Перенос питательных веществ в организме растения и животного. Раздел vii. поглощение и транспорт веществ у растений Сообщение на тему передвижение веществ у растений
^ 8. ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ПО РАСТЕНИЮ
Различают ближний и дальний транспорт веществ по растению. Ближний транспорт – это передвижение ионов, метаболитов и воды между клетками по симпласту и апопласту. Дальний транспорт – передвижение веществ между органами в растении по проводящим пучкам и включает транспорт воды и ионов по ксилеме (восходящий ток от корней к органам побега) и транспорт метаболитов по флоэме (нисходящий и восходящий потоки от листьев к зонам потребления веществ или отложения их в запас).
Загрузка сосудов ксилемы наиболее интенсивно происходит в зоне корневых волосков. В паренхимных клетках проводящего пучка, примыкающих к трахеидам или сосудам, функционируют насосы, выделяющие ионы, которые через поры в стенках сосудов попадают в их полости. В сосудах результате накопления ионов увеличивается сосущая сила, которая притягивает воду. В сосудах развивается гидростатическое давление и происходит подача жидкости в надземные органы.
Разгрузка ксилемы, то есть выход воды и ионов через поры сосудов ксилемы в клеточные стенки и в цитоплазму клеток мезофилла листа или клеток обкладки, обусловлена гидростатическим давлением в сосудах, работой насосов в плазмалемме клеток и влиянием транспирации, повышающей сосущую силу клеток листа.
Ассимиляты из клеток листьев поступают во флоэму, состоящую из нескольких типов клеток. В ситовидных трубках флоэмы плазмалемма окружает протопласт, содержащий небольшое число митохондрий и пластид, а также агранулярный эндоплазматический ретикулум. Тонопласт разрушен. Зрелая ситовидная трубка лишена ядра. Поперечные клеточные стенки – ситовидные пластинки – имеют перфорации, выстланные плазмалеммой и заполненные полисахаридом каллозой и фибриллами актиноподобного Ф-белка, которые ориентированы продольно. Ситовидные трубки связаны с клетками-спутниками плазмодесмами. Клетки-спутники (сопровождающие клетки) – это небольшие вытянутые вдоль ситовидных клеток паренхимные клетки с крупными ядрами, цитоплазмой, с большим количеством рибосом, других органелл и, особенно, митохондрий. Число плазмодесм в этих клетках в 3-10 раз больше, чем в стенках соседних мезофильных клеток. В клеточных стенках клеток-спутников много инвагинаций, выстланных плазмалеммой, что значительно увеличивает ее поверхность. Самые мелкие проводящие пучки включают один-два ксилемных сосуда и одну ситовидную трубку с сопровождающей клеткой. У многих С 4 -растений проводящие элементы листа окружены плотно сомкнутыми клетками обкладки, отделяющими пучки от мезофилла и от межклетников. Проводящая система листа представлена проводящими пучками, которые объединены в жилки разных размеров. Жилки расположены по листу так, чтобы обеспечить равномерный сбор ассимилятов по всей площади листа. Транспорт ассимилятов в листе строго ориентирован: ассимиляты передвигаются из каждой микрозоны клеток мезофилла радиусом 70-130 мкм в сторону ближайшего к ней малого пучка и далее по клеткам флоэмы в более крупную жилку.
Основной транспортной формой ассимилятов у большинства растений является сахароза (до 85 % от общего сухого вещества). Активность инвертазы – фермента, расщепляющего сахарозу на глюкозу и фруктозу – в проводящих тканях очень низка. Также транспортируются олигосахара, азотистые вещества, органические кислоты, витамины, гормоны. Неорганические соли составляют 1-3 % от общего количества веществ сока, особенно много ионов калия.
В клетках мезофилла осмотическое давление ниже, чем в тонких проводящих пучках. По мере продвижения от тонких пучков к средней жилке содержание сахаров возрастает. Поэтому загрузка проводящей системы ассимилятами идет против градиента концентрации с затратой энергии. Источником АТФ служат клетки-спутники. В плазмалемме клеток-спутников функционирует протонная помпа, выводящая наружу протоны. Она активируется ауксином и блокируется абсцизовой кислотой. Закисление апопласта в результате работы этой помпы способствует отдаче ионов калия и сахарозы клетками листа и поступлению их в клетки флоэмных окончаний. Трансмембранный перенос протонов происходит по концентрационному градиенту, а сахарозы – против градиента с помощью белков-переносчиков. Поступившие в клетки протоны вновь выкачиваются протонной помпой, работа которой сопряжена с поглощением ионов калия. Сахароза и ионы калия по плазмодесмам переносятся в полости ситовидных трубок.
