь фигуры, залитая желтым - это дефициты вегетационного периода (в данном случае IV…IX месяцев). Но у каждой культуры свои сроки посева, свой вегетационный период, а поэтому и потребность в воде для поливов будет зависеть от этих величин и обусловит свой поливной период. То есть, растения скороспелые могут потребовать воды для завершения своего сезонного цикла развития значительно меньше, чем поздние, однако это относится в основном не к многолетним, древесно-кустарниковым растениям, которые потребляют влагу весь вегетационный период.

Хотя дефициты влаги - это ещё не сама потребность, но, во всяком случае, вычисленные помесячные дефициты влаги, дают ориентировочное представление в какие месяцы и насколько испаряемость превышает осадки, что немало для того, чтобы понять, насколько нужно орошение, или без него можно обойтись.

Учёные установили, что для расчета суммарного водопотребления можно пользоваться эмпирическими уравнениями, связывающими дефицит влаги с фактическими расходами влаги орошаемой культурой, (если определить коэффициенты, позволяющие найти соответствие между этими показателями).
Одна из самых простых зависимостей выглядит так:

Мвег = 10 * Кк * Д

(2.1)


Где Мвег - оросительная норма вегетационного периода рассматриваемой культуры, м3/га;
Кк - эмпирический коэффициент культуры, зависящий и от вида растений, применяемой агротехники и вегетационного периода;
Д - суммарный дефицит влаги за вегетационный период выращиваемой культуры, мм.

На рис. 2.2, как пример, показаны фазы развития хлопчатника, сроки начала вегетации, сроки начала поливного периода, доля физического (с поверхности почвы) испарения для центрального климатического пояса Узбекистана.


Рис. 2.2, Характерные периоды (фазы развития) для хлопчатника для центрального климатического пояса Узбекистана.

Для того, чтобы установить значение коэффициента Кк, учёные ведут многолетние опыты с разными вариантами поливных режимов и сопоставляют полученные урожаи с затратами воды, а далее, эти затраты сопоставляют с фактическими дефицитами влаги. Эти работы обеспечивают им (учёным) пожизненную занятость, ибо со временем меняются и сорта растений, и применяемая агротехника, и способы полива, да и климат, как известно, не постоянен…, так что можно изучать долго, можно сказать, - бесконечно долго. Для примера на рисунке 2.3 мы приведём результаты обобщения материалов изучения режимов орошения хлопчатника, примерно за лет 70. Сюда вошли результаты ~ 270 опытов, проводившихся более чем на 13 опытных станциях Узбекистана. Эта культура долгие годы была самой нужной, и по ней в Средней Азии больше всего проводилось исследований, ну, примерно раз в десять больше, чем по люцерне, пшенице и кукурузе!

Рассмотрим внимательно три графика на рис 2.3. Поясним немного суть графиков. Здесь У - урожай на какой-либо делянке из данного опыта, а Умах - это максимальный урожай на делянке, лучше всех обеспеченной водой в данном опыте. Все сравниваемые результаты по делянкам в каждом опыте, в каждый год исследования были получены при одних и тех же погодных условиях, но для каждой из делянок в опыте значения отношения поливной нормы к дефициту влаги за вегетацию (М/Д) было разным и урожай должен был зависеть только от объёма поливной воды.
Однако на рисунках видно, что урожай, близкий к максимальному (У/Умах = 1) бывает в разных опытах при отношении оросительной нормы к дефициту влаги за вегетационный период от 0,15, до 1.2, то есть разница почти десятикратная! И почему так, нам совершенно непонятно, поскольку из каждой, описанной в трудах учёных, серии опытов мы специально отбирали результаты только тех, где был одинаковый "фон ", а менялась только оросительная норма. И этот диапазон разброса данных почти одинаков, как при близких, так и при глубоких грунтовых водах! Ещё следует отметить, что максимальные урожаи в выбранных нами для анализа опытах не встречались, практически, ниже 45...50 ц/га, и в основном эти наинизшие показатели были характерны для северных районов Узбекистана.
Можно предположить, что, урожай, наверное, зависит не только от "фона" и объёма поданной на полив воды, но ещё связан с искусством земледельца? А может быть от своевременности проведенных поливов? Как Вы думаете? Во всяком случае, этот богатейший материал ждёт своих исследователей и аналитиков...

Но нам пока ничего не остаётся делать, как ориентироваться на "золотую середину" опытных "облаков" данных и принимать, в данном случае тот самый коэффициент в формуле 2.1 -
Кк = М/Д = 0,4…0,65 (м еньшие значения для близких грунтовых вод, а большие - для глубоких). Тем не менее, для ориентировки и это уже не так плохо. Зная по метеоданным дефицит за время вегетационного периода, можно, умножив его на коэффициент Кк, получить примерную потребность в оросительной воде. Для средних широт степной зоны Узбекистана суммарный дефицит составляет за вегетацию (IV…IX месяцы) около 1000 мм. Тогда оросительная норма составит от 400 до 650 мм, или в переводе на м3/га - 4000…6500 м3/га.
Примерно столько же требуется кукурузе на зерно, а зерновым достаточно в полтора раза меньше, то есть, 3000…4500 м3/га. Следует отметить, что часть этой потребности может покрываться запасами влаги за невегетационный период, если они могут быть сохранены в почве правильной агротехникой.


Рисунок 2.3. Фактические данные по затратам воды для хлопчатника, полученные в опытах разных учёных. На верхнем рисунке собраны данные, полученные при близких грунтовых водах, на среднем - данные для переходных условий между близкими и глубокими грунтовыми водами, а на нижнем - при грунтовых водах ниже 3 м.
(Точки над линией У/Умах = 1 условные, они просто показывают количество опытов, использовавшееся при оценке того или иного отношения М/Д и построения графиков).


Пока мы говорили о среднемноголетних показателях климата, но в природе год на год не приходится, есть засушливые годы, а есть очень дождливые. Естественно, что поливать в дождливый год незачем, а вот в засушливый - очень нужно. Поэтому оборудование для орошения будет использоваться только в отдельные засушливые годы. Но в некоторых условиях стабильность продуктивности сельскохозяйственного производства по годам, может оказаться важнее некоторых лишних издержек на организацию орошения.
Дальше мы (в лекции 9) немного расскажем, на что ещё тратится вода на оросительных системах, чтобы поддерживать нормальное развитие выращиваемых растений на полях, и "мало не покажется"!
Ниже, в таблице 3.1 для примера приведены значения коэффициентов Кк для разных культур в Узбекистане из работы, в которой был обобщён огромный опыт многих учёных Средней Азии (Расчётные значения оросительных норм сельскохозяйственных культур в бассейнах рек Сырдарьи и Амударьи. Составители: В.Р.Шредер, В.Ф.Сафонов и др.). "Снимая шляпу" перед большим учёным - моим наставником В.Р Шредером, являвшимся идеологом этого гигантского труда, я специально предварительно ознакомил вас с данными, в основном использованными при её составлении, для того, чтобы вы критически относились ко всяким не своим выводам и на слово никому не доверяли.

Таблица 2.1. Значения коэффициентов Кк для разных культур по климатическим зонам Узбекистана.

Культура

По климатическим зонам

С-1

С-2

Ц-1

Ц-2

Ю-1

Ю-2

Хлопчатник

0,60

0,63

0,65

0,68

0,70

Люцерна и другие травы

0,77

0,81

0,84

0,88

0,92

0,95

Сады и др.насаждения

0,53

0,55

0,58

0,60

0,62

0,65

Виноградники

0,44

0,46

0,48

0,50

0,52

0,54

Кукуруза и сорго на зерно

0,62

0,61

0,62

0,59

0,58

0,57

Пропашные культуры с повторными

0,66

20. Полное давление дыхания у растений приводит к …

1) гибели растения

21. У большинства растений преобладает …

1) на свету – фотосинтез, в темноте – дыхание

22. Механические раздражители вызывают _______________ дыхания.

