معلومة

30.6: نقل المياه والمذابات في النباتات - علم الأحياء

30.6: نقل المياه والمذابات في النباتات - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

30.6: نقل المياه والمذابات في النباتات

النتح هو فقدان الماء من النبات من خلال التبخر على سطح الورقة. إنه المحرك الرئيسي لحركة الماء في نسيج الخشب. يحدث النتح بسبب تبخر الماء عند السطح البيني للغلاف الجوي ويؤدي إلى ضغط سلبي (توتر) على سطح الورقة. يسحب هذا التوتر الماء من الجذور. في الليل ، عندما تغلق الثغور ويتوقف النتح ، يتم الاحتفاظ بالماء في الساق والأوراق عن طريق التصاق الماء بجدران الخلايا في أوعية نسيج الخشب والقصبات الهوائية ، وتماسك جزيئات الماء مع بعضها البعض. وهذا ما يسمى نظرية التماسك والتوتر لصعود النسغ.

-0.2 ميجا باسكال في الخلايا الجذرية ل

-0.6 ميجا باسكال في الساق ومن

–1.5 ميجا باسكال في أعلى الأوراق ، إلى

- 100 ميجا باسكال في الغلاف الجوي. "/>

الشكل 1. يظهر نظرية التماسك والتوتر لصعود النسغ. ينتج عن التبخر من خلايا الوسطية تدرجًا سلبيًا لإمكانات الماء يتسبب في تحرك الماء لأعلى من الجذور عبر نسيج الخشب.

داخل الورقة على المستوى الخلوي ، يشبع الماء الموجود على سطح خلايا الميزوفيل الألياف الدقيقة السليلوزية لجدار الخلية الأساسي. تحتوي الورقة على العديد من المساحات الهوائية الكبيرة بين الخلايا لتبادل الأكسجين لثاني أكسيد الكربون ، وهو أمر ضروري لعملية التمثيل الضوئي. يتعرض جدار الخلية الرطب لمساحة الهواء الداخلية لهذه الورقة ، ويتبخر الماء الموجود على سطح الخلايا في الفراغات الهوائية ، مما يقلل من الطبقة الرقيقة الموجودة على سطح الخلايا المتوسطة.

هذا الانخفاض يخلق توترًا أكبر على الماء في خلايا النسيج الوسطي (الشكل 1) ، وبالتالي زيادة سحب الماء في أوعية نسيج الخشب. يتم تكييف الأوعية الخشبية والقصبات الهوائية هيكليًا للتعامل مع التغيرات الكبيرة في الضغط. تحافظ الحلقات الموجودة في الأوعية على شكلها الأنبوبي ، تمامًا مثل الحلقات الموجودة على خرطوم المكنسة الكهربائية والتي تحافظ على الخرطوم مفتوحًا أثناء تعرضه للضغط. تقلل الثقوب الصغيرة بين عناصر الوعاء من عدد وحجم فقاعات الغاز التي يمكن أن تتشكل عبر عملية تسمى التجويف. يؤدي تكوين فقاعات الغاز في نسيج الخشب إلى مقاطعة التيار المستمر للمياه من القاعدة إلى قمة النبات ، مما يتسبب في حدوث كسر يسمى انسدادًا في تدفق نسيج نسيج الخشب. كلما زاد ارتفاع الشجرة ، زادت قوى التوتر اللازمة لسحب الماء ، وزادت أحداث التجويف. في الأشجار الكبيرة ، يمكن للانسدادات الناتجة أن تسد الأوعية الخشبية ، مما يجعلها غير وظيفية. النتح هو عملية سلبية ، مما يعني أن الطاقة الأيضية في شكل ATP ليست مطلوبة لحركة الماء. الطاقة الدافعة للنتح هي الفرق في الطاقة بين الماء في التربة والماء في الغلاف الجوي. ومع ذلك ، يتم التحكم في النتح بإحكام.

السيطرة على النتح

يتسبب الغلاف الجوي الذي تتعرض له الورقة في عملية النتح ، ولكنه يتسبب أيضًا في فقد كميات هائلة من الماء من النبات. قد يُفقد ما يصل إلى 90 في المائة من الماء الذي تمتصه الجذور من خلال النتح.

الأوراق مغطاة بطبقة شمعية بشرة على السطح الخارجي مما يمنع فقدان الماء. لذلك ، يتم تنظيم النتح بشكل أساسي من خلال فتح وإغلاق الثغور على سطح الورقة. الثغور محاطة بخليتين متخصصتين تسمى الخلايا الحامية ، والتي تفتح وتغلق استجابةً للإشارات البيئية مثل كثافة الضوء وجودته ، وحالة ماء الأوراق ، وتركيزات ثاني أكسيد الكربون. يجب أن تفتح الثغور للسماح للهواء المحتوي على ثاني أكسيد الكربون والأكسجين بالانتشار في الورقة من أجل التمثيل الضوئي والتنفس. عندما تكون الثغور مفتوحة ، يفقد بخار الماء في البيئة الخارجية ، مما يزيد من معدل النتح. لذلك ، يجب أن تحافظ النباتات على التوازن بين التمثيل الضوئي الفعال وفقدان الماء.