В 1926 г. Э. Мюнх предложил гипотезу тока ассимилятов по ситовидным элементам флоэмы под давлением. Согласно этой гипотезе между фотосинтезирующими клетками листа, где накапливается сахароза, и тканями, использующими ассимиляты, создается осмотический градиент и возникает ток жидкости во флоэме от донора к акцептору. Предполагается также, что движущей силой перемещения жидкости из одной ситовидной трубки в другую через поры в ситовидной пластинке может быть транспорт ионов калия. Ионы калия активно входят в ситовидную трубку выше ситовидной пластинки, проникают через нее в нижележащую ситовидную трубку и пассивно выходят из нее в апопласт. В результате на ситовидных пластинках возникает электрический потенциал, способствующий транспорту веществ. Кроме того, фибриллы актиноподобного Ф-белка в порах ситовидных пластинок обладают сократительными свойствами и периодическими сокращениями способствуют передвижению жидкости по флоэме.
Разгрузка флоэмы происходит из-за высокого гидростатического давления в ситовидных трубках и аттрагирующей (притягивающей) способности органа-акцептора. Его аттрагирующая способность зависит от интенсивности роста органа, в ходе которого используются транспортируемые ассимиляты и тем самым снижается их концентрация в клетке. Следовательно, возникает градиент концентрации между элементом проводящей системы и клеткой акцептора. Интенсивность роста контролируется балансом регуляторов роста. В плазмалемме клеток акцептора функционирует протонная помпа, которая воздействует на ситовидные трубки и клетки-спутники, закисляя апопласт и тем самым способствует отдаче ими ионов калия и сахарозы в клеточные стенки. Затем сахароза поглощается клетками акцептора с участием мембранных переносчиков в симпорте с протонами, а ионы калия – по электрическому градиенту.
^
9. ВЫДЕЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВ
Процессы выделения веществ выполняют разнообразные функции. Например, от повреждений и микроорганизмов клетки защищают клеточные стенки, которые образуются из выделяемых полисахаридов и других веществ, слизистые полисахаридные чехлы на поверхности корневых волосков, восковые выделения на поверхности листьев, летучие фитонциды. Выделение нектаров способствует опылению растений насекомыми и ловле добычи насекомоядными растениями.
Выделение веществ может быть пассивным и активным. Пассивное выделение по градиенту концентрации называется экскрецией, активное выведение веществ с затратой энергии – секрецией. У растений различают три типа секреции.
Мерокриновая может быть двух разновидностей: а) эккриновая (мономолекулярная) через мембраны, которая осуществляется переносчиками или ионными насосами, б) гранулокриновая – выделение веществ в везикулах (мембранных пузырьках, секрет которых освобождается наружу при взаимодействии везикул с плазмалеммой или переходит в вакуоль. Везикулы образуются в аппарате Гольджи.
Апокриновая – когда вместе с секретом выделяется часть цитоплазмы, например, вместе с отрывом головок у солевых волосков галофитов.
Голокриновая – когда вся клетка превращается в секрет, например, секреция слизи клетками корневого чехлика.
^
10. РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ
Несколько слов о терминах, применяемых при изучении роста и развития растений.
Онтогенезом называют индивидуальное развитие организма от зиготы или вегетативного зачатка до естественной смерти. В ходе онтогенеза реализуется наследственная информация организма – его генотип – в конкретных условиях окружающей среды, в результате чего формируется фенотип , то есть совокупность всех признаков и свойств данного индивидуального организма.
Развитие – это качественные изменения в структуре и функциональной активности растения и его частей в процессе онтогенеза. Возникновение качественных различий между клетками, тканями и органами получило название дифференцировки .
Рост
– необратимое увеличение размеров и массы клетки, органа или всего организма, обусловленное новообразованием элементов их структур.
10.1. Особенности роста клеток
^
Эмбриональная фаза
или митотический цикл
клетки делится на два периода: собственно деление клетки (2-3 ч) и период между делениями – интерфаза (15-20 ч). Митоз – это такой способ деления клеток, при котором число хромосом удваивается, так что каждая дочерняя клетка получает набор хромосом, равный набору хромосом материнской клетки. В зависимости от биохимических особенностей различают следующие этапы интерфазы: пресинтетический – G 1 (от англ. gap – интервал), синте-тический - S и премитотический - G 2 . В течение этапа G 1 синтезируются нуклеотиды и ферменты, необходимые для синтеза ДНК. Происходит синтез РНК. В синтетический период происходит удвоение ДНК и образование гистонов. На этапе G 2 продолжается синтез РНК и белков. Репликация митохондриальной и пластидной ДНК происходит на протяжении всей интерфазы.
