Транспирация: суть процесса, схема, скорость и значение в жизни растений

Лист как орган транспирации

Что такое транспирация мы разобрали. Теперь следует понять, какую роль в данном механизме играет лист.

Благодаря большой площади испарения, главными диффундирующими участками растения являются листья. Процесс испарения влаги начинается с нижней части листа через раскрытые устья, через которые и осуществляется обмен кислородом и углекислым газом между растением и окружающим воздухом.

Механизм раскрытия устьиц заключается в следующем:

По окружности устий расположены замыкающие клетки.
При увеличении объема они растягивают отверстия в эпидермисе, увеличивая раскрытие устьиц.

Обратный процесс происходит при уменьшении объема замыкающих клеток, стенки которых перестают воздействовать на устьичные щели.

Транспирация: виды

Испарение воды растениями проходит в три фазы:

1. Продвижение из жилок в верхние слои мезофилла.
2. Испарение из стенок клетки в межклеточные промежутки и пустоты вокруг устьиц; последующий выход наружу.
3. Последний этап подразделяется на:

• транспирацию через устьица – устьютную;
• испарение в атмосферу непосредственно через клетки эпидермиса – кутикулярную транспирацию.

Устьютная

Ее можно разбить на две стадии.

1. Переход воды из капельного состояния (в таком виде она пребывает в клеточных оболочках) в газообразное в межклеточных промежутках. В это время растение способно регулировать силу транспирации. Если воды ему не хватает, в корневых и стеблевых сосудах возникает сильное напряжение, задерживающее продвижение воды к клеткам листьев. И испарение замедляется.
2. Выделение пара на поверхность через устьица. Как только водяной пар выходит из межклеточных пустот, они снова заполняются за счет перемещения из оболочек клеток. Основной рычаг координирования транспирации – это степень открытости устьиц.

Транспирация, которую биологи назвали кутикулярной, у разных видов растений очень отличается по своей интенсивности. У одних потеря влаги за ее счет совсем незначительна. Например, семействам магнолиевых и хвойных толстый эпидермис и кутикула поверх него на листьях не дают терять много жидкости. У других транспортируемая таким образом вода может составлять до 50 процентов общего объема. Особенно силен процесс, когда листья еще молоденькие, с очень тонким эпидермисом и кутикулой.

Проект: «Транспирационный эксперимент»

 Растения потеют? Не совсем, но они теряют воду. Подсчитайте недостающую массу с помощью этого эксперимента, узнав, как растения испаряют воду через транспирацию.

Что нам понадобится:

• три небольших тонколистных растения;
• три небольших широколистных растения;
• маленькая лейка;
• линейка;
• 6 пластиковых пакетов, достаточно больших, чтобы полностью покрыть горшок с растением;
• малярный скотч.

Ход эксперимента:

1. Возьмите шесть маленьких растений, три с широкими листьями и три с узкими листьями. Используйте малярный скотч и ручку, чтобы написать на каждом растении его номер.
2. Поливайте растения, пока вода не будет выливаться из нижней части горшка. Если растения очень сухие или сухая почва, то их тщательно полейте и подождите несколько минут. Затем полейте их снова. Когда вода впитается и горшок наполнится водой, а почва будет мягкая как губка — самое время взвесить растения. Нарисуйте таблицу, которая показывает, сколько весит каждое растение до и после эксперимента.

1. Создайте гипотезу, обратившись к этим вопросам:

• Если вы поливаете растения, а затем ставите их на солнце, что будет с водой?
• Изменится ли что-нибудь, если вы обернете пластиковым пакетом вокруг основания растения?
• Как добавление пакета изменит ваш эксперимент?

1. Поставьте растения на теплое солнце на час, надев на них пакеты, затем снимите их и снова взвесьте каждое растение. Запишите вес в таблицу. Вес отличается?  Остался тем же? Почему вы думаете, что это так? Разные растения потеряли разное количество веса или потеряли примерно одинаковое количество? Почему?
2. Высушите изнутри каждый пластиковый пакет. Повторно запечатайте их на растениях, верните растения в солнечное место и продолжайте измерять и взвешивать в течение нескольких часов, не добавляя больше воды. Что происходит?

Вывод:

Во время эксперимента по транспирации растения будут терять воду, даже если они находятся в пакетах. Растения с широкими листьями потеряют немного больше воды, чем растения с тонкими листьями, но в зависимости от размера растения это может быть очень сложно измерить.

Почему?

Так как же вода выходит из растений?

В жаркий день, вы можете немного вспотеть. Растения также «потеют». Подобно тому, как мы теряем воду через нашу кожу, растения теряют воду через свои листья.

