Растения имеют специальную систему, которая доставляет им необходимые вещества для роста. Главная ее часть – выделение воды листьями и стеблями, называемое «транспирацией» биологами.
Транспирация – что это такое
Рассматривая это понятие более подробно, транспирация представляет собой… Происходит потеря воды из листвы и стеблей растений. Это явление помогает воде, всасываемой корневой системой иногда из глубоких слоев грунта (в пустынях корни могут уходить вглубь даже на двадцать метров), подниматься по стеблям или стволам к листьям, цветам, плодам. Это доставляет все необходимые минералы и элементы всем частям растительного организма. Новая порция воды с питательными веществами «подсасывается» благодаря транспирации: место освобождается испарением использованной влаги через мелкие поры на листьях, расположенные с тыльной стороны. Интенсивность движения воды зависит от внешних факторов – времени суток, температуры и влажности воздуха. Растение транспирирует, когда влажность воздуха внутри выше влажности окружающей атмосферы. Доказано, что десять процентов всей влаги, испаряющейся на поверхности Земли, относится на счет именно растительного мира нашей планеты.
Биологическое значение транспирации
Существование любого явления говорит о его необходимости. Транспирация для растений критически важна, поэтому считать её разрушительной для растительного мира ошибочно.
- Транспирация поддерживает непрерывный поток воды от корней к верхушкам растений.
- Благодаря этому можно контролировать температурные и водные режимы. В знойную летнюю погоду листья чаще всего прохладнее окружающего воздуха на три–восемь градусов.
- Транспирация позволяет растению избавиться от лишней влаги и освободить пространство для поступления свежей порции воды с питательными веществами.
- Транспирация защищает листья от перегрева и ожогов под воздействием высоких температур или солнечных лучей.
Если испарение превышает поглощение растениями влаги из почвы, его ожидает угроза.
- дефицит влаги;
- приостановка роста;
- уменьшение интенсивности фотосинтеза;
- Сбой обменных процессов в растениях.
В результате может наступить не только увядание, но и гибель. Впрочем, при неэкстремальных условиях растение само регулирует уровень испарения. При недостатке воды в месте её испарения транспирация замедляется.
Процессы передвижения воды
Мы уже установили, что транспирация — это естественный физиологический процесс у растений. Главный орган растения – лист. Из-за большого количества листьев поверхность испарения значительна. Водный потенциал снижается, что сигнализирует клеткам листьев о необходимости поглощать воду из ксилемных жилок. По принципу падающего домино движение воды запускается от корней к листьям по ксилеме. Образуется своего рода двигатель верхнего звена. Чем активнее транспирация, тем мощнее «двигатель», и тем сильнее всасывающая сила «двигателя» нижнего – корневой системы.
Из стебля жидкость поступает в лист по жилкам, проходя через черешок. В процессе движения жилки расщепляются, число проводящих элементов уменьшается. Жилки трансформируются в отдельные трахеиды, образующие густую сеть. Влагу задерживает однослойный эпидермис с кутикулой на поверхности. Превратившаяся в пар вода выходит через устьица – многочисленные отверстия микронных размеров, которые растение может расширять или сужать в зависимости от внешних условий.
Механизм и интенсивность транспирации
Растения поглощают лишь небольшую часть воды из почвы – около 0,2 процента, а всё остальное испаряется в воздух. Механизм работы верхнего конечного двигателя прост: атмосферный водный потенциал обычно отрицательный из-за недостатка водяных паров. Например, при относительной влажности воздуха 90 процентов атмосферное давление равно 140 барам, а у большинства растений давление внутри листа варьируется между 1 и 30 барами. Такой разрыв даёт толчок транспирации. Водный дефицит, перемещаясь по клеткам от листьев к корням, запускает нижний двигатель, который всасывает воду из почвы. Испарение с поверхности листьев поднимает её вверх вместе с минеральными солями.
Несколько факторов воздействуют на силу испарения.
- Уровень наполнения растения водой влияет на работу устьиц. При критическом уровне вода вызывает их сужение.
- Углекислый газ в воздухе. Многие растения при большой его концентрации закрывают устьица.
- Освещённость влияет на работу устьиц. При ярком свете устьица остаются открытыми, в сумерках – закрываются.
- При температуре воздуха выше 35-40 градусов Цельсия происходит закрытие устьиц.
- Температура поверхности листа влияет на испарение влаги. При повышении температуры на каждые 10°С испускается в два раза больше влаги.
- Сухой воздух способствует более высокой транспирации.
Транспирация: виды
Процесс испарения воды у растений включает три этапа.
- Миграция из нижних эшелонов среднего класса в высшие.
- Уход влаги из клеток в пространство между клетками и полости возле устьиц, а затем за пределы растения.
- Последний этап подразделяется на:
- транспирацию через устьица – устьютную;
- Выделяние влаги из клеток эпидермиса прямо через их поверхности – это кутикулярная транспирация.
Устьютная
Ее можно разбить на две стадии.
- Из клеточных оболочек вода переходит из капельного состояния в газообразное между клетками. Растение может контролировать интенсивность испарения. При недостатке влаги в корневых и стеблевых сосудах возникает сильное напряжение, замедляющее продвижение воды к клеткам листьев, а испарение замедляется.
- Выделение пара на поверхность через устьица. Как только водяной пар выходит из межклеточных пустот, пустоты снова заполняются за счет перемещения из оболочек клеток. Главный механизм регулирования транспирации – степень открытости устьиц.
Кутикулярная
Кутикулярная транспирация у растений различается по интенсивности в зависимости от вида. У магнолиевых и хвойных растений толстый эпидермис и кутикула на листьях ограничивают потерю влаги. У других видов вода, транспортируемая таким образом, может составлять до 50 процентов общего объема. Особенно силен процесс у молодых листьев с тонким эпидермисом и кутикулой.
Суточный ход и показатели транспирации
В течение дня растения меняют интенсивность дыхания.
- Если погода ясная и не слишком сухая, первый глубокий вдох делается на рассвете, когда устьица раскрываются максимально широко. В конце дня устьица постепенно сужаются и закрываются с заходом солнца.
- В сухую погоду это случается намного раньше – уже к десяти-одиннадцати часам дня. Поздним вечером, когда спадет жара, сохраняется открытие до заката.
- В пасмурную погоду устья остаются открытыми до позднего времени, однако не полностью.
Ежесуточные изменения испарения воды схожи с работой устьев. Транспирация немного опережает поступление влаги, которая не может столь же быстро проходить через клетки растения. В дневные часы образуется определенный дефицит. Ночью, когда устья закрыты и «спят», он восполняется. Однако многое зависит от региона проживания растения и его вида. Например, у кактусовых и молочайных устьица открываются исключительно ночью.
В зоне умеренного климата для образования одного грамма сухого вещества требуется приблизительно 300 граммов воды. Итоговое значение колеблется в пределах от 125 до 1000 граммов.