^ Фаза растяжения. Прекратившие деление клетки переходят к росту растяжением. Под действием ауксина активируется транспорт протонов в клеточную стенку, она разрыхляется, ее упругость повышается и становится возможным дополнительное поступление воды в клетку. Происходит рост клеточной стенки из-за включения в ее состав пектиновых веществ и целлюлозы. Пектиновые вещества образуются из галактуроновой кислоты в везикулах аппарата Гольджи. Везикулы подходят к плазмалемме и их мембраны сливаются с ней, а содержимое включается в клеточную стенку. Микрофибриллы целлюлозы синтезируются на наружной поверхности плазмалеммы. Увеличение размеров растущей клетки происходит за счет образования большой центральной вакуоли и формирования органелл цитоплазмы.
В конце фазы растяжения усиливается лигнификация клеточных стенок, что снижает ее упругость и проницаемость, накапливаются ингибиторы роста, повышается активность оксидазы ИУК, снижающей содержание ауксина в клетке.
^ Фаза дифференцировки клетки. Каждая клетка растения содержит в своем геноме полную информацию о развитии всего организма и может дать начало формированию целого растения (свойство тотипотентности). Однако, находясь в составе организма, эта клетка будет реализовать только часть своей генетической информации. Сигналами для экспрессии только определенных генов служат сочетания фитогормонов, метаболитов и физико-химических факторов (например, давление соседних клеток).
^ Фаза зрелости. Клетка выполняет те функции, которые заложены в ходе ее дифференцировки.
Старение и смерть клетки. При старении клеток происходит ослабление синте-тических и усиление гидролитических процессов. В органеллах и цитоплазме образуются автофагические вакуоли, разрушаются хлорофилл и хлоропласты, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, ядрышко, набухают митохондрии, в них снижается число крист, вакуолизируется ядро. Гибель клетки становится необратимой после разрушения клеточных мембран, в том числе и тонопласта, выхода содержимого вакуоли и лизосом в цитоплазму.
Старение и смерть клетки происходит в результате накопления повреждений в генетическом аппарате, клеточных мембранах и включения генетической програмированной клеточной смерти – PCD (programmed cell death), аналогичной апоптозу у клеток животных.
10.2. Этапы онтогенеза высших растений
Все растения делят на монокарпические (плодоносящие один раз) и поликарпические (плодоносящие многократно). К монокарпическим относятся все однолетние растения, некоторые двулетние и многолетние. Большинство многолетних растений поликарпические.
Каждый растительный организм в своем развитии проходит ряд этапов, характеризующихся морфологическими и физиологическими особенностями.
^ Ювенильный этап начинает с прорастания семян или органов вегетативного размножения и характеризуется накоплением вегетативной массы. Растения на этом этапе не способны к половому размножению.
^ Этап зрелости и размножения. Происходит формирование генеративных органов и образование плодов. У растений выделяют половое, бесполое и вегетативное размножение. При половом размножении новый организм появляется в результате слияния половых клеток – гамет. Бесполое размножение характерно для споровых растений, у которых чередуются два поколения – бесполое диплоидное и половое гаплоидное. При бесполом размножении новый организм развивается из спор. Вегетативным размножением называют воспроизведение растений из вегетативных частей растения (клубней, луковиц, отводок).
Инициация перехода к цветению осуществляется под действием температуры (яровизация), чередования дня и ночи (фотопериодизм) или эндогенных факторов, обусловленных возрастом растения. Растения, нуждающиеся в яровизации, называют озимыми, а развивающиеся без нее – яровыми. Яровизация – это неизвестный пока процесс, протекающий в растениях под действием низких положительных температур и способствующий последующему ускорению развития растений. Различия между озимыми и яровыми формами зерновых культур обусловлены генетически. Так, озимая и яровая рожь различаются по одному гену.
В зависимости от реакции на длину дня, растения делятся на короткодневные, переходящие к цветению только тогда, когда день короче ночи (рис, соя), длиннодневные (хлебные злаки, крестоцветные, укроп), растения, нуждающиеся в чередовании разных фотопериодов, а также нейтральные по отношению к длине дня (гречиха, горох). Длиннодневные растения распространены, в основном, в умеренных и приполярных широтах, короткодневные – в субтропиках.
У большинства растений наибольшей чувствительностью к фотопериоду обладают листья, только что закончившие рост. Основную роль в восприятии фотопериода играет фитохром. Показано участие в переходе к цветению стимулятора роста гиббереллина. В условиях неблагоприятного фотопериода в листья обнаруживаются ингибиторы цветения.