Хотя вы, возможно, не сможете их увидеть , на листьях растений есть маленькие поры или отверстия. Взгляните на обратную сторону листа под микроскопом, и вы сможете увидеть эти отверстия, которые называются устьицами. Вот, где растения могут терять воду в результате транспирации.

Несмотря на то, что это невидимый процесс, потеря воды из растений в результате транспирации является важной частью круговорота воды, потому что она добавляет много воды в наш воздух. Всего за один год каждый лист на земле может отдать воды весом намного больше своего собственного. Фактически, большой дуб может давать воздуху больше 150000 литров воды в год!

Фактически, большой дуб может давать воздуху больше 150000 литров воды в год!

Вы, вероятно, поливаете растения в своем доме, чтобы они оставались здоровыми — и, если растениям нужна вода, то почему они ее теряют? Транспирация происходит отчасти потому, что растения должны дышать. Растения должны поглощать углекислый газ, и для этого им нужно открыть свои устьица. Когда это происходит — выходит вода. Вы, вероятно, испытывали это и во время своего собственного дыхания: в холодный день вы даже можете видеть воду от своего дыхания, которая создает облачка в воздухе.

Транспирация также помогает растениям, охлаждая их, подобно тому, как пот помогает нам регулировать температуру нашего тела. Транспирация также играет большую роль, помогая воде перемещаться вокруг растения, изменяя давление воды в клетках растения. Это помогает минералам и питательным веществам подниматься вверх от корней растения.

Дальнейшее исследование:

Что будет с растением, если вы обмажете вазелином его листья? Как насчет оливкового масла? Попробуйте смазывать различными веществами листья и взвешивать растение, затем повторите эксперимент. Что будет происходить в теплой комнате? Транспирация будет выражена больше или меньше?

Лист как орган транспирации

Что такое транспирация мы разобрали. Теперь следует понять, какую роль в данном механизме играет лист.

Благодаря большой площади испарения, главными диффундирующими участками растения являются листья. Процесс испарения влаги начинается с нижней части листа через раскрытые устья, через которые и осуществляется обмен кислородом и углекислым газом между растением и окружающим воздухом.

Механизм раскрытия устьиц заключается в следующем:

По окружности устий расположены замыкающие клетки.
При увеличении объема они растягивают отверстия в эпидермисе, увеличивая раскрытие устьиц.

Обратный процесс происходит при уменьшении объема замыкающих клеток, стенки которых перестают воздействовать на устьичные щели.

Роль в жизни растений

Значение испарения в жизни растительности трудно переоценить, особенно учитывая, что живое растение на восемьдесят процентов состоит из воды. Поэтому если растению не хватает влаги, оно может погибнуть, так как вместе с водой в него не будут поступать также нужные для жизнедеятельности питательные вещества и микроэлементы.

А вот тут немаловажная роль отводится испарению, так как солнечные лучи имеют способность чрезвычайно сильно нагревать предметы, а потому способны вызвать гибель растения от перегрева (особенно в жаркие летние дни). Чтобы этого избежать, происходит испарение воды листьями, через которые в это время выделяется много жидкости (например, из кукурузы за сутки испаряется от одного до четырёх стаканов воды).

Это значит, что чем больше в организм растения поступит воды, тем испарение воды листьями будет интенсивнее, растение будет больше охлаждаться и нормально расти. Испарение воды растениями можно ощутить, если во время прогулки в знойный день прикоснуться к зелёным листьям: они обязательно окажутся прохладными.

Проект «Что такое транспирация у растений»

Транспирация
– это испарение воды
листьями. Она, испаряясь,
выходит через устьица (маленькие поры
на поверхности листьев). Этот процесс
важен для выживания любого растительного
организма. Его скорость зависит от
температуры воздуха и солнечного света.
Испарение воды листьями
способствует ее движению внутри
растения, а также растворению минеральных
солей, необходимых для питания и
охлаждения.

Большая часть поглощаемой влаги выделяется в процессе транспирации. Сложно разделить процессы испарения и транспирации, поэтому данное явление зачастую называется «эвапотранспирацией». Название сочетает два понятия: первое происходит от латинского слова «evaporatio» (испарение), суть второго описана выше.

Транспирация происходит у всех растений. Ее скорость также зависит от их физических особенностей и условий окружающей среды. Поскольку влага выделяется, главным образом, через листья, то процесс транспирации у растений с крупными листьями выражен ярче, чем у тех, у которых они небольшие.

Такие
факторы, как влажность воздуха и
температура, также влияют на скорость
транспирации. Почва тоже должна быть
достаточно влажной. Благодаря этому
проекту вы сможете сопоставить то, что
видите, с процессом проникновения влаги
в ткани растительных организмов и ее
выделения путём испарения.