1) стимуляцию

23. Поглощение воды сухими семенами растений вызывают _______________ интенсивности дыхания.

1) увеличение

24. В условиях засухи интенсивность дыхания клеток листа растений …

1) увеличивается

25. В условиях засухи эффективность дыхания клеток листа растений …

1) уменьшается

26. У растений, произрастающих на тяжелых и влажных почвах, происходит …

1) активация гликолиза и подавление аэробного дыхания

27. Зависимость дыхательных процессов у растения от соотношения количества АТФ и АДФ называется …

1) дыхательным контролем

28. Увеличение интенсивности дыхания _______ величину биологического урожая

1) уменьшает

29. Усиление дыхания _________________ обмен веществ у растения.

1) ускоряет

30. Представленный на рисунке опыт показывает …

1) необходимость воздуха для дыхания корней

31. Назовите цифру, которой на рисунке обозначены воздушные корни …

32. Назовите цифру, которой на рисунке обозначены дыхательные корни …

33. Назовите цифру, которой на рисунке обозначены ходульные корни …

34. Назовите цифру, которой на рисунке обозначены втягивающие корни …

35. Интенсивность дыхания прорастающих семян составляет _______ мг /г. ч.

36. Дыхательный коэффициент прорастающих семян пшеницы равен …

37. Дыхательный коэффициент прорастающих семян подсолнечника равен …

38. Дыхательный коэффициент меристемы _______ единицы.

1) значительно больше

39. Температурный оптимум дыхания составляет _______ градусов.

40. Критическая влажность семян масличных культур равна ______ %.

41. Критическая влажность семян зерновых культур равна ______%.

42. Значительно возрастает интенсивность дыхания при созревании сочных плодов …

43. Для биосинтеза аминокислот дыхание поставляет …

1) кетокислоты

ВОДНЫЙ ОБМЕН РАСТЕНИЙ

Водный обмен растительной клетки

1. Валентные связи атомов водорода и кислорода в молекуле воды расположены под углом ________ градусов.

2. Водородная связь имеет энергию __________ кДж/моль.

3. Благодаря высокой ____________ воды растение может поглощать значительные количества тепла без больших колебаний температуры ткани.

1) теплоемкости

4. В межфибриллярных полостях клеточной оболочки содержится ___ процентов всей клеточной воды.

5. Благодаря высокой __________ молекул воды она разъединяет анионы и катионы.

1) полярности

6. Вода имеет высокую плотность при ______ градусах С.

7. Вода составляет в среднем _________ % сырой массы растения.

8. Семена растений в воздушно-сухом состоянии содержат ___ % воды.

9. Около ________ % содержащейся в растении воды принимает участие в биохимических превращениях.

10. Диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в сторону раствора большей концентрации, называется.

1) осмосом

11. Молекулы воды в живых тканях ….

1) образуют кластеры с упорядоченной структурой

12. Эффективное передвижение минеральных веществ и продуктов фотосинтеза по сосудам растений обеспечивает высокая ________ воды.

1) растворяющая способность

13. Максимальное количество внутренней энергии молекул воды, которое может быть превращено в работу называется …

1) химическим потенциалом

14. Молекулы воды двигаются в сторону более низкого …

1) водного потенциала

15. Давление протопласта на клеточную стенку называется …

1) тургорное давление

16. Осмотическое давление будет равно тургорному при …

1) полном насыщении клетки водой

17. Давление клеточной стенки на протопласт называется …

1) тургорное натяжение

18. При полном насыщении клетки водой осмотическое давление будет …

1) равно тургорному по величине и противоположно по знаку

19. Давление, обусловливающее приток воды в вакуоль, называется …

1) сосущая сила

20. Если растительную клетку поместить в гипотонический раствор содержание воды в ней …

1) увеличивается

21. Больше всего воды в растительной клетке находится в …

1) вакуоли

22. Процесс диффузии воды в раствор, отделенный от нее полупроницаемой мембраной, которая пропускает только молекулы воды, называется …

1) осмосом

23. Силу, с которой вода поступает в клетку растения, называют …

1) сосущей

24. Вода, находящаяся в клетке в свободном состоянии, …

1) обладает высокой подвижностью

25. Вода в растительной клетке может иметь структуру, за счет возникновения _____________ между ее молекулами.

1) водородных связей

26. Давление протопласта на клеточную стенку называется …

1) тургорным

27. Явление потери тургора клетками растения в гипертонической среде называется …

1) плазмолизом

28. Одной из функций воды у растений называется …

1) регуляция температуры тканей

29. Одной из важнейших функций воды у растений является …

1) создание среды для протекания всех процессов метаболизма

30. Вода, связанная молекулами биополимеров клетки растения, называется...

1) коллоидно-связанной

31. Вода, связанная с ионами и низкомолекулярными соединениями клетки растения, называется …

1) осмотически-связанной

32. Разность между свободной энергией воды внутри и вне клетки при той же температуре и атмосферном давлении называется ____________ клетки.

1) водным потенциалом

33. У растения осмотически активными веществами являются …

1) органические кислоты

34. У растения осмотически неактивными веществами являются …

1) ксантофилы

35. Минимальное количество воды, при котором растение способно поддерживать постоянство своей внутренней среды, называется …

1) гомеостатическим

36. Разность между содержанием воды при максимальном насыщении ею тканей растения и ее содержанием в данный момент называется …

1) водным дефицитом

37. Скорость химических реакций и интенсивность физиологических процессов у растения зависит в первую очередь от содержания _________ воды.

1) свободной

38. Осмотическое поступление воды в растительную клетку в основном определяется содержанием осмотически активных веществ в …

1) вакуоле

39. Если растительную клетку поместить в изотонический раствор содержание воды в ней …

1) не изменится

40. Если растительную клетку поместить в гипертонический раствор содержание воды в ней …

1) уменьшится

41. Ассосиации молекул воды образуются за счет _______ связей.

1) водородных

43. За счет набухания коллоидов поглощают воду в основном …

44. Вода, находящаяся внутри макромолекулы или между молекулами, называется …

1) иммобилизованный

45. Свободное вытекание клеточного сока из промороженного клубня картофеля объясняется …

1) нарушением мембранных структур клеток

46. Осмос – это …

1) транспорт воды через мембрану по градиенту активности

47. Гидрофильные свойства клетки обеспечивают …

48. Вода обеспечивает поддержание теплового баланса растения за счет высокой (ого) …

1) теплоемкости

49. Вода обеспечивает транспорт веществ в растении за счет высокой (ого) …

1) растворяющей способности

1) водного

51. Максимальную способность вакуолизированной клетки поглощать воду характеризует _______________ потенциал.

1) осмотический

52. Степень насыщенности клетки водой характеризует ________ потенциал.

1) гидростатический

53. Способность клеток поглощать воду за счет набухания коллоидов характеризует __________ потенциал.

1) матричный

Поступление и передвижение воды по растению

1. Вода, находящаяся в почве в доступном для растений состоянии, называется…

1) гравитационная

2. Вода, находящаяся в почве в доступном для растений состоянии, называется…

1) капиллярная

3. Передвижение воды по капиллярам обусловлено ее …

1) высоким поверхностным натяжением

4. Длина корневых волосков в среднем равна _________ миллиметров.

5. Главным осмотическим пространством зрелых растительных клеток является …

1) вакуоль

6. Основная водопоглащающая часть корня – это зона …

1) корневых волосков

7. Корневые волоски в среднем живут ___________ дней.

8. В продукты фотосинтеза включаются ________ % прошедшей через растение воды.

9. Значительную долю воды за счет набухания коллоидов поглоща(ет)ют …

10. Плазмолиз в клетке вызывает ___________ раствор.

1) гипертонический

11. Наибольшее сопротивление току жидкой воды в растении оказывает …

1) корневая система

12. Общая поверхность корней превышает поверхность надземных органов в среднем в ____________ раз.

