Водный обмен растений презентация

растения водная фаза представляет собой непрерывную среду.
2.   Вода – важнейший растворитель и важнейшая среда для протекания биохимических реакций
3.   Вода участвует в упорядочивании структур в клетках
4.   Вода – метаболит и непосредственный компонент биохимических реакций
5.   Вода – главный компонент в транспортной системе высших растений
6.   Вода – терморегулирующий фактор
7.   Вода амортизатор при механических воздействиях
8.   Вода обеспечивает упругость растительных тканей и рост растяжением

связанная

3/4 вакуоль
1/4 КС
1/20 цитозоль

нужно
приложить к
ячейке,
чтобы
остановить
диффузию
растворителя.

Тургорным
давлением (Р)
называют
давление,
которое
возникает
в результате
поступления
воды в клетку.

группами
полимеров.
Активность
воды
уменьшается.

Идеальная осмотическая ячейка:
взаимодействие растворителя с веществом

Осмотические явления

наружной среде ψ ~ 0
Водичка идет по
градиенту…

Осмотическое давление π -
избыточное давление,
которое надо приложить
к раствору вещества,
чтобы привести его в
равновесие с чистым
растворителем,
отделенным от него полупроницаемой
мембраной.
π = RT * ∑ Ci

стенки:
P = - N

Осмос приводит к возникновению тургорного давления в клетках.
Тургорным давлением Р называется гидростатическое давление, возникающее в клетках при поглощении ими воды в результате осмоса. Это давление придает форму и упругость растительным тканям.
Часто используемый в физиологии растений термин “тургор” является качественной характеристикой клеток, указывающий на наличие в них тургорного давления.

Клеточная
стенка

Плазмалемма

Тонопласт

P

П

N

которой вода участвует в различных процессах,
для чистой воды = 1;
в растворе или клетке < 1

μ w - химический потенциал воды.
Выражает максимальное количество внутренней энергии молекул воды, которая может быть превращена в работу

Ψ - водный потенциал
Выражает способность воды в данной системе совершить работу в сравнении с той работой, которую совершила бы чистая вода при тех же условиях

Термодинамические показатели воды

/ poН2О аН2О ≤ 1
pН2О и poН2О – давление пара воды над системой и над чистой водой соответственно

Химический потенциал воды: µН2О = RT ln аН2О µН2О ≤ 0

Водный потенциал клетки: Ψкл = Ψs + Ψp + Ψm + Ψg
Где: Ψs – осмотический потенциал, влияние на Ψ растворенных веществ
Ψp – потенциал давления, влияние на Ψ механического давления
Ψm – матричный потенциал, влияние на Ψ связанной макромолекулами воды
Ψg – гравитационный потенциал, влияние на Ψ силы тяжести

Ψs < 0; Ψm < 0; Ψp > 0 (как правило); Ψg – для высоких деревьев

Вода поступает в клетку. Происходит упругое растяжение клеточной стенки. При «непрочной» стенке – рост растяжением.
Сосущая сила клетки S = ψкл

из клетки. Происходит плазмолиз. Механические силы сопротивляются потере воды

пролин-бетаин,
холинсульфат,
маннитол, и др.)

2. Понижение
осмотического потенциала
за счет накопления ионов
(K+, Na+, Cl-, малат и др.
органические кислоты)

3. Понижение
матричного потенциала
за счет синтеза
гидрофильных белков
(осмотины, Lea-белки)

4. Понижение
матричного потенциала
за счет увеличения числа свободных –COOH групп
(деметилирование, изменение доли пектина, окислительные реакции)

водного потенциала.

-0,5 бар

Лист -15 бар
Стебель -5 бар
Корень -2 бар

-1000 бар (при относительной влажности воздуха 50%)
-70 бар (при относительной влажности воздуха 99%) – даже во время дождя влажность воздуха редко превышает 99%, т.о. листья и при дожде теряют воду)

системы почва-растение- атмосфера

объемный поток воды,·выражаемый в см3·см-2·с-1 или см·с-1;
Lр–коэффициент гидравлической проводимости, имеющий размерность см·c-1·бар-1;
ΔΨ- градиент водного потенциала

проводимости

(Ψср - Ψкл)

Lр зависит от двух процессов:
Диффузии через липидный бислой;
Проникновения через
специальные белки - аквапорины

Повышается при изменении
состава мембран:
Повышение доли ненасыщенных
жирных кислот (десатурация) , стероидов, изопреноидов,
появление окисленных
производных и др.

Изменение числа аквапоринов и их активности (зависит от фосфорилирования)

поры, образуемые специфическими белками – аквапоринами.
Регулирование:
Изменение числа каналов для осмотически активных веществ.
Изменение активности каналов (зависит от фосфорилирования, мембранного потенциала, сигналов и др.)
Изменение типа каналов.
Изменение расположения каналов на мембране.

Аквапорины ПМ входят в семейство интегральных белков PIP (plasma membrane intrinsic protein),
аквапорины тонопласта – в семейство интегральных белков TIP (tonoplast intrinsic protein).

в клетке

Арабидопсис с введенным геном аквапорина PIP1a и PIP1b в антисенс конфигурации.
У трансгена в 5 раз больше
корневая система.

достигает не более 70 см
(чаще ниже).
2. Капиллярные эффекты
работают в апопласте листа
в подустьичных щелях
на границе раздела трех фаз.

Поток воды за счет капиллярных эффектов

осмотических функций =
растения с корнями.
Древовидные папоротники
достигали 40 метров в высоту

счет
вторичного утолщения =
растения со стержневыми
корнями.
Голосеменные
достигают 120 метров в высоту

(сосудов ксилемы).

Цветковые
достигают 150 метров в высоту

в трихобластах.
Кора: «метаболический котел»:
1. Реакции ассимиляции
2. Буферная емкость (вакуоли)
Эндодерма: двойной барьер:
а) диффузный – контроль потока
ионов в центральный цилиндр
по апопласту
б) осмотический - барьер
для центробежного потока
ионов и воды из центрального
цилиндра.
Эндодерма отделяет
низкосолевое пространство
(ризодерма и кора) от
высокосолевого (ц. цилиндр ).
Перицикл: кольцевой коллектор,
Собирает ионы и направляет их
к ксилеме.
Ксилема: финиш радиального и старт дальнего тр-та ионов.

Нижний концевой двигатель..

обычно идет пассивно
(через каналы),
но за счет работы
Н+ -АТФ-аз

внешних условий и вида растений могут преобладать разные пути транспорта. При интенсивной транспирации вода обычно передвигается по апопласту
Апопластный транспорт воды быстрее
(~ в 50 раз) симпластного.
Для гороха, ячменя, фасоли вода передвигается от клетки к клетке при любых условиях, для кукурузы – по апопласту.
По апопласту обычно передвигаются Ca2+ и бор. По симпласту – фосфат.