Этот
опыт по биологии поможет
вам определить, сколько влаги способно
поглотиться и выделиться через испарение
воды листьями за определённый
промежуток времени. Две трубки для
тестирования или два продолговатых
трубчатых контейнера на три четверти
заполняются водой. В одну из них помещается
стебель. Нужно следить за уровнем воды,
делая записи. Измерять ее уровень нужно
через определённый промежуток времени.
На основе полученных результатов
подготовьте таблицы и графики. Этот
проект поможет подтвердить или
опровергнуть идею о том, что
растения выделяют влагу во время процесса
под названием «транспирация», вследствие
которого происходит испарение.

Что нам понадобится:

• 2 тестовые трубки;
• пустая металлическая банка;
• пластиковый пакет;
• вода;
• ручка;
• линейка;
• изолента;
• секундомер или часы;
• свежая ветка или небольшие веточки с листьями (не меньше 5 на каждой из них).

За
исключение ветки и тестовых трубок, все
материалы для данного проекта можно
приобрести в магазинах или по интернету.
2 тестовые трубки можно взять на время
в лаборатории школы или приобрести в
магазине. Большинство детских наборов
юного химика включает инструменты,
которые пригодны для этого проекта.

Ход эксперимента:

1. Заполните две трубки водой приблизительно на три четверти. Поставьте их в пустую металлическую банку.
2. Для того чтобы контролировать испарение, накройте одну тестовую трубку чистым целлофаном. Закрепите его при помощи изоленты.
3. Проткните стеблем целлофан. Он должен находиться в прямом положении. Отверстие запечатайте при помощи изоленты.
4. Линейкой измерьте количество воды в каждой трубке. Убедитесь, что верно измерили ее уровень. Держите ее прямо и проведите измерение от верхней границы до дна. Запишите полученные данные в таблицу.

1. Подождите 15 минут. Измерьте уровень воды в каждой трубке ещё раз. Запишите полученные данные в таблицу.
2. Повторите шаг 4 ещё три раза. Каждый раз записывайте полученные результаты.
3. Подождите 24 часа. Измерьте уровень воды в каждой трубке. Запишите результаты.
4. Используя полученные данные, составьте гистограмму (в виде столбцов) или линейную диаграмму. На оси X обозначьте скорость транспирации (в минутах), а на оси Y – уровень воды (высота в мм).
5. Подсчитайте скорость, выполняя следующие операции:

Тест с веткой:

Начальный уровень – Уровень через 24
часа = Разница уровня (A)

Тест без ветки:

Начальный уровень – Уровень через 24
часа = Разница (B)

Разница уровня воды благодаря транспирации:

Разница A — Разница B = Потеря воды через транспирацию

1. Чтобы подсчитать скорость транспирации и испарения в час, используйте следующие формулы: Количество потерянной воды ÷ 24 часа = ________ испарения воды/час.

Вывод:

Вследствие чего уровень воды в трубке со стеблем уменьшается? Происходит ли то же самое в трубке, заполненной водой, но без растения? Какова скорость транспирации по вашим подсчётам? Используя графики, сравните ее скорость со скоростью испарения. Что служило контрольной точкой для данного исследования?

Процессы передвижения воды

Как мы уже выяснили, транспирация – естественный физиологический процесс в растительном мире.
Главный ее орган – лист. Поскольку листьев у растений много, они образуют достаточно большую площадь для испарения. В результате водный потенциал уменьшается, а это сигнал для клеток листьев к поглощению воды из ксилемных жилок. По принципу падающего домино следом провоцируется движение воды из корней по ксилеме к листьям. Образуется нечто сродни верхнему конечному двигателю. И чем активнее транспирация, тем мощнее верхний «двигатель», и тем сильнее всасывающая сила «двигателя» нижнего – корневой системы.

Из стебля вода движется в листок, проходя по жилкам через черешок. По дороге жилки «разбегаются», число проводящих элементов становится меньше. Сами жилки превращаются в отдельные трахеиды, которые образуют очень густую сеть. Задерживают влагу в листе однослойный эпидермис с кутикулой на его поверхности. Превратившаяся в пар вода выходит сквозь устьица – специальные многочисленные отверстия микронных размеров, которые растение в состоянии расширять или сужать в зависимости от внешних условий.