Цветки как органы полового размножения могут быть обоеполыми или раздельнополыми. Они формируются на одних и тех же (однодомность) или на разных (двудомность) растениях. Факторы внешней среды, приводящие к увеличению содержания цитокининов и ауксинов, усиливают женскую сексуализацию, а повышающие концентрацию гиббереллинов – мужскую.
Оплодотворение делят на три фазы: а) опыление, б) прорастание пыльцы и рост пыльцевой трубки в тканях пестика, в) собственно оплодотворение, то есть образование зиготы. Зигота образуется при слиянии спермия пыльцевой трубки (мужской гаметофит) с яйцеклеткой зародышевого мешка (женский гаметофит). В зародышевом мешке происходит двойное оплодотворение, так как второй спермий соединяется с вторичным диплоидным ядром центральной клетки зародышевого мешка. Зародыши проходят ряд последовательных фаз развития. На последнем этапе созревания семена теряют значительное количество воды и переходят в состояние покоя, когда в тканях уменьшается содержание стимуляторов роста и увеличивается количество ингибитора роста абсцизовой кислоты.
Плод развивается из завязи цветка и, как правило, содержит семена. Плоды могут формироваться без оплодотворения и образования семян. Это явление называют партенокарпией. Образование партенокарпических (бессемянных) плодов может происходить при обработке растений ауксинами и гиббереллинами. Однако обычно цветки без опыления и оплодотворения опадают.
Предварительный просмотр:
Тема: «Транспорт веществ в растении»
1. Внимательно прочитай учебный текст на стр. 78-79 учебника и познакомься с презентацией по теме «Передвижение веществ в растении».
2. Заполни таблицу «Передвижение веществ в растении»:
Вопросы и задания | Ответы, выводы |
|
Где эта ткань располагается? Как называются ее клетки? | ||
Где эта ткань располагается? Как называются ее клетки? | ||
наверх, к листьям? |
3. Подготовь устные ответы на вопросы 1,2, 6-10 на стр. 83.
4. Используя рисунок на стр. 79 расскажи о процессе передвижения веществ в растении.
Предварительный просмотр:
Транспорт веществ в растении
Вопросы и задания | Ответы, выводы |
|
Перечислите вещества, необходимые клеткам растения. | ||
Как и откуда вещества поступают в растение? | ||
Что обеспечивает движение веществ внутри клетки? | ||
По какой ткани происходит транспорт воды и минеральных солей? Где эта ткань располагается? Как называются ее клетки? | ||
По какой ткани происходит транспорт органических веществ? Где эта ткань располагается? Как называются ее клетки? | ||
Какие силы заставляют воду подниматься наверх, к листьям? |
Транспорт веществ в растении
Вопросы и задания | Ответы, выводы |
|
Перечислите вещества, необходимые клеткам растения. | ||
Как и откуда вещества поступают в растение? | ||
Что обеспечивает движение веществ внутри клетки? | ||
По какой ткани происходит транспорт воды и минеральных солей? Где эта ткань располагается? Как называются ее клетки? | ||
По какой ткани происходит транспорт органических веществ? Где эта ткань располагается? Как называются ее клетки? | ||
Какие силы заставляют воду подниматься наверх, к листьям? |
Предварительный просмотр:
Пастух кору надрезал у берёзы,
Склоняясь тянет сладковатый сок,
За каплей капля падает в песок,
Берёзы кровь прозрачная, как слёзы.
А над землей - дыхание весны,
И все деревья с корня до листочков
Едва раскрывшихся напоены
Железной силой, рвущей силы почек.
Так ясен день! Так небосвод глубок!
Так журавли курлычут, пролетая!
И в этот миг березе невдомёк,
Что, может быть, смертельна рана злая,
Что может быть, от муки холодея,
Она увянет к будущей весне:
Усохнет ствол, и ветви онемеют,
И помертвеют корни в глубине.
Но этот черный день еще далек,
И долго будет кровь еще струится.
Над нею станут бабочки кружиться,
И пчелы пить густой пахучий сок...
М. Браун
Предварительный просмотр:
Я буду называть вам слова, а вы по данным определениям отгадайте многозначное слово. Кто даст ответ по меньшему числу определений, тот считается выигравшим.