13. О наличии корневого давления в растениях свидетельствует …

1) плач растений

14. Плазмолиз можно использовать для определения _________ клеточного сока.

1) осмотического давления

15. Величину осмотического потенциала клетки в основном определяет …

1) концентрация вакуолярного сока

16. В растительной ткани движение воды …

1) направлено от клеток с более высоким водным потенциалом к клеткам с меньшим водным потенциалом

17. Давление, развиваемое корневой системой при подаче воды в надземные органы называется ______________ давлением.

1) корневым

18. Механизм, создающий корневое давление называется _________ двигателем воды.

1) нижним концевым

19. Факторы, тормозящие дыхание корней, ___________ величину корневого давления.

1) снижают

20. Основной водопроводящей тканью сосудистых растений является …

1) ксилема

21. У растения вода поглощается из почвы преимущественно клетками зон _____________ корня.

1) растяжения и корневых волосков

22. После дождя водный потенциал почвы ______ и корни растения легко поглощают воду.

1) увеличивается

23. Работа нижнего концевого двигателя водного тока у растения обеспечивается …

1) корневым давлением

24. Вода по стеблю растений транспортируется в виде …

1) непрерывных водных нитей

25. Поглощение воды корнем сопровождается __________ свободной энергии растительной системы.

1) снижением

26. Положительный гидротропизм – это рост корня в сторону_________ участков почвы.

1) влажных

27. Силу, поднимающую пасоку вверх по сосудам растения, называют …

1) корневым давлением

28. Для поглощения воды корнем необходимо, чтобы _____________ клеток эпиблемы был меньше аналогичного показателя почвенного раствора.

1) водный потенциал

29. Одним из механизмов создания градиента водного потенциала между почвой и клетками корня растения является …

1) работа ионных насосов мембраны

30. Одним из важнейших механизмов создания градиента водного потенциала между почвой и клетками корня растения является …

1) транспирация

31. Движение воды по растению происходит потому, что существует большая разница между водным потенциалом атмосферы и …

1) почвенного раствора

32. Вода поднимается по ксилеме, так как сцепленные молекулы воды создают непрерывный поток благодаря явлению …

1) когезии

33. Явление, когда полярные молекулы воды притягивают друг друга и в сосудах удерживаются за счет водородных связей, получило название …

1) когезия

34. Пояски Каспари, пропитанные суберином, __________________ движению воды по апопласту.

1) препятствуют

35. Поступление воды в корень начинается с корневых волосков, затем вода передвигается в …

1) паренхиму корня

36. Поступление воды в корень начинается с корневых волосков, затем вода передвигается в паренхиму корня, далее следует …

1) перицикл

37. Различная легкость передвижения воды по паренхиме и по сосудам обусловлена совершенно различными механизмами передвижения воды по ним. По сосудам вода течет как по полым трубкам, подчиняясь законам …

1) термодинамики

38. Различная легкость передвижения воды по паренхиме и по сосудам обусловлена совершенно различными механизмами передвижения воды по ним. По паренхимным клеткам вода передвигается в основном за счет …

39. Движение воды через полупроницаемую мембрану по градиенту водного потенциала – это …

40. Сильное уплотнение почвы затрудняет поглощение воды корнями вследствие …

1) подавления дыхания

41. Затопление почвы затрудняет поглощение воды растение вследствие …

1) ухудшения аэрации

42. Холодная почва является физиологически сухой из-за …

1) подавления поглотительной деятельности корня

43. Корневое давление зависит от …

1) энергетической эффективности дыхания

44. Гуттация является проявлением …

1) корневого давления

45. Поглощение воды меристематической зоной корня осуществляется за счет ________ сил.

1) матричных

46. Связь корневого давления с дыханием корней установил …

1) Д.А.Сабинин

47. Периодичность плача растений установил …

1) Д.О.Баранецкий

48. В системе почва – корень – лист – атмосфера самое низкое значение водного потенциала имеет …

1) атмосфера

49. В системе почва – корень – лист – атмосфера самое высокое значение водного потенциала имеет …

50. Водный потенциал корневых волосков равен …

51. В корне самое низкое значение водного потенциала у …

1) сосудов ксилемы

Транспирация, и ее регулирование растением

1. У растений одной из функций транспирации является …

1) терморегуляци

2. Испарение воды в атмосферу из клеточных стенок эпидермиса листа называют ___________ транспирацией.

1) кутикулярной

3. Процесс испарения воды надземными органами растения называют …

1) транспирацией

4. Процесс открывания устьиц растения начинается с ___________ замыкающими клетками осмотически активных соединений.

1) поглощения

5. Обычно интенсивность транспирации у растений достигает максимума …

6. Процесс выделения воды в виде жидкости надземными органами растения называют …

1) гуттацией

7. Вещества в составе кутикулы листа обычно …

1) гидрофобны

8. Особенностью замыкающих клеток устьиц растения является …

1) неодинаковая толщина клеточной стенки

9. Абсцизовая кислота вызывает ____________________ устьиц.

1) закрытие

10. Ауксин вызывает ____________________ устьиц.

1) открытие

11. Транспирация может быть двух типов …

1) устьичной и кутикулярной

12. Увеличение содержания СО 2 в межклетниках вызывает _______________ устьиц.

1) закрытие

13. Открытие устьиц обычно ________________ фотосинтез.

1) стимулирует

14. Главным фактором, регулирующим устьичную транспирацию у растений, является …

15. Работа верхнего концевого двигателя водного тока у растения обеспечивается …

1) транспирацией

16. При наличии листьев и оптимальной влажности воздуха главную роль в транспорте воды у растения играет ______________________ концевой двигатель тока воды.

1) верхний

17. У растений устьица образованы клетками …

1) эпидермиса

18. У растений одной из функций транспирации является …

1) терморегуляция

19. У растений одной из функций транспирации является …

1) газообмен

20. Замыкающие клетки устьиц должны быть парными, потому что изменение их формы зависит от …

1) уровня тургора

21. Стрессовое воздействие сухого воздуха вызывает выделение эпидермальными клетками ______________ в апопласт, что является непосредственной причиной быстрого закрывания устьиц.

1) абсцизовой кислоты

22. Открывание устьиц стимулируется …

1) низкой межклеточной концентрацией СО 2

23. Открывание устьиц стимулируется …

1) высокой интенсивностью света

24. Закрывание устьиц вызывается …

1) низкой влажностью окружающей среды

25. Закрывание устьиц вызывается …

1) повышением температуры листа

26. Закрывание устьиц вызывается …

1) выделением абсцизовой кислоты

27. Транспирация снижает температуру листа за счет высокой (ого) ___ воды.

1) теплоты парообразования

28. Закрывание устьиц по мере развития водного дефицита обусловлено увеличением концентрации …

1) абсцизовой кислоты

29. Фотоактивное открывание устьиц начинается с …

1) включения протонной помпы

30. Увеличение осмотического давления клеточного сока при открывании устьиц происходит за счет ионов …

1) калия и хлора

31. На ширину устьичной щели значительное влияние оказывает концентрация ________ в замыкающих клетках.

32. Основной путь расходования воды растением …

1) транспирация

33. Устьица расположена в _______ листа.

1) эпидермисе

34. В условиях водного дефицита устьичная транспирация ограничена …

1) испарением воды с поверхности клеток в межклетники

35. Интенсивность транспирации определяют путем учета …

1) убыли массы растения

36. В жаркий летний полдень у листьев, расположенных в глубине кроны дерева, интенсивность транспирации …

1) снижается

37. Соотношение между транспирацией и испарением воды с такой же величины открытой водной поверхности – это ________________ транспирация (ии)

1) относительная

38. При достаточной влагообеспеченности интенсивность транспирации имеет самый высокий уровень …

1) в полдень

39. Водяной пар передвигается в межклетниках листа за счет …

1) диффузии

Эффективность использования воды растениями и физиологические основы орошения

1. Для гигрофитов минимально необходимое для их жизни содержание воды составляет ____________ процентов.

