Поглощение воды корнем: Где в корне происходит поглощение воды и растворенных в ней веществ

Поглощение и транспорт корнем воды и минеральных веществ.

Поглощение из
почвы воды и доставка к наземным органам
– одна из важнейших функций корня,
возникшая в связи с выходом на сушу.

Вода
попадает в растения через ризодерму, в
зоне поглощения, поверхность которой
увеличена благодаря наличию корневых
волосков. В этой зоне корня формируется
ксилема, обеспечивающая восходящий ток
воды и минеральных веществ.

Растение
поглощает воду и минеральные вещества
независимо друг от друга, т.к. эти процессы
основаны на различных механизмах
действия. Вода проходит в клетки корня
пассивно, благодаря осмосу. В корневом
волоске находится огромная вакуоль с
клеточным соком. Ее осмотический
потенциал и обеспечивает поступление
воды из почвенного раствора в корневой
волосок.

Минеральные
вещества поступают в клетки корня в
основном в результате активного
транспорта. Их поглощению способствует
выделение корнем различных органических
кислот, переводящих неорганические
соединения в доступную для поглощения
форму.

В
корне горизонтальное движение воды и
минеральных веществ происходит в
следующей последовательности: корневой
волосок, клетки паренхимы коры, эндодерма,
перицикл, паренхима осевого цилиндра,
сосуды корня. Горизонтальный транспорт
воды и минеральных веществ происходит
тремя путями:

1. Путь
   через апопласт (система, состоящая из
   межклетников и клеточных стенок).
   Основной для транспорта воды и ионов
   неорганических веществ.

2. Путь
   через симпласт (система протопластов
   клеток, соединенная посредством
   плазмодесм). Осуществляет транспорт
   минеральных и органических веществ.

3. Вакуолярный
   путь – движение из вакуоли в вакуоль
   через другие компоненты смежных клеток
   (плазматические мембраны, цитоплазма,
   тонопласт вакуолей). Применим исключительно
   для транспорта воды. Для корня
   незначителен.

В
корне вода передвигается по апопласту
до эндодермы. Здесь ее дальнейшему
продвижению препятствуют пояски Каспари,
поэтому дальше вода попадает в стелу
по симпласту через пропускные клетки
эндодермы. Такое переключение путей
обеспечивает регуляцию движения воды
и минеральных веществ из почвы в ксилему.
В стеле вода не встречает сопротивления
и поступает в проводящие сосуды ксилемы.

Вертикальный
транспорт воды идет по мертвым клеткам,
поэтому перемещение воды обеспечивается
деятельностью корня и листьев. Корень
подает воду в сосуды стебля под давлением,
называемым корневым. Оно возникает в
результате того, что осмотическое
давление в сосудах корня превышает
осмотическое давление почвенного
раствора из – за активного выделения
клетками корня минеральных и органических
веществ в сосуды. Его величина 1 – 3 атм.

Доказательством
наличия корневого давления является
«плач растения» и гуттация.

«Плач растения»
– выделение жидкости из перерезанного
стебля.

Гуттация
– выделение воды у неповрежденного
растения через кончики листьев, когда
оно находится во влажной атмосфере или
интенсивно поглощает воду и минеральные
вещества из почвы.

Верхней
силой движения воды является присасывающая
сила листьев, обеспечиваемая транспирацией.
Транспирация – испарение воды с
поверхности листьев. Сосущая сила
листьев у деревьев может достигать 15 –
20 атм.

В
сосудах ксилемы вода движется в виде
непрерывных водяных нитей. Между
молекулами воды существуют силы сцепления
(когезия), что заставляет их двигаться
друг за другом. Прилипание молекул воды
к стенкам сосудов (адгезия) обеспечивает
восходящий капиллярный ток воды. Основной
движущей силой является транспирация.

Для
нормального развития растения корни
должны быть обеспечены влагой, доступом
свежего воздуха и необходимыми
минеральными солями. Все это растения
получают из почвы, которая представляет
собой верхний плодородный слой земли.