تطورت النباتات بمرور الوقت للتكيف مع بيئتها المحلية وتقليل النتح (الشكل 2). النباتات الصحراوية (xerophytes) والنباتات التي تنمو على النباتات الأخرى (النباتات الهوائية) لديها وصول محدود إلى الماء. عادةً ما تحتوي هذه النباتات على بشرة شمعية أكثر سمكًا من تلك التي تنمو في البيئات المعتدلة وذات المياه الجيدة (الخلايا المتوسطة). تمتلك النباتات المائية (النباتات المائية) أيضًا مجموعتها الخاصة من تكيفات الأوراق التشريحية والمورفولوجية.

الشكل 2. النباتات مناسبة لبيئتهم المحلية. (أ) Xerophytes ، مثل صبار الإجاص الشائك (Opuntia sp.) و (ب) النباتات الهوائية مثل هذه الاستوائية Aeschynanthus perrottetii تكيفت مع موارد مائية محدودة للغاية. يتم تعديل أوراق التين الشوكي إلى أشواك ، مما يقلل نسبة السطح إلى الحجم ويقلل من فقد الماء. يحدث التمثيل الضوئي في الجذع الذي يخزن الماء أيضًا. (ب) A. perottetii الأوراق لها بشرة شمعية تمنع فقدان الماء. (ج) Goldenrod (Solidago sp.) هو نبات متوسط ​​الحجم ، مناسب تمامًا للبيئات المعتدلة. (د) النباتات المائية ، مثل زنبق الماء المعطر هذا (Nymphaea odorata) ، تتكيف لتزدهر في البيئات المائية. (الائتمان أ: تعديل العمل بواسطة جون سوليفان الائتمان ب: تعديل العمل بواسطة L. Shyamal / رصيد ويكيميديا ​​كومنز ج: تعديل العمل بواسطة Huw Williams credit d: تعديل العمل بواسطة Jason Hollinger)

غالبًا ما تحتوي النباتات Xerophytes و epiphytes على غطاء سميك من trichomes أو من الثغور الغارقة تحت سطح الورقة. Trichomes هي خلايا بشرة شبيهة بالشعر تفرز الزيوت والمواد. تعمل هذه التعديلات على إعاقة تدفق الهواء عبر مسام الفم وتقليل النتح. توجد طبقات البشرة المتعددة بشكل شائع في هذه الأنواع من النباتات.


جهد المذاب

الجهد المذاب (Ψس) ، وتسمى أيضًا الجهد التناضحي ، سالبة في خلية نباتية وصفر في الماء المقطر. القيم النموذجية للسيتوبلازم الخلوي هي -0.5 إلى -1.0 ميجا باسكال. تقلل المواد المذابة من إمكانات الماء (مما يؤدي إلى Ψ سلبيث) عن طريق استهلاك بعض الطاقة الكامنة المتوفرة في الماء. يمكن أن تذوب الجزيئات الذائبة في الماء لأن جزيئات الماء يمكن أن ترتبط بها عبر روابط هيدروجينية ، ولا يمكن لجزيء كاره للماء مثل الزيت ، الذي لا يمكن أن يرتبط بالماء ، أن يدخل في المحلول. لم تعد الطاقة الموجودة في الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات الذائبة والماء متاحة للقيام بعمل في النظام لأنها مقيدة في الرابطة. بمعنى آخر ، يتم تقليل كمية الطاقة الكامنة المتاحة عند إضافة المواد المذابة إلى نظام مائي. وهكذا ، Ψس يتناقص مع زيادة تركيز المذاب. لأن Ψس هو أحد المكونات الأربعة لـ Ψالنظام أو Ψالمجموع، انخفاض في Ψس سيؤدي إلى انخفاض في Ψالمجموع. إن إمكانات المياه الداخلية لخلية نباتية أكثر سلبية من الماء النقي بسبب المحتوى العالي للذوبان في السيتوبلازم ([الشكل 2]). بسبب هذا الاختلاف في الماء ، سينتقل الماء المحتمل من التربة إلى الخلايا الجذرية للنبات عبر عملية التناضح. هذا هو السبب في أن إمكانات الذائبة تسمى أحيانًا الإمكانات التناضحية.

يمكن للخلايا النباتية التلاعب الأيضي Ψس (وبالتبعية ، Ψالمجموع) عن طريق إضافة أو إزالة الجزيئات الذائبة. لذلك ، فإن النباتات تتحكم في Ψالمجموع من خلال قدرتها على ممارسة السيطرة الأيضية على Ψس.

الشكل 2: في هذا المثال مع وجود غشاء شبه نافذ بين نظامين مائيين ، سينتقل الماء من منطقة ذات إمكانات مائية أعلى إلى منخفضة حتى يتم الوصول إلى التوازن. تؤثر المواد المذابة (s) والضغط (p) والجاذبية (g) على إجمالي إمكانات الماء لكل جانب من جوانب الأنبوب (Ψtotal أو يسار) ، وبالتالي ، الفرق بين Ψ الإجمالي على كل جانب (ΔΨ). (m ، الاحتمالية الناتجة عن تفاعل الماء مع الركائز الصلبة ، يتم تجاهلها في هذا المثال لأن الزجاج ليس محبًا للماء بشكل خاص). يتحرك الماء استجابة للاختلاف في جهد الماء بين نظامين (الجانب الأيسر والأيمن من الأنبوب).

يتم وضع جهد الماء الموجب على الجانب الأيسر من الأنبوب بزيادةص بحيث يرتفع منسوب المياه على الجانب الأيمن. هل يمكنك معادلة مستوى الماء على كل جانب من جوانب الأنبوب بإضافة المذاب ، وإذا كان الأمر كذلك ، فكيف؟


شاهد الفيديو: التناضح محدث (شهر نوفمبر 2022).