1. Лестничная, шахматная, грудная, растительная, нервная, мышечная, птичья, звериная….………………………………………………………(клетка)
2. Нарезной, гладкоствольный, разведочный, эксплуатационный, лафетный, пожарный, тонкий, толстый, гладкий, шершавый, прямостоячий……(ствол)
3. Математический, искомый, вещественный, мнимый, лингвистический, съедобный, главный, боковой, придаточный, воздушный……………(корень)
4. Земная, ледяная, шершавая, гладкая, березовая, сосновая………..…..(кора)
5.Чистый, белый, одинарный, двойной, обходной, похвальный, опросный, экзаменационный, прямоугольный, простой, сложный, осенний, березовый…………………………………………………………………….(лист)
6. Автомобильный, водный, воздушный, веществ………………….(транспорт)
7. Студеная, горячая, замерзшая, болотная, свежая, ключевая………….(вода)
8. Химические, твердые, минеральные, органические……………....(вещества)
Постройте из полученных ответов логическую цепочку, предложение.
Предварительный просмотр:
Передвижение веществ в растении
Урок – исследование.
Цель: создать условия для овладения учащимися опытом исследовательской деятельности; сформировать представление об особенностях передвижения веществ в растении и его биологическом значении; дать понятие о соответствии строения органов растения выполняемым функциям; продолжить формирование умений работы с натуральными объектами, учебной литературой, решать проблемные задачи; воспитывать бережное ответственное отношение к природе.
Оборудование: компьютер, интерактивная доска, презентация, тетрадь, учебник; побеги сирени, простоявшие 18-20 ч в растворе чернил, лупы.
Ход урока:
I. Повторение изученного материала
Фронтальная работа со слайдами по теме «Дыхание».
Решение биологических задач.
Что такое дыхание? Какие процессы оно включает? Каково значение дыхания для жизнедеятельности живого организма?
В чем сходство и различие дыхания растений и животных?
Какие приспособления для газообмена есть у животных? Что они собой представляют?
Проверка правильности заполнения таблицы «Типы дыхания животных».
II. Вызов.
Обсуждение стихотворения «Березовый сок» М. Брауна.
Почему погибает береза?
Какие правила необходимо соблюдать, чтобы не навредить деревьям в лесу?
Запись темы в тетрадь.
Целеполагание.
Сегодня мы с вами проведем заседание научного биологического общества на котором вы мои юные исследователи, «младшие научные сотрудники» претендующие на звание лучший естествоиспытатель изучите теоретический материал и проведете исследование с целью определения путей и способов переноса веществ в растении.
III. Осмысление изучаемого материала
Каждой клетке растения необходимы определенные вещества. Какие?
Какую роль в обеспечении растений необходимыми веществами играет каждый орган растений?
Какие вещества всасывает корень из почвы?
С помощью каких приспособлений происходит всасывание воды и минеральных солей корнем?
Почему корень всасывает только те вещества, которые нужны растению?
Как вещества из корневых волосков попадают в другие клетки растения?
Учитель физики объясняет механизмы перемещения веществ (осмос и диффузия).
Таким образом, вещества перемещаются от клетки к клетке через поры в оболочке и цитоплазматическую мембрану по законам диффузии и осмоса.
Как же происходит движение веществ внутри клетки?
Просмотр видеофрагмента «Движение цитоплазмы».
Однако движения цитоплазмы недостаточно для переноса веществ от одного органа растения к другому, иногда на десятки и сотни метров со скоростью десятки и сотни сантиметров в час. Как же растение справляется с этой задачей.
Лабораторная работа «Передвижение воды и минеральных веществ по стеблю»
- Сделать поперечный срез сирени (липы).
- Рассмотреть с помощью лупы срезы, сделать рисунок. Что вы увидели? – (окрасилась кольцом средняя часть стебля.
- Сделайте продольный срез стебля сирени (липы). Рассмотрите при помощи лупы. Что наблюдаете? (увидели окрашенные сосуды древесины).
- Сделайте вывод, как транспортируются минеральные вещества и вода? Вывод: Вода и минеральные вещества перемещаются по сосудам древесины снизу вверх.
Изучение строения древесины (расположение, проводящие элементы, их строение, направление тока веществ).
Какие силы обеспечивают передвижение неорганических веществ снизу вверх, преодолевая силу тяжести?
Что демонстрирует данный опыт?
Через какие приспособления происходит испарение воды? От чего зависит интенсивность испарения? (солнечное излучение, ветер, количество воды в почве, строение листа – площадь листовой пластинки, опушенность, расположение устьиц)
Рассмотрите рисунок. Почему выше кольцевого среза коры возник наплыв? Почему на черенке, поставленном воду, корни развиваются в основном выше надреза коры?
Из каких веществ начала развиваться почка у основания срезанного листа фиалки?
Сделайте вывод о переносе органических веществ в растении.
Испарение воды
Корневое давление
–
давление
, возникающее из-за всасывающей силы корневых волосков.
