Поступление воды в растительную клетку

Зависимость от условий.

Вода, поступая в клетку, двигается по градиенту водного потенциала, который создается благодаря активному поглощению клетками корня солей. Растения формируют большую корневую систему.Вода двигается в почве за счет диффузии очень медленно: в течение месяца не более чем на 30 см., а корень движется к воде в процессе роста. Рост является важнейшей особенностью корня как органа, поглощающего воду.

Строение корня: Эпиблема, состоящая из одного слоя клеток, покрывает молодые корни; ее главная функция — поглощение веществ. Наружные стенки клеток эпиблемы не имеют ни кутикулы, ни воска, поэтому они хорошо приспособлены для поступления воды. Некоторые клетки эпиблемы вытягиваются и превращаются в корневые волоски(поверхность корня увеличивается в 10—15 раз). Кроме того, транспортные белки, находящиеся в плазмалемме корневых волосков, активнее, чем в других клетках; из корневых волосков идет больше плазмодесм в клетки экзодермы. Корневые волоски живут несколько дней и разрушаются, верхней части зоны растяжения образуются новые. Корневой волосок имеет большую центральную вакуоль, поэтому главный механизм поступления в него воды — осмос. Постепенно по мере роста корня эпиблема заменяется пробкой. Через опробковевшие части вода почти не поступает в корень. Большую часть (до 80—90 %) площади поперечного сечения молодого корня составляет первичная кора. В ее крупных клетках цен тральные вакуоли занимают около 90 % объема протопласта. В состав клеточных стенок входит только целлюлоза, поэтому они хорошо проницаемы для воды. В коре много межклетников, которые в зависимости от условий могут быть заполнены воздухом или водой.

Внутри корня находится центральный цилиндр, отделенный от коры эндодермой. Эндодерма состоит из одного слоя клеток, в радиальных и поперечных стенках которых откладывается суберин, а у некоторых растений — лигнин. Образуются так называемые пояски Каспари, не проницаемые для веществ и воды. За эндодермой находится перицикл. В состав центрального цилиндра входят проводящие ткани. Большие сосуды ксилемы окружены живыми клетками ксилемной паренхимы. Крупные поры в клеточных стенках соединяют их с сосудами. Флоэма состоит из ситовидных трубок, клеток-спутниц и флоэмной паренхимы. С помощью проводящих тканей поддерживается связь между корнем и другими частями растения.

По длине в корне различают 4 зоны: деления клеток, их растяжения, зону дифференцировки (зону корневых волосков) и зону опробковения. Некоторое количество воды может поступать и через опробковевшую часть корня, что характерно главным образом для деревьев. Корень обладает положительным гидротропизмом, т. е. при недос татке воды растущие части корня изгибаются и растут в сторону влажных участков почвы. Из клеток эпиблемы вода передвигается по коре к центральному цилиндру, поступает в проводящие ткани и транспортируется в стебель и листья, из которых она испаряется. Вода передвигается всегда в сторону более отрицательного водного потенциала.

Механизмы возникновения градиента водного потенциала: 1) активное поглощение солей клетками эпиблемы и их активное передвижение из одной клетки в другую, 2) транспирация.

Поглощенные клетками эпиблемы вещества не остаются в них. Они транспортируются в соседние клетки первичной коры, а затем поступают в проводящие ткани центрального цилиндра, главным образом в сосуды Живые клетки паренхимы центрального цилиндра активно выделяют растворимые органические и минеральные вещества в сосуды. Увеличение концентрации веществ в сосудах понижает их водный потенциал, поэтому вода движется в них через клетки корня.

Для активного выделения солей должны работать мембранные транспортные белки, требующие затраты АТФ. Поэтому передвижение воды в корневой системе зависит от дыхания корней, температуры и аэрации почвы, действия дыхательных ядов. Ближний транспорт воды в корне состоит из двух последовательных фаз: поступления воды в клетку и выделения ее по направлению к сосудам,в результате сокращения и расслабления сократительных белков.Выделение воды приводит к уменьшению водного потенциала клетки, создавая тем самым условия для поступления в нее следующей порции воды, в результате транспорт происходит ритмично. Поступление воды в сосуды — не просто осмотический процесс, он зависит и от интенсивности обмена веществ в клетках корня.

Вторая причина возникновения градиента водного потенциала в растении — испарение воды побегами, т. е. транспирация. Вытекание пасоки из разрезанного стебля называют плачем растения, а силу, поднимающую пасоку вверх по сосудам, — корневым давлением Вода в корневой системе может перемещаться в радиальном направлении тремя путями: При транспорте по апопласту вода передвигается по клеточным стенкам, не проходя через мембраны. При симпластном транспорте вода проникает в клетку через полупроницаемую мембрану и далее перемещается по протопластам клеток, которые соединены между собой многочисленными плазмодесмами. При трансмембранном транспорте вода перетекает через клетки и при этом проходит, по крайней мере, две плазматические мембраны. Аквапорины — мембранные белки, образующие в мембранах специализированные водные каналы и определяющим проницаемость для воды.

Для транспорта в сосуды ксилемы, вода должна пройти через полупроницаемую мембрану клеток эндодермы. Таким образом, мы имеем дело как бы с осмометром, у которого полупроницаемая мембрана расположена в клетках эндодермы. Вода устремляется через эту мембранув сторону меньшего(более отрицательного) водного потенциала. Далее вода поступает в сосуды ксилемы.Дальнейшее передвижение воды идет по сосудистой системе корня, стебля и листа. Проводящие элементы ксилемы состоят из сосудов и трахеид.

Опыты с кольцеванием показали, что восходящий ток воды по растению движется в основном по ксилеме. В проводящих элементах ксилемы вода встречает незначительное сопротивление, что, естественно, облегчает передвижение воды на большие расстояния. Из сосудов стебля вода попадает в сосуды листа. Вода движется из стебля через черешок или листовое влагалище в лист. В листовой пластинке водопроводящие сосуды расположены в жилках. С понижением температуры скорость поступления воды резко сокращается.

1) повышается вязкость воды и, как следствие, снижается ее подвижность;

2) уменьшается проницаемость цитоплазмы для воды;

3) тормозится рост корней;

4) уменьшается скорость всех метаболических процессов.

 Снижение аэрации почвы также тормозит поступление воды (недостаток кислорода, избыток С02, дыхательные яды). В том случае, если почвенный раствор имеет более отрицательный осмотический потенциал, вода не только не будет поступать в корень, но будет выделяться из него. Особенное значение это имеет для засоленных почв. Всякое уменьшение влажности почвы снижает поступление воды.