Для повышения
плодородия почвы в нее вносят различные
удобрения. Внесение удобрений во время
роста растений называется подкормкой.

Выделяют две
основные группы удобрений:

1. Минеральные
   удобрения: азотные (селитра, мочевина,
   сульфат аммония), фосфорные (суперфосфат),
   калийные (хлорид калия, зола). Полные
   удобрения содержат азот, фосфор и калий.

2. Органические
   удобрения – вещества органического
   происхождения (навоз, птичий помет,
   торф, перегной).

Азотные
удобрения хорошо растворяются в воде,
способствуют росту растений. Их вносят
в почву перед посевом. Для созревания
плодов, роста корней, луковиц и клубней
необходимы фосфорные и калийные
удобрения. Фосфорные удобрения плохо
растворимы в воде. Их вносят осенью,
вместе с навозом. Фосфор и калий повышают
холодоустойчивость растений.

Растения
в теплицах можно выращивать без почвы,
на водной среде, которая содержит все
элементы, необходимые растению. Такой
способ получил название гидропоники.

Существует
также метод аэропоники – воздушной
культуры,- когда корневая система
находится в воздухе и периодически
орошается питательным раствором.

5

Поглощение воды и значение минеральных веществ

Для полноценного роста и развития растительного организма требуется вода и находящиеся в ней минеральные вещества. Процесс поглощения этих веществ осуществляет корень — орган минерального питания. Благодаря корневым волоскам корень поглощает необходимые растворы. Выделяемая корневыми волосками влага способна растворить находящиеся рядом соединения, обеспечивая поглощение необходимых элементов из почвы.

Значение минеральных веществ. Самые важные элементы — это азот, фосфор и калий.

Азот в питании растений занимает особое место. При его нехватке растение отстает в развитии, листья желтеют и опадают раньше времени, боковые побеги не разветвляются. Пшеница, например, кустится медленно, меняется окраска листьев, они засыхают и опадают.

Фосфор играет особую роль в образовании клеточной оболочки. Фосфорные удобрения увеличивают сахаристость плодов и накопление масла в семенах. При нехватке фосфора замедляется образование плодов, уменьшается их масса, отодвигаются сроки созревания.

Калий необходим растению для нормального развития корней и корнеплодов, а также для формирования опорных тканей, при недостатке калийных удобрений пшеница полегает.

Кроме этих трех элементов, растениям необходим магний. При его нехватке листья светлеют. Недостаток кальция ведет к повреждению и отмиранию верхушечных почек и корней. В обмене веществ принимают также участие сера, железо, медь, цинк и другие элементы. Все они выполняют определенную роль. И хотя потребляются в ничтожных количествах, они очень важны для растений.

Необходимые для роста растений минеральные вещества не всегда встречаются в почве в достаточном количестве.

Причиной этого могут быть:
1. Ежегодная вырубка деревьев и уменьшение лесных насаждений. Ведь остатки обломленных веток, хвоя, опавшие листья, ягоды и фрукты служат естественным источником минеральных веществ и обогащают почву.

2. Много питательных веществ, поглощенных из почвы, выносится с полей при уборке урожая вместе со стеблевой массой и зерном. Потерянные пашней минеральные вещества необходимо своевременно возмещать путем внесения удобрений.

Виды удобрений. Под воздействием различных факторов состав почвы постоянно меняется. Особенно влияет на почву хозяйственная деятельность людей. Плодородие почвы создавалось тысячелетиями. Одно из условий повышения плодородия почвы — внесение удобрений.

Удобрения делятся на органические и неорганические (минеральные). Выделяют также бактериальные удобрения, которые содержат полезные для растений почвенные микроорганизмы.

Органические удобрения — это вещества растительного и животного происхождения: навоз, торф, перегной, птичий помет, компост и др., содержащие элементы питания растений. Эти удобрения легко усваиваются растениями после их переработки микроорганизмами. Поэтому их обычно вносят осенью, и тогда к весне они будут готовы к использованию растениями.