Домашнее задание:
стр. 78-79 (читать, пересказывать по рисунку), подготовить устные ответы на вопросы 1, 2, 6 - 10
Передвижение веществ в растении
1. Перенос веществ в клетке.
3. Перенос неорганических и органических веществ в растении.
4. Механизмы переноса веществ.
Стадии развития сосуда
Древесина (ксилема)
клетка
ствол
корень
кора
лист
транспорт
вода
вещества
Дыхание
дыхательные движения
(вдох и выдох)
газообмен
(поступление кислорода и удаление углекислого газа)
клеточное дыхание
(высвобождение энергии)
кислород + органические в-
ва
= углекислый газ + вода +
энергия
Характеристика проводящих тканей растений
Проводящая ткань
Проводящие элементы
Проводимые вещества
Направление переноса
Древесина
(ксилема)
Сосуды
Вода и минеральные соли
Луб
(флоэма)
Ситовидные трубки
Органические вещества
Транспорт веществ в клетке
Вещества, поступающие в клетку
Вещества, выделяемые клеткой
Движение цитоплазмы
Луб (флоэма)
Строение ситовидных трубок
Механизмы транспорта веществ
Диффузия
– движение вещества из области большей концентрации в область меньшей концентрации.
Осмос
– движение воды в область большей концентрации растворимого вещества.
Вопрос 1. Какое значение имеет транспорт веществ для многоклеточных живых организмов?
Транспорт веществ для многоклеточных организмов участвует почти во всех жизненно важных процессах: дыхание - гемоглобин переносит кислород к каждой клеточке для её дыхания, а затем углекислый газ выходит из нашего организма через легкие; питание - продвижение продуктов питания через желудочно-кишечный тракт.
Вопрос 2. Вспомните особенности строения растительной клетки и объясните, каким образом и благодаря каким структурам перемещаются вещества из одной клетки в другую в тканях растительного организма.
Клетка состоит из оболочки с порами, внутри вязкое вещество-цитоплазма, она содержит ядро с ядрышком и вакуоли.
Передвижение веществ (в виде растворов) происходит через клеточную оболочку, благодаря порам - это более тонкие участки клеточной оболочки.
Вопрос 3. Выясните, какие вещества передвигаются внутри растений в процессе обмена веществ, и подпишите их названия на рисунке.
1 - вода с растворенными в ней минеральными веществами,
2 - кислород
3 - углекислый газ
4 - растворенные органические вещества
Вопрос 4. Чем различается транспорт веществ у низших и высших растений?
Транспорт веществ и низших и у высших растений различается, в том что: у высших растений транспорт воды минеральных и органических веществ осуществляется через корни и сосуды по проводящим тканям а у низших растений нет тканей и вещества передвигаются между клетками.
Вопрос 5. Заполните таблицу «Транспорт веществ у высших растений».
Вопрос 6*. Ранней весной из зарубок на стволе березы собирают березовый сок. Как вы думаете, что он собой представляет по составу и откуда берется, если на растении еще нет листьев?
Березовый сок – это очищенная вода из почвы земли обработанная и пропущенная через корневую систему березы уже с добавлением микроэлементов из ствола березы.
Вопрос 7*. Зимой зайцы обгрызли кору у молодой вишни, а через некоторое время выяснилось, что дерево погибло. Выскажите предположения, почему и как это произошло.
Зайцы повредили сосуды и ситовидные трубки. Транспорт веществ был нарушен, из-за этого дерево и погибло.
Вопрос 8. Рассмотрите рисунок и прочитайте описание изображенного на нем опыта. Взяли два стакана с водой, в одном оставили чистую воду, а в другой добавили несколько капель красных чернил. В каждый стакан поместили по одному растению одного вида с белыми цветками. Через пять часов во втором стакане некоторые части растения окрасились.
Ответьте на вопросы:
1) Какой процесс можно изучить с помощью данного эксперимента?
С помощью данного опыта можно изучить процесс транспорта веществ.
2) Какие части (органы) растения окрасились?
Окрасились листья и цветки растений.
3) Какие структуры этих органов окрасились наиболее интенсивно и почему?
Наиболее интенсивно окрасились лепестки цветков. Так как они изначально были белыми, то их окраска наиболее заметна.
4) Можно ли вернуть органам растения первоначальный цвет? Ответ обоснуйте.
Данному растению безусловно можно вернуть изначальный облик, надо просто вернуть обычную воду, когда окрашенные вещества покинут растение, то оно станет обычного цвета.
Вопрос 9*. Объясните результаты опыта с окольцованной веткой, описанного в учебнике на с.114. Как вы думаете, почему повреждение коры у деревьев опасно для их жизни?