Транспирация – что это такое

Если говорить об этом понятии подробнее, то транспирация – не что иное, как испарение в атмосферу влаги из листьев и стеблей живых растений. Это явление помогает воде, которую всасывает корневая система, иногда из достаточно глубоких слоев грунта (в пустынях корни могут уходить вглубь даже на двадцать метров), подниматься по стеблям или стволам к листьям, цветам, плодам, доставляя ко всем частям растительного организма нужные минералы и элементы. И новая порция воды с питательными веществами «подсасывается» благодаря транспирации у растений: 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. Другими словами, растение транспирирует, когда влажность воздуха внутри него выше влажности окружающей атмосферы. Доказано, что десять процентов всей влаги, которая испаряется на поверхности Земли, относится на счет именно растительного мира нашей планеты.

Кавитация

Чтобы поддерживать градиент давления, необходимый для того, чтобы растения оставались здоровыми, они должны постоянно поглощать воду своими корнями. Они должны быть в состоянии удовлетворить потребности в воде, потерянной из-за испарения. Если растение не может принести достаточно воды, чтобы оставаться в равновесии с транспирацией, происходит событие, известное как кавитация . Кавитация — это когда растение не может обеспечить свою ксилему достаточным количеством воды, поэтому вместо того, чтобы заполняться водой, ксилема начинает заполняться водяным паром. Эти частицы водяного пара собираются вместе и образуют засоры в ксилеме растения. Это не позволяет растению транспортировать воду по своей сосудистой системе. Нет очевидной картины того, где кавитация возникает по всей ксилеме растения. Если не принять эффективных мер по уходу, кавитация может привести к тому, что растение достигнет точки постоянного увядания и погибнет. Следовательно, у растения должен быть метод, с помощью которого можно удалить эту кавитационную закупорку, или он должен создать новое соединение сосудистой ткани по всему растению. Растение делает это, закрывая устьица на ночь, что останавливает поток транспирации. Это затем позволяет корням создавать давление более 0,05 МПа, и это способно разрушить закупорку и наполнять ксилему водой, повторно соединяя сосудистую систему. Если растение не может создать достаточное давление, чтобы устранить засорение, оно должно предотвратить распространение засора с помощью груши, а затем создать новую ксилему, которая может повторно соединить сосудистую систему растения.

Ученые начали использовать магнитно-резонансную томографию (МРТ) для неинвазивного мониторинга внутреннего состояния ксилемы во время транспирации. Этот метод визуализации позволяет ученым визуализировать движение воды по всему растению. Он также способен видеть, в какой фазе находится вода в ксилеме, что позволяет визуализировать события кавитации. Ученые смогли увидеть, что в течение 20 часов солнечного света более 10 сосудов ксилемы начали заполняться частицами газа, становящимися кавитацией. Технология МРТ также позволила увидеть процесс восстановления этих ксилемных структур на заводе. После трех часов нахождения в темноте было замечено, что сосудистая ткань пополнилась жидкой водой. Это стало возможным, потому что в темноте устьица растения закрыты и транспирация больше не происходит. Когда транспирация прекращается, кавитационные пузыри разрушаются давлением, создаваемым корнями. Эти наблюдения предполагают, что МРТ способны контролировать функциональное состояние ксилемы и позволяют ученым впервые просматривать события кавитации.

Ссылки [ править ]

1. Benjamin Cummins (2007), биологических наук (3 -е изд.), Freeman, Скотт, стр. 215
2. ↑ Taiz, Lincoln (2015). Физиология и развитие растений . Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc. стр. 101. ISBN 978-1-60535-255-8.
3. Фриман, Скотт (2014). Биологические науки . Соединенные Штаты Америки: Пирсон. С. 765–766. ISBN 978-0-321-74367-1.
4. Simon, EJ, Dickey, JL, & Reece, JB (2019). Эссенциальная биология Кэмпбелла. 7-й Нью-Йорк: Пирсон
5. ↑ Graham, Linda E. (2006). Биология растений . Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси 07458: Pearson Education, Inc., стр. 200–202. ISBN 978-0-13-146906-8.
6. Мелландер, Пер-Эрик; Епископ, Кевин; Лундмарк, Томас (28 июня 2004 г.). «Влияние температуры почвы на транспирацию: изменение масштаба участка в молодом насаждении сосны обыкновенной». Экология и управление лесами . 195 (1): 15–28. DOI . ISSN .
7. Мартин, J .; Леонард, В .; Штамп, Д. (1976), Принципы выращивания полевых культур (3-е изд.), Нью-Йорк: Macmillan Publishing Co., ISBN 978-0-02-376720-3
8. Ясечко, Скотт; Sharp, Zachary D .; Гибсон, Джон Дж .; Биркс, С. Жан; Йи, Йи; Фосетт, Питер Дж. (3 апреля 2013 г.). «В наземных водных потоках преобладает транспирация». Природа . 496 (7445): 347–50. Bibcode . DOI . PMID . S2CID .
9. Evaristo, Jaivime; Ясечко, Скотт; Макдоннелл, Джеффри Дж. (2015-09-03). «Глобальное отделение транспирации растений от грунтовых вод и речного стока». Природа . 525 (7567): 91–94. Bibcode . DOI . ISSN . PMID . S2CID .
10. Боуэн, Габриэль (2015-09-03). «Гидрология: многоотраслевая экономика почвенных вод». Природа . 525 (7567): 43–44. Bibcode . DOI . ISSN . PMID . S2CID .
11. Чжан, Юн-Цзян (декабрь 2016 г.). . Физиология растений . 172 (4): 2261–2274. DOI . PMC . PMID .
12. ↑ Hochberg, Uri (июнь 2017). . Физиология растений . 174 (2): 764–775. DOI . PMC . PMID .
13. ^ Холбрук, Мишель (май 2001 г.). . Физиология растений . 126 (1): 27–31. DOI . PMC . PMID .
14. Tiaz, Lincoln (2015). Физиология и развитие растений . Массачусетс: Sinauer Associates, Inc., стр. 63. ISBN 978-1605352558.