Навоз — самое эффективное удобрение. Его получают на животноводческих фермах, конюшнях, птицефабриках. Он содержит большое количество нужных элементов в легкоусвояемой форме.

К минеральным удобрениям относятся азотные, фосфорные, калийные, комплексные и др. Их вносят в определенные сроки, на разных фазах роста и развития растений.

Действие азотных, фосфорных и калийных солей, входящих в состав минеральных удобрений

Растениям необходимо минеральное питание — поглощение из почвы различных веществ. Наличие в почве необходимых веществ определяет ее плодородие. Почва не всегда плодородна, поэтому чтобы растения росли эффективно, необходимо вносить удобрения. Они бывают органические (навоз — самое эффективное, торф, перегной и др.) и минеральные (азотные, фосфорные калийные и др.). Без азота листья желтеют и опадают, боковые побеги не развиваются, пшеница не кустится. Без фосфора снижается сахаристость и масличность плодов и семян, их созревание замедляется, масса уменьшается. Без калия не формируется опорная ткань, не развиваются корни и корнеплоды, пшеница полегает.

  Корень – орган минерального питания. Видоизменения корня

  Зоны корня

  Корень и корневая система

Проверочное тестовое задание включает в себя вопросы с одним и несколькими правильными ответами

азот вода железо калий компост магний минеральные удобрения навоз органические удобрения перегной помет сера торф удобрения фосфор цинк

Укоренение | Bioninja

Предыдущий

Следующая

Список

Понимание:

• Активное поглощение минеральных ионов в корнях вызывает абсорбцию водой. корнями и, таким образом, нуждаются в максимальной площади поверхности для оптимизации этого поглощения

• Некоторые растения имеют мочковатую, сильно разветвленную корневую систему, которая увеличивает площадь поверхности, доступную для поглощения
• Другие растения имеют главный стержневой корень с боковыми ответвлениями, которые могут проникать в почву для доступа к более глубоким резервуарам воды

Эпидермис корней может иметь клеточные отростки, называемые корневыми волосками , что дополнительно увеличивает площадь поверхности для поглощения

• Вещества, абсорбированные эпидермисом корня, диффундируют через кору к центральной стеле, где находится ксилема
• Стела окружена слоем эндодермы, непроницаемым для пассивного потока воды и ионов (полоса Каспариана)
• Вода и минералы перекачиваются через этот барьер специализированными клетками, что позволяет контролировать скорость поглощения заряженные частицы глины, к которым могут присоединяться положительно заряженные ионы минералов (катионы)
  • Минералы, которые необходимо извлечь из почвы, включают Mg ²⁺ (для хлорофилла), нитраты (для аминокислот), Na ⁺ , K ⁺ и PO ₄ ^3–

  Минеральные ионы могут пассивно диффундировать в корни, но чаще активно загружаются непрямым активным транспортом

  • корневые клетки, содержащие протоны активно вытесняют ионы H ⁺ (хранящиеся в вакуолях клеток корня) в окружающую почву
  • Ионы H ⁺ вытесняют положительно заряженные ионы минералов из глины, позволяя им диффундировать в корень по градиенту
  • Negatively charged mineral ions (anions) may bind to the H ⁺ ions and be reabsorbed along with the proton

  Uptake of Mineral Ions via Indirect Active Transport

  Water Uptake

  Water will следовать за ионами минералов в корень посредством осмоса – перемещаясь в область с более высокой концентрацией растворенных веществ

  • Скорость поглощения воды будет регулироваться специальными водными каналами (аквапоринами) на клеточной мембране корня

  Попав внутрь корня, вода будет двигаться к ксилеме либо через цитоплазму ( симпластический ), либо через клеточную стенку ( апопластический )

  • При симпластическом пути вода непрерывно движется через цитоплазму клеток (связаны через плазмодесмы)
  • В апопластическом пути вода не может пересечь полосу Каспари и переносится в цитоплазму эндодермы

  Апопластический и симпластический пути

  17.