В коре дерева, проходят ситовидные трубки, по которым проходят необходимые для жизнедеятельности вещества. При повреждении коры, повреждаются и трубки. Соответственно, поступление питательных веществ уменьшается, что губительно влияет на растение.
Для осуществления процессов жизнедеятельности растениям нужна вода и растворенные в ней минеральные (неорганические) вещества. Получить их растение может в основном из увлажненной почвы. За всасывание водного раствора у растений отвечают корни. Однако не столько корни нуждаются в воде, сколько листья и другие надземные органы растения (развивающиеся почки, побеги, цветки, плоды). Поэтому у высших растениях в процессе эволюции получила развитие проводящая система, обеспечивающая транспорт веществ. Наиболее сложное строение она имеет у покрытосеменных растений.
За передвижение воды и минеральных веществ как по стеблю, так и по листьям и в корнях, отвечают сосуды . Они представляют собой мертвые клетки. Движение воды и минеральных веществ вверх обеспечивается за счет корневого давления и испарения воды листьями.
У древесных растений сосуды находятся в древесине стеблей. В этом можно убедиться, если поставить ветку в подкрашенный водный раствор. Через некоторое время на поперечном спиле можно увидеть, что окрасится только древесина. Это значит, что только по ней передвигаются вода и растворенные в ней минеральные вещества.
Передвижение по стеблю органических веществ
В зеленых листьях растений происходит фотосинтез, в процессе которого синтезируются органические вещества. Из этих веществ в дальнейшем синтезируются другие органические вещества, используемые в различных процессах жизнедеятельности и для получения энергии.
В органических веществах нуждаются не только зеленые части растения, но и другие органы и ткани. Кроме того, часть органических веществ откладывается про запас. Поэтому в растениях осуществляется передвижение не только воды и минеральных веществ, но и транспорт органических веществ. Обычно он идет в противоположную сторону от тока водного раствора.
Органические вещества у покрытосеменных растений передвигаются по ситовидным трубкам . Это живые клетки, их поперечные перегородки, которыми они соприкасаются друг с другом, похожи на сито.
У древесных растений ситовидные трубки расположены в лубе, который является часть коры, расположенной ближе к камбию (с внутренней стороны от камбия находится древесина).
Если кора стебля растения повреждается достаточно глубоко, и это препятствует оттоку органических веществ, то на стволе образуются так называемые наплывы, или наросты. В них скапливаются органические вещества. За их счет на повреждении ствола образуется раневая пробка. Далее в этом месте могут начать развиваться корни и почки.
Органические вещества у растений часто накапливаются в различных органах и тканях (корнях, стеблях, сердцевине). Весной эти вещества используются для того, чтобы у растения появились листья и новые побеги. Для этого запасенные органические вещества должны раствориться в воде и переместиться туда, где они требуются. И получается, что в это время органические вещества двигаются не по ситовидным трубкам, а по сосудам с водой и минеральными веществами.
Клетки обмениваются различными веществами с окружающей их средой в результате диффузии. Однако перенос веществ обычной диффузией на большие расстояния неэффективен; возникает необходимость в специализированных системах транспорта. Такой перенос из одного места в другое осуществляется за счёт разности давлений в этих местах. Все переносимые вещества движутся с одинаковой скоростью в отличие от диффузии, где каждое вещество движется со своей скоростью в зависимости от градиента концентрации.
У животных можно выделить четыре основных типа транспорта: пищеварительную , дыхательную , кровеносную и лимфатическую системы. Часть из них были описаны ранее, к другим мы перейдем в следующих параграфах.
У сосудистых растений передвижение веществ осуществляется по двум системам: ксилеме (вода и минеральные соли) и флоэме (органические вещества). Передвижение веществ по ксилеме направлено от корней к надземным частям растения; по флоэме питательные вещества движутся от листьев.
Одним из важнейших механизмов транспорта веществ в растении является осмос. Осмос – это переход молекул растворителя (например, воды) из областей с более высокой концентрацией в области с более низкой концентрацией через полупроницаемую мембрану. Этот процесс похож на обычную диффузию, но протекает быстрее. Численно осмос характеризуется осмотическим давлением – давлением, которое нужно приложить, чтобы предотвратить осмотическое поступление воды в раствор.
