Передвижение воды по растению

Поданная корнем вода быстро перемеща­ется по растению к листьям. Возникает вопрос, как передвигается вода по растению? Поглощенная корневыми волосками вода проходит рас­стояние в несколько миллиметров по живым клеткам, а затем уже поступает в мертвые сосуды ксилемы.

Передвижение воды по живым клеткам возмож­но благодаря наличию сосущей силы, возрастающей от корневого волоска к живым клеткам, прилегающим к сосудам ксилемы. Такое же распределение сосущей силы имеется и в живых клетках листа (рис. 124).

При передвижении воды по живым клеткам лис­та сосущая сила каждой последующей клетки должна отличаться на 0,1 атм. В одном из опы­тов удалось установить, что в листе плюща в третьей клетке от жилки имелась сосущая сила, равная 12,1 атм, а в 210-й клетке — 32,6 атм. Та­ким образом, на преодоление сопротивления 207 клеток разница в сосущей силе составила 20,5 атм, т. е. как раз около 0,1 атм на каж­дую клетку. Из этих данных следует, что сопро­тивление осмотическому передвижению воды по живым клеткам равняется около 1 атм на 1 мм проходимого водой пути. Отсюда становится понят­ным, почему растения, не имеющие сосудов (мхи, лишайники), не достигают больших размеров. Только в связи с появлением трахеид (папоротникообразные и голосеменные) и сосудов (по­крытосеменные) в процессе эволюции создалась возможность для растения достигать высоты в несколько десятков и даже свыше сотни метров (эвкалип­ты, секвойи).

Только небольшую часть своего пути в растении вода проходит по живым клеткам — в корнях, а затем в листьях. Большую часть пути вода проходит по сосудам корня, стебля и листа. Испарение воды с поверх­ности листьев создает наличие сосущей силы в клетках листа и корня и поддерживает постоянное передвижение воды по растению. Поэтому листья растений и получили название верхнего концевого двигате­ля, в отличие от корневой системы растения, — нижнего конце­вого двигателя, который нагнетает воду в растение.

Рис. 124. Схема передви­жения воды по парен­химе

О значении передвижения воды по мертвым клеткам древесины — сосу­дам и трахеидам — можно судить по такому опыту.

Если мы срежем ветку какого-либо травянистого растения и поставим ее в воду, то вода будет поступать к листьям, передвигаясь по сосудам бла­годаря испарению с их поверхности. Если закупорить полости сосудов погружением ветви в расплавленную желатину, а затем, когда желатина втянется в сосуды и застынет, соскоблить ее с поверхности среза и опустить ветку в воду, то листья быстро завянут. Этот опыт показывает, что по жи­вым клеткам паренхимы вода не может быстро перемещаться к листьям.

Испаряя воду с поверхности своих листьев, растения автоматически тянут воду по сосудам. Чем интенсивнее транспирация, тем сильнее сосет воду растение. Присасывающее действие транспирации легко обнаружить, если срезанную ветку герметически укрепить в верхнем конце стеклянной трубки, наполненной водой, нижний конец которой погружен в чашку со ртутью. По мере испарения воды на ее место в трубку будет втягиваться ртуть (рис. 125). Конец поднятию ртути кладет воздух, выделяющийся из межклетников, который прерывает сообщение сосудов с водой. Обычно, однако, в подобном опыте удается поднять ртуть на значительную высоту. Работа верхнего концевого двигателя играет значительно большую роль для растения по сравнению с нижним, так как она идет автоматически, за счет энергии солнечных лучей, нагре­вающих лист и повышающих испарение. Работа нижнего концевого двигателя связана с затратой энергии за счет расходования накопленных в процессе фотосинтеза ассимилятов. Однако вес­ной, когда еще не распустилась листва, или во влажных тенистых местообитани­ях, где транспирация очень невелика, основную роль в передвижении воды играет корневая система, нагнетающая воду в растение. Материал с сайта http://worldof.school

Рис. 125. Присасывающее действие листьев

Присасывающая сила листьев настолько велика, что если перерезать облиственную ветку, то наблюдается не вытекание, а заса­сывание воды. В высоких деревьях это сосание воды листьями передается вниз на десятки метров. В то же вре­мя известно, что любой всасывающий насос не может поднять воду на вы­соту, превышающую 10 м, так как вес этого водяного столба будет соответ­ствовать атмосферному давлению и им уравновешиваться. Наблюдаемое раз­личие между всасывающим насосом и стеблем растения зависит от сцепле­ния воды со стенками сосудов. Опыты с кольцом спорангия папоротника показали, что сила сцепления воды здесь составляет 300—350 атм. Как известно, кольцо на спорангии папоротника состоит из мертвых клеток, у которых внутренние и боковые стенки утолще­ны, а наружные тонки. При созревании спорангиев клетки эти, наполнен­ные водой, теряют ее и уменьшаются в размерах. При этом происходит втягивание внутрь тонкой стенки и сближение концов толстых стенок меж­ду собой. Получается как бы натянутая пружина, стремящаяся оторвать от стенок воду. Когда происходит отрыв воды, то пружина распрямляется и споры с силой разбрасываются из спорангия, как из метательной машины. Вызвать этот отрыв воды можно погружением спорангиев в концентрирован­ные растворы некоторых солей. Измерения показали, что сила, производя­щая отрыв воды, оказалась равной примерно 350 атм. Из изложенного понятно, что сплошные водяные столбы, заполняющие сосуды, крепко спа­яны благодаря силе сцепления. Вес столба воды в 100 м высоты соответству­ет всего лишь 10 атм. Таким образом, огромная сила сцепления позволяет воде в стеблях растений подниматься на высоту, значительно превышающую барометрическую. Корневое давление и присасывающее действие листьев двигают водяной ток на значительную высоту. Большое значение при этом имеют также поперечные перегородки в сосудах, так как воздух, попадая в сосуды, изолируется и из общей системы водоснабжения исключаются лишь небольшие участки.

Скорость движения воды по сосудам сравнительно невелика. Для лиственных древес­ных пород она составляет в среднем 20 см³ в час на 1 см² поперечного се­чения древесины, а для хвойных всего 5 см³ в час. В то же время кровь по артериям движется со скоростью 40—50 см³ в секунду, а вода по водопровод­ным магистралям 100 см³ на 1 см² сечения в секунду.