  1.4: Водопоглощение — биология LibreTexts

  1. Последнее обновление

  2. Сохранить как PDF

• Идентификатор страницы

  32038

• Мелисса Ха, Мария Морроу и Камми Алжирс
• Колледж Юба, Колледж Редвудс и Колледж Вентура через Инициативу открытых образовательных ресурсов ASCCC

Цели обучения

• Объяснить функцию корневых волосков.
• Дайте определение корневого давления и объясните его механизм.
• Сравните три пути движения воды через корни и определите каждый вовлеченный тип клеток или тканей.

Большинство растений получают воду и минералы, которые им нужны, из корней. Вода движется из почвы к корням, стеблям и, в конечном счете, к листьям, где происходит транспирация. Корни поглощают достаточно воды, чтобы компенсировать потерю воды при транспирации. Быстрому усвоению способствуют корневых волосков , которые отходят от клеток эпидермиса, увеличивая площадь поверхности (рис. \(\PageIndex{1}\)). Как обсуждалось ранее в этой главе, корни вытягивают воду из почвы, потому что у них более низкий водный потенциал, чем у почвы. Большая часть этой разницы в водном потенциале является косвенным результатом транспирации, но корни также могут иметь водный потенциал за счет снижения потенциала растворенных веществ.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Молодые корни (корешки) этих сеянцев редьки покрыты пушистыми белыми корневыми волосками, которые способствуют поглощению воды. Изображение Мелиссы Ха (CC-BY).

Корневое давление

Когда растение томата осторожно отделяют от основания стебля, из пня сочится сок (Рисунок \(\PageIndex{2}\)). Жидкость выходит, потому что корни постоянно поглощают воду, втягивая ее в сосудистый цилиндр и выталкивая вверх по ксилеме. Это называется ro ot pressure , и оно создается осмотическим давлением растворенных веществ, захваченных в сосудистом цилиндре полоской Каспариана .

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Эксперимент, иллюстрирующий корневое давление. Стебель растения отделяют и прикрепляют к трубке с водой. Меркурий лежит над водой. Корневое давление выталкивает воду из стебля, перемещая ртуть вверх по трубке.

Хотя корневое давление играет небольшую роль в переносе воды в ксилеме у некоторых растений и в некоторые сезоны, оно не учитывает большую часть переноса воды. Как доказательство, у немногих растений корневое давление превышает ~ 0,2 кПа, а у некоторых вообще не развивается корневое давление. Кроме того, объем жидкости, транспортируемый корневым давлением, недостаточен для учета движения воды в ксилеме большинства деревьев и виноградных лоз. Кроме того, самое высокое корневое давление наблюдается весной, но вода наиболее быстро проходит через ксилему летом (когда транспирация высока).

Как обсуждалось в разделе «Теория сцепления-напряжения», транспирация, а не корневое давление, обычно является движущей силой восходящего движения воды в растении. Однако, когда скорость транспирации очень низкая, например, в прохладную и влажную погоду, корневое давление выталкивает воду вверх по ксилеме быстрее, чем вода теряется через устьица. В результате капли воды выталкиваются из отверстий на краю листа, явление, называемое гуттация (рис. \(\PageIndex{3}\)). Капли, образующиеся в результате гуттации, не следует путать с каплями росы, которые образуются в результате конденсации водяного пара, когда воздух становится более холодным и имеет меньшую способность удерживать воду. Другими словами, гуттация происходит от воды, которая находилась внутри растения, а капельки росы образуются от водяного пара, который был в окружающем воздухе.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Гуттация листа земляники. Изображение Ноа Эльхардта (общественное достояние).