В растениях роль таких полупроницаемых мембран играют плазматическая мембрана и тонопласт (мембрана, окружающая вакуоль). Если клетка контактирует с гипертоническим раствором (то есть раствором, в котором концентрация воды меньше, чем в самой клетке), то вода начинает выходить из клетки наружу. Этот процесс называется плазмолизом . Клетка при этом сморщивается. Плазмолиз обратим: если такую клетку поместить в гипотонический раствор (с более высоким содержанием воды), то вода начнёт поступать внутрь, и клетка снова набухнет. При этом внутренние части клетки (протопласт) оказывают давление на клеточную стенку. У растительной клетки набухание останавливается жесткой клеточной стенкой. У животных клеток жёстких стенок нет, а плазматические мембраны слишком нежны; необходим особый механизм, регулирующий осмос.
Еще раз подчеркнём, что осмотическое давление – величина скорее потенциальная, чем реальная. Она становится реальной только в отдельных случаях – например, при её измерении. Также необходимо помнить, что вода движется в направлении от более низкого осмотического давления к более высокому.
Основная масса воды поглощается молодыми зонами корней растений в области корневых волосков – трубчатых выростов эпидермиса. Благодаря им значительно увеличивается всасывающая воду поверхность. Вода поступает в корень за счёт осмоса и движется вверх к ксилеме по апопласту (по клеточным стенкам), симпласту (по цитоплазме и плазмодесмам), а также через вакуоли . Надо заметить, что в клеточных стенках имеются полоски, называемые поясками Каспари . Они состоят из водонепроницаемого суберина и препятствуют продвижению воды и растворённых в ней веществ. В этих местах вода вынуждена проходить через плазматические мембраны клеток; полагают, что таким образом растения защищаются от проникновения токсичных веществ, патогенных грибов и т. п.
Вторая важная сила, участвующая в подъёме воды, – это корневое давление . Оно составляет 1–2 атм (в исключительных случаях – до 8 атм). Этой величины, конечно, недостаточно, чтобы в одиночку обеспечить движение жидкости, но её вклад у многих растений несомненен.
Попадая по ксилеме в листья, вода и минеральные вещества распределяются через разветвлённую сеть проводящих пучков по клеткам. Движение по клеткам листа осуществляется, как и в корне, тремя способами: по апопласту, симпласту и вакуолям. На свои нужды растение использует менее 1 % поглощаемой им воды, остальное в конце концов испаряется через восковый слой на поверхности листьев и стеблей – кутикулу (около 10 % воды) – и особые поры – устьица (90 % воды). Травянистые растения теряют в день около литра воды, а у больших деревьев эта цифра может доходить до сотен литров. Испарение воды ( транспирация ) осуществляется за счёт энергии солнца. Проще всего транспирацию наблюдать, если накрыть растение в горшке колпаком; на внутренней поверхности колпака будут собираться капельки жидкости.
На скорость испарения влияют многие факторы; как внешние условия (свет, температура, влажность, наличие ветра, доступность воды в почве), так и особенности строения листьев (площадь поверхности листа, толщина кутикулы, количество устьиц). Ряд внешних факторов приводит к уменьшению диффузии воды из листьев, другие (например, отсутствие света или сильный ветер) вызывают замыкание устьиц (благодаря работе особых замыкающих клеток). Растения засушливых регионов имеют специальные приспособления для уменьшения транспирации: погруженные глубоко в листья устьица, густое опушение из волосков или чешуек, толстый восковой налёт, превращение листьев в колючки или иглы и другие. Осенний листопад в умеренных широтах также призван уменьшить испарение воды, когда наступят холода.
Некоторые минеральные вещества, выполнив свою полезную функцию, могут перемещаться дальше вверх или вниз по флоэме. Это происходит, например, перед сбрасыванием листьев, когда накопленные листьями полезные вещества сохраняются, откладываясь в других частях растения.
У многоклеточных растений есть ещё одна транспортная система, предназначенная для распределения продуктов фотосинтеза, – флоэма. В отличие от ксилемы, органические вещества могут транспортироваться по флоэме и вверх, и вниз. 90 % переносимых веществ составляет сахароза, которая практически не участвует в метаболизме растения непосредственно и поэтому является идеальным углеводом для транспорта. Скорость движения сахара обычно составляет 20–100 см/ч; за день по стволу большого дерева может пройти несколько килограммов сахара (в сухой массе).
Каким образом столь большие потоки питательных веществ могут протекать в тонких ситовидных трубках флоэмы (их диаметр не превышает 30 мкм), не совсем понятно. По-видимому, вещества по флоэме распространяются массовым током, а не диффузией. Возможными механизмами транспорта являются обычное давление или электроосмос.
При повреждении флоэмы ситовидные трубки закупориваются в результате отложения каллозы на ситовидных пластинках. Безвозвратная утечка питательных веществ обычно прекращается уже через несколько минут после повреждения.