2. Для мезофитов минимально необходимое для их жизни содержание воды составляет _____________ процентов.

3. Для ксерофитов минимально необходимое для их жизни содержание воды составляет _____________ процентов.

4. Количество воды в процентах, недостающее для полного насыщения ткани листа водой называется …

1) водным дефицитом

5. Максимальный водный дефицит в листьях растений при нормальных условиях наблюдается в …

1) полдень

6. Суммарный расход воды за вегетацию с 1 га посева (включая испарение с поверхности почвы) – это …

1) эвапотранспирация

7. Выпадение 100 кубометров воды на га соответствует ____________ миллиметров осадков.

8. Коэффициент водопотребления – это отношение …

1) эвапотранспирации к созданной биомассе

9. Коэффициент водопотребления увеличивается при …

1) снижении плодородия почвы

10. Транспирационный коэффициент уменьшается при …

1) внесении удобрений

11. Для накопления растениями сухого вещества оптимальная влажность почвы составляет ________ %.

12. Количество сухого вещества, накопленного растением при израсховании 1 кг воды, называется …

13. Количество граммов воды, израсходованное растением при образовании 1 г сухого вещества, называется …

14. Ослабление поглощения воды корнями при уплотнении почвы или затоплении ее водой вызвано …

1) подавлением дыхания

15. Необходимость в поливе растений можно оценить по …

1) электропроводности тканей

16. Растения наиболее чувствительны к недостатку влаги в период …

1) закладки репродуктивных органов

17. Одним из ранних изменений указывающих на недостаток воды у растения и необходимость полива является …

1) резкое падение величины водного потенциала

18. Транспирационный коэффициент – это количество воды, необходимое для продукции 1 г ___________________ вещества.

19. Продуктивность транспирации – это масса (в граммах) ____________ вещества образующегося при испарении 1000 г воды.

20. Состояние, при котором растение не может поглощать воду, несмотря на ее большое количество в окружающей среде, называется _____

1) физиологической

21. При орошении без внесения удобрений величина транспирационного коэффициента у растений …

1) возрастает

22. При снижении содержания кислорода в почве транспирационный

коэффициент у растений …

1) уменьшается

24. Растения, которые не могут регулировать свой водный обмен, называются …

1) гомойогидрическими

25. Водные растения с листьями, частично или полностью погруженными в воду или плавающими, называются …

1) гидрофиты

26. У большинства растения при снижении температуры воздуха транспирационный кэффициент …

1) уменьшается

27. В качестве антитранспиранта при пересадке растений используют …

1) абсцизовую кислоту

28. В качестве пленочных антитранспирантов при пересадке растений используют …

29. При завядании растения интенсивность транспирации …

1) снижается

30. При засухе увядают нижние (более старые) листья в связи с тем, что …

31. При засухе первыми увядают нижние (более старые) листья в связи с тем, что …

1) водный потенциал верхних листьев ниже

32. Количество граммов сухого вещества, накопленного растением при испарении 1000 г воды, - это …

1) продуктивность транспирации

33. Количество граммов воды, израсходованной растением на накопление 1 г сухого вещества – это …

1) транспирационный коэффициент

34. Отношение общего количества воды, израсходованного за вегетационный период, к созданному урожаю – это …

1) коэффициент водопотребления

35. Коэффициент водопотребления посева зерновых культур составляет …

36. Продуктивность транспирации культурных растений составляет …

37. Сельскохозяйственные культуры по отношению к воде относятся к экологической группе …

1) мезофитов

38. При засухе водный дефицит растений возрастает …

1) с утра до вечера, ночью полностью не исчезает

39. При нормальной влагообеспеченности водный дефицит растений возрастает …

1) с утра до полудня, снижается к вечеру и полностью исчезает ночью

40. Значение транспирационного коэффициента может быть использовано для характеристики …

1) способности растения эффективно использовать воду

41. Наибольшей чувствительностью к водному дефициту характеризуется …

42. В условиях водного дефицита происходит образование …

1) абсцизовой кислоты

43. Для установления необходимости полива определяют …

1) водный дефицит

МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ

Физиологическая роль элементов минерального питания

1. Суховершинность плодовых культур наблюдается при остром дефиците …

2. Фосфор входит в состав …

    нуклеотидов

3. Важным свойством _____ является способность к образованию макроэргических связей

4. Элементом минерального питания, в наибольшей степени усиливающим морозостойкость растений, является …

5. Элемент минерального питания, входящий в состав хлорофилла, называется …

6. Функционально активные рибосомы образуются с участием …

7. Биохимическая роль бора заключается в том, что он …

    активирует субстраты

8. Нуклеиновые кислоты содержат …

9. Нуклеиновые кислоты содержат …

10. Недостаток ____ вызывает повреждение концевых меристем.

    Химический состав и питание растений
  • Химический состав растений и качество урожая
  • Роль отдельных элементов в жизни растений. Вынос питательных веществ с урожаем сельскохозяйственных культур

    • В состав растений входит вода и так называемое сухое вещество, представленное органическими и минеральными соединениями. Соотношение между количеством воды и сухого вещества в растениях, их органах и тканях изменяется в широких пределах. Так, содержание сухого вещества в плодах огурцов, бахчевых культур может составлять до 5% общей их массы, в кочанах капусты, корнях редиса и турнепса - 7-10, корнеплодах столовой свеклы, моркови и луковицах лука - 10-15, в вегетативных органах большинства полевых культур - 15-25, корнеплодах сахарной свеклы и клубнях картофеля - 20-25, в зерне хлебных злаков и бобовых культур - 85-90, семенах масличных культур - 90-95%.

    Вода

    В тканях растущих вегетативных органов растений содержание воды колеблется от 70 до 95%, а в запасающих тканях семян и в клетках механических тканей - от 5 до 15%. По мере старения растений общий запас и относительное содержание воды в тканях, особенно репродуктивных органов, снижается.

    Функции воды в растениях обусловлены присущими ей физическими и химическими свойствами. Она обладает высокой удельной теплоемкостью и благодаря способности испаряться при любой температуре предохраняет растения от перегрева. Вода - прекрасный растворитель для многих соединений, в водной среде происходит электролитическая диссоциация этих соединений и усвоение растениями ионов, содержащих необходимые элементы минерального питания. Высокое поверхностное натяжение воды определяет ее роль в процессах поглощения и передвижения минеральных и органических соединений. Полярные свойства и структурная упорядоченность молекул воды обусловливают гидратацию ионов и молекул низко- и высокомолекулярных соединений в клетках растений.

    Вода является не просто наполнителем растительных клеток, но и неотделимой частью их структуры. Оводненность клеток тканей растений обусловливает их тургор (давление жидкости внутри клетки на ее оболочку), является важным фактором интенсивности и направленности разнообразных физиологических и биохимических процессов. При непосредственном участии воды происходит огромное число биохимических реакций синтеза и распада органических соединений в растительных организмах. Особое значение вода имеет в энергетических преобразованиях в растениях, прежде всего в аккумуляции солнечной энергии в виде химических соединений при фотосинтезе. Вода обладает способностью пропускать лучи видимой и близкой к ней ультрафиолетовой части света, необходимой для фотосинтеза, но задерживает определенную часть инфракрасной тепловой радиации.

    Сухое вещество

    Сухое вещество растений на 90-95% представлено органическими соединениями - белками и другими азотистыми веществами, углеводами (сахарами, крахмалом, клетчаткой, пектиновыми веществами), жирами, содержание которых определяет качество урожая (табл. 1).

    Сбор сухого вещества с товарной частью урожая основных сельскохозяйственных культур может колебаться в очень широких пределах - от 15 до 100 ц и более с 1 га.

    Белки и другие азотистые соединения.