Испарение в жизни

И действительно: чего в этой жизни только не испаряется — мы встречаемся с этим каждый день. Давайте узнаем, зачем этот процесс вообще нужен, и как люди научились извлекать из него пользу.

Испарение в организме человека и животных

Выше мы разбирали вопрос, почему если облиться теплой водой, нам все равно станет холодно. По этому же принципу работает ощущение холода после того, как мы вспотели — в какой-то момент нам становится холодно.

Само потоотделение — важный процесс терморегуляции организма. Если мы достигаем высокой температуры (из-за внешних воздействий или же из-за болезни), то организм стремится себя охладить, чтобы не умереть из-за превращения белков в нашем организме в яичницу.

Пот выделяется через поры кожи, а затем испаряется — все это позволяет нашему организму быстро избавиться от лишней энергии, охладить тело и нормализовать температуру.

У животных этот механизм работает схожим образом. Но, например, собакам испарения с кожи недостаточно, поэтому они часто открывают пасть, высовывают язык и дышат порой ну очень смешно

Именно гортань и язык собаки идеально подходят для испарения влаги и охлаждения тела животного.

Испарение у растений

Удивительно, но у растений механизм испарения тоже работает схожим образом. Растения очень любят воду, поэтому домашние растения мы поливаем, а в пустынях их просто нет.

Ту воду, которую цветы поглотили, они могут испарять, чтобы не перегреться под жарким солнцем. Да, вода нужна, чтобы растения питались, но в жаркие дни еще и для температурной саморегуляции. Поэтому не забывайте поливать цветы, а в очень жаркие дни делайте это еще интенсивнее.

Испарение в природе и окружающей среде

Процесс испарения напрямую связан с круговоротом воды в природе. Именно круговоротом воды в природе обеспечивается жизнь на Земле — так как влага разносится по всему миру, растения в дикой природе способны жить без наших попыток полить большую пальму из леечки.

Испарение воды с поверхности рек, озер, морей и океанов создает дождевые тучи, которые затем, проливаясь дождем, поливают растения и деревья. Многие дождь не любят, мол, он мокрый, мерзкий и затекает в ботинки, но он очень нужен засушливым регионам — Северной Африке или Центральной Индии, которые часто страдают от засухи.

Испарение в промышленности и быту

С бытом совсем все просто: мы сушим вещи, готовим еду, покупаем увлажнители воздуха или размазываем разлитую лужу по полу.

В случае с промышленностью для нас все не так очевидно. Промышленная техника, работающая на основе испарения, разрабатывается по схожей схеме: в ней всегда максимально увеличена площадь поверхности жидкости, чтобы испарение шло интенсивно.

Например, испаритель, изображенный на схеме, состоит из совокупности соединенных между собой испарителей. В основе его действия — пар, полученный в одной ступени, который используют в качестве источника тепла для следующей ступени. По мере того, как температура уменьшается от одной ступени к другой, вакуум увеличивается, так что температура кипения становится ниже и испарение поддерживается. Он предназначен для того, чтобы очистить воду от отходов.

Понимать и любить этот мир проще, когда разбираешься в физике. В этом помогут небезразличные и компетентные преподаватели детской школы Skysmart.

Чтобы формулы и задачки ожили и стали более дружелюбными, на уроках мы разбираем примеры из обычной жизни современных подростков, Приходите на бесплатный вводный урок по физике и начните учиться в удовольствие уже завтра!