Пути движения воды

Вода может проходить через корни тремя отдельными путями: апопластным, симпластным и трансмембранным (трансцеллюлярным). В пути апопласта (путь апопласта) вода движется через промежутки между клетками и в самих клеточных стенках. В симпластном пути (симпластическом пути) вода проходит из цитоплазмы в цитоплазму через плазмодесмы (рисунок \(\PageIndex{4}\)). В трансмембранном пути вода пересекает плазматические мембраны, входя и выходя из каждой клетки. Таким образом, вода, двигаясь по трансмембранному пути, проходит как через симпласт (взаимосвязанные цитоплазмы), так и через апопласт (клеточные стенки и промежутки между клетками). Вода также может пересекать тонопласт, входя в центральную вакуоль как часть трансмембранного пути.

Вода из почвы поглощается корневыми волосками эпидермиса и затем проходит через кору по одному из трех путей. Однако внутренняя граница коры, эндодерма , непроницаема для воды благодаря полоске Каспари. Независимо от того, как вода продвигалась до этого места (апопласт, симпласт, трансмембранно), она должна поступать в цитоплазму клеток энтодермы. Отсюда он может пройти через плазмодесмы в клетки сосудистого цилиндра (стелы). Оказавшись внутри, вода снова может свободно проходить через аполост, симпласт или и то, и другое (трансмембранно).

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Движение воды и минералов через корни. Вода движется через корневые волоски клеток эпидермиса через кору, включая эндодерму, прежде чем попасть в самый наружный слой сосудистого цилиндра, перицикл. сосудистый цилиндр (стела). В конечном итоге вода поступает в проводящие клетки ксилемы. Вода может перемещаться между клетками и через клеточные стенки и межклеточные пространства по апопластному пути (апопластический путь) или между соседними цитоплазмами через плазмодесмы по симпластному пути (симпластный путь). В обоих путях вся вода должна проходить через цитоплазму энтодермальных клеток, потому что полоска Каспария блокирует апопластическое движение через полоску Каспария. Этапы апопластического пути следующие: (1) Вода и минералы поглощаются гидрофильными стенками эпидермиса корня. Они диффундируют по проницаемым клеточным стенкам в кору корня. (2) Вода и минералы попадают на полосу Каспари, восковой барьер в апопласте, который заставляет все в апопласте пересекать клеточную мембрану для фильтрации, прежде чем попасть в стелу или сосудистый цилиндр. (3) Отфильтрованный раствор высвобождается обратно в апопласт на другой стороне полосы Каспари клетками энтодермы и живыми клетками стелы. (4) Вода и минеральные вещества в апопласте стелы попадают в ксилему (которая мертва и является частью апопласта), где они текут объемным потоком вверх по корням. Этапы симпластического пути следующие: (1) Вода и минералы немедленно фильтруются, когда они пересекают клеточную мембрану клетки корневого волоска и входят в симпласт. (2) Вода и минеральные вещества перемещаются от клетки к клетке через плазмодесмы по направлению к цилиндру стелы. (3) Поскольку эти минералы и вода уже находятся в симпласте (и поэтому уже отфильтрованы мембраной), они обходят полосу Каспария. Энтодермальные клетки и живые клетки стелы выделяют воду и минералы в апопласт стелы (ксилему). Трансмембранный путь не показан. Изображение Kelvinsong (CC-BY-SA).

Оказавшись в ксилеме, вода с отложившимися в ней минералами (а также редкими органическими молекулами, поставляемыми тканью корня) продвигается вверх по сосудистым элементам и трахеидам. На любом уровне вода может покинуть ксилему и пройти латерально для удовлетворения потребностей других тканей. У листьев ксилема переходит в черешок, а затем в жилки листа. Вода покидает тончайшие жилки и поступает в клетки губчатого и столбчатого слоев. Здесь часть воды может использоваться в обмене веществ, но большая часть теряется при транспирации.

На рисунке \(\PageIndex{4}\) показано движение минералов через апопласт или симпласт, но обычно минералы проходят через симпласт. Минералы попадают в корень посредством активного транспорта в симпласт эпидермальных клеток и перемещаются к сосудистому цилиндру и в него через плазмодесмы, соединяющие клетки. В проводящие клетки ксилемы они попадают из перицикла и других клеток паренхимы посредством активного транспорта по специализированным трансмембранным каналам.