    Белки - основа жизни организмов - играют решающую роль во всех процессах обмена веществ. Белки выполняют структурные и каталитические функции, являются также одним из основных запасных веществ растений. Содержание белков в вегетативных органах растений обычно составляет 5-20% их массы, в семенах хлебных злаков - 6-20%, а в семенах бобовых и масличных культур - 20-35%.

    Белки имеют следующий довольно стабильный элементарный состав (в %): углерод - 51-55, кислород - 21-24, азот - 15-18, водород - 6,5-7, сера - 0,3-1,5.

    Растительные белки построены из 20 аминокислот и двух амидов. Особое значение имеет содержание в белках растений так называемых незаменимых аминокислот (валина, лейцина и изолейцина, треонина, метионина, гистидина, лизина, триптофана и фенилаланина), которые не могут синтезироваться в организме человека и животных. Эти аминокислоты люди и животные получают только с растительными пищевыми продуктами и кормами.

    Таблица №1.
    Средний химический состав урожая сельскохозяйственных растений, в % (по Б. П. Плешкову)
    Культура Вода Белки Сырой протеин Жиры Др. углеводы Клетчатка Зола
    Пшеница (зерно) 12 14 16 2,0 65 2,5 1,8
    Рожь (зерно) 14 12 13 2,0 68 2,3 1,6
    Овес (зерно) 13 11 12 4,2 55 10,0 3,5
    Ячмень(зерно) 13 9 10 2,2 65 5,5 3,0
    Рис (зерно) 11 7 8 0,8 78 0,6 0,5
    Кукуруза (зерно) 15 9 10 4,7 66 2,0 1,5
    Гречиха (зерно) 13 9 11 2,8 62 8,8 2,0
    Горох (зерно) 13 20 23 1,5 53 5,4 2,5
    Фасоль (зерно) 13 18 20 1,2 58 4,0 3,0
    Соя (зерно) 11 29 34 16,0 27 7,0 3,5
    Подсолнечник (ядра) 8 22 25 50 7 5,0 3,5
    Лен (семена) 8 23 26 35 16 8,0 4,0
    Картофель (клубни) 78 1,3 2,0 0,1 17 0,8 1,0
    Сахарная свекла (корни) 75 1,0 1,6 0,2 19 1,4 0,8
    Кормовая свекла (корни) 87 0,8 1,5 0,1 9 0,9 0,9
    Морковь (корни) 86 0,7 1,3 0,2 9 1,1 0,9
    Лук репчатый 85 2,5 3,0 0,1 8 0,8 0,7
    Клевер (зеленая масса) 75 3,0 3,6 0,8 10 6,0 3,0
    Ежа сборная (зеленая масса) 70 2,1 3,0 1,2 10 10,5 2,9
    *Сырой протеин включает белки и небелковые азотистые вещества

    Белки различных сельскохозяйственных культур неравноценны по аминокислотному составу, растворимости и переваримости. Поэтому качество растениеводческой продукции оценивается не только по содержанию, но и по усвояемости, полноценности белков на основе изучения их фракционного и аминокислотного состава.

    В составе белков находится подавляющая доля азота семян (не менее 90% общего количества в них азота) и вегетативных органов большинства растений (75-90%). В тоже время в клубнях картофеля, корнеплодах и листовых овощах до половины общего количества азота приходится на долю азотистых небелковых соединений. Они представлены в растениях минеральными соединениями (нитраты, аммоний) и органическими (среди которых преобладают свободные аминокислоты и амиды, хорошо усваиваемые в организмах животных и человека). Небольшая часть небелковых органических соединений в растениях представлена пептидами (построенными из ограниченного количества остатков аминокислот и поэтому в отличие от белков имеющими низкую молекулярную массу), а также пуриновыми и пиримидиновыми основаниями (входящими в состав нуклеиновых кислот).

    Для оценки качества растениеводческой продукции часто пользуются показателем «сырой протеин», которым выражают сумму всех азотистых соединений (белка и небелковых соединений). Рассчитывают «сырой протеин» путем умножения процентного содержания общего азота в растениях на коэффициент 6,25 (получаемый исходя из среднего (16%) содержания азота в составе белка и небелковых соединений).

    Качество зерна пшеницы оценивается по содержанию сырой клейковины, количество и свойства которой определяют хлебопекарные свойства муки. Сырая клейковина - это белковый сгусток, остающийся при отмывании водой теста, замешанного из муки. Сырая клейковина содержит примерно 2/3 воды и 1/3 сухих веществ, представленных прежде всего труднорастворимыми (спирто- и щелочерастворимыми) белками. Клейковина обладает эластичностью, упругостью и связанностью, от которых зависит качество выпекаемых из муки изделий. Между содержанием «сырого протеина» в зерне пшеницы и «сырой клейковины» существует определенная коррелятивная зависимость. Количество сырой клейковины можно рассчитать путем умножения процентного содержания сырого протеина в зерне на коэффициент 2,12.

    Углеводы

    Углеводы в растениях представлены сахарами (моносахарами и олигосахаридами, содержащими 2-3 остатка моносахаров) и полисахаридами (крахмалом, клетчаткой, пектиновыми веществами).

    Сладкий вкус многих плодов и ягод связан с содержанием в них глюкозы и фруктозы. Глюкоза в значительных количествах (8-15%) содержится в ягодах винограда, откуда и получила название «виноградный сахар», и составляет до половины общего количества сахаров в плодах и ягодах. Фруктоза, или «плодовый сахар», накапливается в больших количествах в косточковых плодах (6-10%) и содержится в меде. Она слаще глюкозы и сахарозы. В корнеплодах доля моносахаридов среди Сахаров невелика (до 1% общего их содержания).

    Сахароза - дисахарид, построенный из глюкозы и фруктозы. Сахароза является основным запасным углеводом в корнях сахарной свеклы (14-22%) и в соке стеблей сахарного тростника (11-25%). Целью выращивания этих растений и является получение сырья для производства сахара, используемого в питании людей. В небольших количествах находится во всех растениях, более высоким ее содержанием (4-8%) отличаются плоды и ягоды, а также морковь, столовая свекла и лук.

    Крахмал в небольших количествах содержится во всех зеленых органах растений, но в качестве основного запасного углевода накапливается в клубнях, луковицах и семенах. В клубнях картофеля ранних сортов содержание крахмала 10-14%, средне- и позднеспелых - 16-22%. В расчете на сухую массу клубней это составляет 70-80%. Примерно такое же относительное содержание крахмала в семенах риса и пивоваренного ячменя. В зерне других хлебных злаков крахмала обычно 55-70%. Между содержанием белка и крахмала в растениях существует обратная зависимость. В богатых белками семенах зернобобовых культур крахмала меньше, чем в семенах злаков; еще меньше крахмала в семенах масличных культур.

    Крахмал - легко усвояемый организмом людей и животных углевод. При ферментативном (под действием ферментов амилаз) и кислотном гидролизе распадается до глюкозы.

    Клетчатка, или целлюлоза - основной компонент клеточных стенок (в растениях она связана с лигнином, пектиновыми веществами и другими соединениями). Волокно хлопчатника на 95-98%, лубяные волокна льна, конопли, джута на 80-90% представлены клетчаткой. В семенах пленчатых злаков (овса, риса, проса) клетчатки содержится 10-15%, а в не имеющих пленок семенах хлебных злаков - 2-3%, в семенах зернобобовых культур - 3-5%, в корнеплодах и клубнях картофеля - около 1 %. В вегетативных органах растений содержание клетчатки составляет от 25 до 40% на сухую массу.

    Клетчатка - высокомолекулярный полисахарид из неразветвленной цепи глюкозных остатков. Ее усвояемость значительно хуже, чем крахмала, хотя при полном гидролизе клетчатки образуется также глюкоза.

    Пектиновые вещества - высокомолекулярные полисахариды, содержащиеся в плодах, корнеплодах и растительных волокнах. В волокнистых растениях они скрепляют между собой отдельные пучки волокон. Свойство пектиновых веществ в присутствии кислот и сахаров образовывать желе или студни используется в кондитерской промышленности. В основе строения этих полисахаридов лежит цепь из остатков полигалактуроновой кислоты с метильными группировками.

    Жиры и жироподобные вещества (липиды) являются структурными компонентами цитоплазмы растительных клеток, а у масличных культур выполняют роль запасных соединений. Количество структурных липидов обычно небольшое - 0,5-1% сырой массы растений, но они выполняют в растительных клетках важные функции, в том числе по регуляции проницаемости мембран. Семена масличных культур и сои используют для получения растительных жиров, называемых маслами.

    По химическому строению жиры - смесь сложных эфиров трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. В растительных жирах ненасыщенные кислоты представлены олеиновой, линолевой и линоленовой кислотами, а насыщенные - пальмитиновой и стеариновой кислотами. Состав жирных кислот в растительных маслах определяет их свойства - консистенцию, температуру плавления и способность к высыханию, прогорканию, омылению, а также их пищевую ценность. Линолевая и линоленовая жирные кислоты содержатся только в растительных маслах и являются «незаменимыми» для человека, так как не могут синтезироваться в его организме. Жиры являются наиболее энергетически выгодными запасными веществами - при их окислении выделяется на единицу массы в два раза больше энергии, чем углеводов и белков.

    К липидам относятся также фосфатиды, воски, каротиноиды, стеарины и жирорастворимые витамины A, D, E и K.

    В зависимости от вида и характера использования продукции ценность отдельных органических соединений может быть различной. В зерне злаков основными веществами, определяющими качество продукции, являются белки и крахмал. Большим содержанием белка среди зерновых культур отличается пшеница, а крахмала - рис и пивоваренный ячмень. При использовании ячменя для пивоваренного производства накопление белка ухудшает качество сырья. Нежелательно также накопление белка и небелковых азотистых соединений в корнях сахарной свеклы, используемых для производства сахара. Зернобобовые культуры и бобовые травы отличаются повышенным содержанием белков и меньшим - углеводов, качество их урожая зависит прежде всего от размеров накопления белка. Качество клубней картофеля оценивается по содержанию крахмала. Цель возделывания льна, конопли и хлопчатника - получение волокна, состоящего из клетчатки. Повышенное количество клетчатки в зеленой массе и сене однолетних и многолетних трав ухудшает их кормовые достоинства. Масличные культуры выращиваются для получения жиров - растительных масел, используемых как для пищевых, так и промышленных целей. Качество продукции сельскохозяйственных культур может зависеть и от наличия других органических соединений - витаминов, алкалоидов, органических кислот и пектиновых веществ, эфирных и горчичных масел.

    Условия питания растений имеют важное значение для повышения валового сбора наиболее ценной части урожая и улучшения его качества. Например, усиление азотного питания увеличивает относительное содержание в растениях белка, а повышение уровня фосфорно-калийного питания обеспечивает большее накопление углеводов - сахарозы в корнях сахарной свеклы, крахмала в клубнях картофеля. Созданием соответствующих условий питания с помощью удобрений можно повысить накопление наиболее ценных в хозяйственном отношении органических соединений в составе сухого вещества растений.

    Элементарный состав растений

    Сухое вещество растений имеет в среднем следующий элементарный состав (в весовых процентах); углерод - 45, кислород - 42, водород -6,5, азот и зольные элементы - 6,5. Всего в растениях обнаружено более 70 элементов. На современном уровне развития научных данных около 20 элементов (в том числе углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, бор, медь, марганец, цинк, молибден, ванадий, кобальт и йод) считаются, безусловно, необходимыми для растений. Без них невозможны нормальный ход жизненных процессов и завершение полного цикла развития растений. В отношении еще более 10 элементов (в том числе кремния, алюминия, фтора, лития, серебра и др.) имеются сведения об их положительном действии на рост и развитие растений; эти элементы считаются условно необходимыми. Очевидно, что по мере совершенствования методов анализа и биологических исследований общее число элементов в составе растений и список необходимых элементов будут расширены.

    Углеводы, жиры и прочие безазотистые органические соединения построены из трех элементов - углерода, кислорода и водорода, а в состав белков и других азотистых органических соединений входит еще и азот. Эти четыре элемента - С, О, Н и N получили название органогенных, на их долю в среднем приходится около 95% сухого вещества растений.

    При сжигании растительного материала органогенные элементы улетучиваются в виде газообразных соединений и паров воды, а в золе остаются преимущественно в виде окислов многочисленные «зольные» элементы, на долю которых приходится в среднем всего около 5% массы сухого вещества.

    Азот и такие зольные элементы, как фосфор, сера, калий, кальций, магний, натрий, хлор и железо, содержатся в растениях в относительно больших количествах (от нескольких процентов до сотых долей процента сухого вещества) и называются макроэлементами.

    Количественные различия в содержании макро- и микроэлементов в составе сухого вещества растений показаны в таблице 2.

    Относительное содержание азота и зольных элементов в растениях и их органах может колебаться в широких пределах и определяется биологическими особенностями культуры, возрастом и условиями питания. Количество азота в растениях тесно коррелирует с содержанием белка, а его всегда больше в семенах и молодых листьях, чем в соломе созревших культур. В ботве содержание азота больше, чем в клубнях и корнеплодах. В товарной части урожая основных сельскохозяйственных культур на долю золы приходится от 2 до 5% массы сухого вещества, в молодых листьях и соломе зерновых, ботве корне- и клубнеплодов 6-14%. Наиболее высоким содержанием золы (до 20% и более) отличаются листовые овощи (салат, шпинат).

    Состав зольных элементов у растений также имеет существенные различия (табл. 3). В золе семян зерновых и бобовых культур сумма оксидов фосфора, калия и магния составляет до 90%, а среди них преобладает фосфор (30-50% массы золы). Доля фосфора в золе листьев и соломы значительно меньше, и в ее составе преобладают калий и кальций. Зола клубней картофеля, корней сахарной свеклы и других корнеплодов представлена преимущественно оксиданом калия (40-60% массы золы). В золе корнеплодов содержится значительное количество натрия, а в соломе злаков - кремния. Более высоким содержанием серы отличаются бобовые культуры и растения семейства капустные.

    Таблица №3.
    Примерное содержание отдельных элементов в золе растений, в % ее массы
    Культура P 2 O 5 K 2 O СаО MgO SO 4 Na 2 O SiO 2
    Пшеница
    зерно 48 30 3 12 5 2 2
    солома 10 30 20 6 3 3 20
    Горох
    зерно 30 40 5 6 10 1 1
    солома 8 25 35 8 6 2 10
    Картофель
    клубни 16 60 3 5 6 2 2
    ботва 8 30 30 12 8 3 2
    Сахарная свекла
    корни 15 40 10 10 6 10 2
    ботва 8 30 15 12 5 25 2
    Подсолнечник
    семена 40 25 7 12 3 3 3
    стебли 3 50 15 7 3 2 6

    В состав растений в относительно больших количествах входят кремний, натрий и хлор, а также значительное число так называемых ультрамикроэлементов, содержание которых исключительно мало - от 10 -6 до 10 -8 %. Физиологические функции и абсолютная необходимость этих элементов для растительных организмов еще не окончательно установлены.

    Вода в жизни растений играет огромную роль, она является составной частью каждого растения, каждого его органа. Процентное содержание воды в растительном организме:
    • в протоплазме содержится около 80% воды,
    • в клеточном соке - 96-98% воды,
    • в оболочках растительных клеток до 50% воды.
    • в листьях содержание воды достигает 80-90%.
    Большой процент воды содержится в сочных плодах:
    • в - до 98%,
    • в - 94%,
    • в - 92%,
    • в - 77%.
    Сочные плоды содержат большой процент воды.

    Вода - основной растворитель

    Высокое содержание воды в тканях растения необходимо для активной синтетической деятельности. Вода - основной растворитель , и при ее участии осуществляется поступление в растение растворенных в воде питательных веществ через корни и передвижение их из одних клеток в другие.

    Вода во взаимодействии растений с окружающей средой

    Благодаря воде осуществляется взаимодействие растения с окружающей средой . В процессе фотосинтеза вода принимает непосредственное участие в образовании углеводов . Из 1000 частей воды, проходящих через растение, только 2-3 части используются в процессе фотосинтеза на образование углеводов, а 997-998 частей воды проходит через растение для поддержания его тканей в состоянии насыщения и для компенсации испаряющейся воды. Большая листовая поверхность растений приводит к трате огромного количества воды: за один час растения расходуют до 80-90% содержащейся в них воды. От количества воды в замыкающих клетках устьиц зависит степень их открытия; при большом ее содержании устьица открыты, и через них поступает углекислый газ в растение.

    Расход воды растениями

    Различные растения содержат неодинаковое количество воды , оно изменяется как в течение суток, так и в течение вегетационного периода. К концу вегетации содержание воды уменьшается.
    Расход воды растениями. Из высших растений обезвоживание выдерживают очень немногие представители пустынной флоры, (подробнее: ) тогда как сухие семена, некоторые и лишайники могут сохранять жизнеспособность и при малом содержании воды. В различных условиях произрастания потребность растения в воде неодинакова. В сухом и жарком климате растения за вегетационный период расходуют воды в 2-3 раза больше, чем в умеренном климате.

    Состояние воды в растениях

    Вода в растениях бывает в двух состояниях - в свободном и связанном . Связанной водой считают воду, которая удерживается гидрофильными коллоидами протоплазмы и активными веществами. Связанная вода теряет свойства растворителя и не принимает активного участия в превращении и передвижении веществ по растению. Роль связанной воды заключается в том, что она препятствует слипанию мицелл между собой и придает структурную устойчивость гидрофильным коллоидам протоплазмы. Количество связанной воды в растении непостоянно, в молодых растениях больше связанной воды, чем в старых. Свободная вода в растении - среда, в, которой протекают все процессы его жизнедеятельности. Большое количество свободной воды испаряется растением. Подобное разделение воды на свободную и связанную условно, так как вся имеющаяся в клетках вода связана с веществами, входящими в состав протоплазмы, клеточного сока и оболочки. Эти формы воды различаются лишь по характеру и прочности связей. Биологи провели ряд опытов с тяжелой водой , содержащей О 18 . У молодых растений фасоли, погруженных корнями в тяжелую воду, происходила быстрая смена части воды тканей на воду, содержащую О 18 .
    Куст растения фасоли в цветении. В тканях листьев и корней, имеющих быстрый обмен веществ, равновесие с внешним раствором наступало уже через 15-20 минут, при этом обменивалось немного более половины воды. Вода в стебле заменялась на 90%. При увядании листьев быстрее всего терял воду клеточный сок, вода цитоплазмы удерживалась значительно сильнее, меньше всего терялась вода, входящая в состав органоидов. На основании этих опытов были сделаны выводы, что в растении имеется трудно и легко обмениваемая вода .

    В книге рассказывается о воде и ее значении в жизни Земли. Отмечая влияние хозяйственной деятельности человека на состояние водных ресурсов планеты, авторы затрагивают актуальные вопросы их охраны и комплексного использования. В частности, они останавливаются на научной разработке бессточной технологии и современных методов очистки сточных вод, защите Мирового океана от загрязнения и других аспектах проблемы «чистая вода».

    Книга:

    Вода в живом организме

    <<< Назад
    		Вперед >>>

    Вода в живом организме

    На долю воды приходится основная часть массы любого живого существа на Земле. У взрослого человека вода составляет больше половины массы тела. Именно у взрослого человека, потому что в разные периоды жизни содержание воды в организме изменяется. У эмбриона оно достигает 97 %; сразу после рождения общее количество воды в организме быстро уменьшается - у новорожденного ее уже только 77 %. Дальше содержание воды продолжает постепенно снижаться, пока не станет в зрелом возрасте относительно постоянным. В среднем содержание воды в организме мужчин от 18 до 50 лет составляет 61 %, женщин - 54 % от массы тела. Разница эта связана с тем, что организм взрослых женщин содержит больше жира; при отложении жира вес тела увеличивается и доля воды в нем снижается (у людей, страдающих ожирением, содержание воды может уменьшиться до 40 % от массы тела). После 50 лет организм человека начинает «усыхать»: воды в нем становится меньше.

    Больше всего воды - 70 % всей воды организма - находится внутри клеток, в составе клеточной протоплазмы. Остальное - это внеклеточная вода: часть ее (около 7 %) находится внутри кровеносных сосудов и образует плазму крови, а часть (около 23 %) омывает клетки - это так называемая межтканевая жидкость.

    Еще в 1858 г. знаменитый французский физиолог Клод Бернар сформулировал принцип постоянства внутренней среды организма - нечто вроде закона сохранения массы - энергии для живых существ. Этот принцип гласит: поступление в организм различных веществ должно быть равно их выделению. Ясно, что и потребление воды должно быть равным расходу. Как же человек расходует воду?

    Водные потери организма учесть довольно трудно, потому что немалая часть их приходится на долю так называемых неощутимых потерь. Например, вода в виде паров содержится во выдыхаемом воздухе - это примерно 400 мл/сут. Около 600 мл/сут ее испаряется с поверхности кожи. Немного воды выделяют слезные железы (и не только тогда, когда мы плачем: выделяемая ими жидкость постоянно омывает глазное яблоко); вода теряется также с капельками слюны при разговоре, кашле и т. д. Остальные пути выделения воды легче поддаются учету: это 800-1300 мл в сутки, выделяемые с мочой, и около 200 мл - с испражнениями. Если суммировать все вышеуказанные цифры, то получается около 2–2,5 л; эта цифра, средняя, потому что расход воды может сильно колебаться в зависимости от внешних условий, индивидуальных особенностей обмена или в результате его нарушений.

    В соответствии с этим и суточная потребность организма взрослого человека в воде составляет в среднем около 2,5 л. Это, впрочем, вовсе не означает, что человек должен каждый день выпивать не меньше 10 стаканов воды: основная часть потребляемой нами воды содержится в пище. Часть воды образуется также непосредственно в организме в процессе жизнедеятельности - при распаде белков, жиров и углеводов (эндогенная вода). Например, при окислении 100 г жиров возникает 107 мл воды, 100 г углеводов - 55 мл. Следовательно, наиболее выгоден (в смысле получения эндогенной воды) жир. И не случайно значительные жировые отложения наблюдаются как раз У тех животных, которые приспособились длительное время обходиться без воды извне, вырабатывая ее в своем организме. В их числе крупное животное пустыни - верблюд. Резерв жира в его горбе при полном окислении позволяет получить около 40 л эндогенной воды, что составляет суточную потребность в ней животного. Разумеется, солидный запас жира не заменяет полностью верблюду питьевой воды. Жировыми отложениями - источником эндогенной воды, кроме верблюда, обладают в пустыне курдючные породы овец. Жир накапливается в хвостах некоторых тушканчиков, под кожей желтого и малого суслика, ежей и т. д. Исключительно эндогенной водой утоляют жажду австралийские мыши.

    Ни один жизненный процесс в организме человека или животного не может совершаться без воды и ни одна клетка не в состоянии обойтись без водной среды. С участием воды протекают практически все функции организма. Так, испаряясь с поверхности кожи и дыхательных органов, вода принимает участие в процессах терморегуляции.

    Процесс пищеварения - важнейшая функция организма. Процесс пищеварения в желудочно-кишечном тракте протекает только в водной среде. В этом процессе вода играет роль хорошего растворителя почти всех пищевых продуктов.

    Выпитая вода прежде всего всасывается сквозь стенки желудка и кишечника в кровь и с ней равномерно распределяется по всему организму, переходя из крови в межтканевую жидкость, а затем и в клетки. Такой обмен воды происходит довольно интенсивно. Находясь в состоянии соединения с водой, пищевые продукты (белки, углеводы, жиры, минеральные соли) также легко всасываются в кровь и поступают во все органы и затем ткани организма.

    Переход воды из крови в межтканевую жидкость целиком подчинен физическим законам. Работа сердца создает внутри сосудов гидростатическое давление, стремящееся вытолкнуть жидкость сквозь стенку сосуда. Этому противодействует осмотическое давление, которое создают растворенные в крови вещества. Точнее говоря, главную роль здесь играет не осмотическое давление, а только та малая его часть (примерно 1/220), которую образуют белки плазмы крови - это так называемое онкотическое давление. Дело в том, что и воду, и низкомолекулярные растворенные вещества, создающие основную часть осмотического давления, стенки капилляров пропускают свободно, но для белков они практически непроницаемы. И именно онкотическое давление, создаваемое белками, удерживает воду внутри капилляра.

    В начальной, артериальной части капилляра гидростатическое давление велико - оно гораздо больше онкотического. Поэтому вода вместе с растворенными в ней низкомолекулярными веществами выжимается сквозь стенки капилляра в межклеточное пространство. В конечной, венозной части капилляра гидростатическое давление значительно меньше, потому что здесь капилляр расширяется. Онкотическое же давление, образованное белками, здесь, наоборот, повышается, поскольку часть воды уже покинула капилляр и объем плазмы уменьшился, а концентрация белков в ней возросла. Теперь онкотическое давление становится больше гидростатического, и здесь вода, несущая с собой продукты жизнедеятельности клеток, поступает из межклеточного пространства обратно в сосудистое русло.

    Такова общая картина обмена воды между кровью и тканями. Правда, этот механизм применим не во всех случаях; с его помощью, например, нельзя объяснить обмен жидкости в печени. Гидростатическое давление в печеночных капиллярах недостаточно для того, чтобы вызвать переход жидкости из них в межтканевое пространство. Здесь играют роль уже не столько физические законы, сколько ферментативные процессы.

    Из межтканевой жидкости вода попадает в клетки. Этот процесс также определяется не только законами осмоса, но и свойствами клеточной мембраны. Такая мембрана, кроме пассивной проницаемости, зависящей от концентрации того или иного вещества по разные ее стороны, обладает еще и свойством активно переносить определенные вещества даже против градиента концентрации, т. е. из более разбавленного раствора в менее разбавленный. Другими словами, мембрана действует как «биологический насос». Регулируя таким путем осмотическое давление, клеточная мембрана управляет и процессами перехода сквозь нее воды из межклеточного пространства внутрь клетки и обратно.

    Главный путь выведения воды из организма - почки; через них проходит около половины воды, покидающей тело. Почки - один из наиболее энергично работающих органов, потребление энергии на единицу веса здесь больше, чем в любом другом. Из всего поглощаемого человеком кислорода не менее 8-10 % используется именно в почках, хотя их вес составляет всего 1/200 часть веса тела. Все это свидетельствует о важности тех процессов, которые в них происходят.

    В сутки через почки проходит более 1000 л крови - это значит, что каждая капля крови за сутки побывает здесь не меньше двухсот раз. Здесь кровь очищается от ненужных продуктов обмена веществ , которые она приносит из всех органов и тканей растворенными в плазме, т. е. в конечном счете опять-таки в воде.

    Когда кровь проходит через начальную, артериальную часть почечного капилляра, около 20 % ее благодаря высокому гидростатическому давлению (в почечных капиллярах оно вдвое выше, чем в обычных) выходит сквозь стенку капилляра в полость почечного клубочка - это так называемая первичная моча. При этом, как и во всех остальных капилярах организма, сквозь стенку почечного капилляра проходят все растворенные в плазме вещества, кроме белков. Среди них помимо отбросов, которые необходимо удалить из организма, есть и нужные вещества, выделение которых было бы бессмысленным расточительством. Этого организм позволить себе не может, и поэтому в почечном канальце, куда первичная моча попадает из почечного клубочка, производится тщательная сортировка. Питательные вещества, различные соли, другие соединения постоянно реабсорбируются - переходят сквозь стенки канальца обратно в кровь, в примыкающий к канальцу капилляр. Ведущую роль в этом процессе реабсорбции играют сложные ферментативные реакции.

    Вместе с полезными веществами покидает первичную мочу и вода. В начальном отделе почечного канальца вода реабсорбируется пассивно: она переходит в кровь вслед за активно реабсорбируемым натрием, глюкозой и другими веществами, выравнивая возникающую разницу в осмотическом давлении.

    В конечном же отделе почечного канальца, когда реабсорбция полезных веществ уже в основном закончена, возвращение воды в кровь регулируется иным механизмом и зависит только от того, насколько нужна организму сама эта вода. В стенках кровеносных сосудов разбросаны нервные рецепторы, которые очень тонко реагируют на изменение содержания воды в крови. Как только воды становится меньше, чем нужно, нервные импульсы от этих рецепторов поступают в гипофиз, где начинает выделяться гормон вазопрессин. Под влиянием его вырабатывается фермент гиалуронидаза. Фермент делает проницаемым для воды стенки почечных канальцев, разрушая водонепроницаемые полимерные комплексы, входящие в их состав, - как будто открывает кран для выхода воды сквозь стенку канальца. В результате вода, теперь уже следуя законам осмоса, переходит в кровь. Чем меньше воды в организме, тем больше выделяется вазопрессина, тем больше вырабатывается гиалуронидазы, тем больше воды всосется обратно в кровь.

    В конечном счете из всей первичной мочи лишь меньше 1 % выделяется почками в виде «настоящей» мочи, которая теперь уже содержит только отработанные продукты жизнедеятельности и только ненужную организму воду.

    Экспериментально установлено, что для удаления отходов жизнедеятельности человеческого организма требуется ежедневно не менее 500 мл мочи. Если человек пьет много воды, она разбавляет мочу, удельный вес которой понижается. При недостаточном поступлении воды в организм, когда после восполнения потерь ее через кожу и легкие на долю почек остается меньше 500 мл, часть отработанных продуктов жизнедеятельности остается в организме и может вызвать его отравление. Именно этим опасно водное голодание.

    Особенно тяжело человек переносит обезвоживание. Если потери воды не восполняются, то в результате нарушений физиологических процессов ухудшается самочувствие, падает работоспособность, а при высокой температуре воздуха нарушается терморегуляция и может наступить перегрев организма. При потере влаги, составляющей 6–8 % от веса тела, у человека повышается температура тела, краснеет кожа, ускоряется сердцебиение, учащается дыхание, переходящее в одышку, появляется мышечная слабость, головокружение, головные боли и наступает полуобморочное состояние. При потере 10 % воды могут происходить необратимые изменения в организме. Потеря воды в количестве 15–20 % при температуре воздуха выше 30° является уже смертельной, а потеря 25 % воды смертельна и при более низких температурах.

    Отходы жизнедеятельности человека выделяются также с потом. В среднем поверхность человеческого тела занимает 1,5 м 2 .

    Человек в сильную жару очень потеет. За сутки он буквально «выдает» ведро пота: был бы сух воздух.

    Главная составная часть жидкости в таком ведре - обычная, ничем не примечательная вода. В ней растворены нелетучие и летучие компоненты. С нелетучими ознакомиться просто - пот соленый: около 1 % NaCl, да еще фосфаты и сульфаты. Много в поте и креатинина. А вот с летучими компонентами плохо знакомы даже специалисты, но кое-что все же известно: космобиологи пришли к выводу, что даже мало потеющий человек через кожу выделяет столько веществ, что трехкубовая замкнутая атмосфера за сутки насытится вредоносными соединениями выше предельно допустимых норм. На Земле это не беда, но в космосе форточку не откроешь.