Тема вторая водный режим растений

Вода – матрица жизни (Сцент-Дьерди). Составляя 80-95% массы растущих тканей, вода является растворителем, средой, где протекают процессы метаболизма и непосредственным агентом во многих биохимических реакциях. Участие ее в жизнедеятельности клетки связано во многом с аномальными и уникальными свойствами. Уравнения дыхания и фотосинтеза включают воду как субстрат и продукт биохимической реакции. Биомембраны содержат до 25% воды в связанной форме. Явление капиллярности воды, когезия, адгезия и поверхностное натяжение обусловлены водородными связями. Благодаря этому существуют значительные силы сцепления, которые поддерживают непрерывный односторонний ток воды и вместе с ним перенос веществ по растению. Работа двух концевых двигателей, нагнетающего (корневого) и присасывающего (испаряющая поверхность листьев), связана в первую очередь с затратами энергии и метаболической активности корня, а предполагаемый ранее промежуточный компонент водного тока - третий двигатель водного тока успешно заменяют силы сцепления. Сложный механизм устьичных движений тесно связан с внешними условиями, а решающим фактором в открывании устьиц является понижение водного потенциала (Ψ_водн.) замыкающих клеток и поступление в них ионов К⁺, а закрывание, напротив, с повышение значения Ψ_водн. и выбросом калия из замыкающих клеток в примыкающие клетки.

Имея теплоемкость в 5-30 раз превышающую теплоемкость других веществ, вода обеспечивает стабилизацию температуры тела растения. Благодаря осмосу и тургесцентности вода обеспечивает упругое состояние клеток и тканей, а также защиту их (как амортизатор) при механических воздействиях. Несмотря на то, что молекулы воды малы и проходят через клеточные мембраны немного быстрее, чем молекулы других веществ, в последнее время показано, что существуют интегральные мембранные белки аквапорины, формирующие в мембране селективные водные каналы, облегчающие транспорт воды. Они работают за счет фосфорилирования/дефосфорилирования, дополняют диффузионный осмотический перенос и влияют на скорость транспорта воды через мембрану, а не направление водного потока.

Работа 9. Влияние внешних условий на процесс гуттации

Водообмен складывается из процессов поглощения воды, ее передвижения, распределения, расходования и усвоения. Поглощение и поднятие воды по растению осуществляется за счет активной работы нижнего концевого двигателя (корневого давления) и присасывающего действия верхнего концевого двигателя (транспирирующих листьев).

Особенность работы верхнего концевого двигателя в том, что при этом, во-первых, используется энергия солнечной радиации, во-вторых, процесс автоматически регулируется, поскольку усиление расхода воды приводит к снижению водного потенциала, что приводит к увеличению градиента водного потенциала и усилению поступления воды к листьям.

Корневая система не только всасывает воду из почвы, но и активно нагнетает ее в стебли с определенной силой, называемой корневым давлением. Если количество нагнетаемой корнями воды больше количества воды испаряемой надземными органами, то наблюдается гуттация – выделение капель на кончиках листьев. Явление гуттации можно наблюдать во влажной атмосфере у молодых растений либо у тропических видов в условиях насыщенности влагой.

Задача данной работы – изучение влияния температуры почвы, влажности воздуха на процесс гуттации.

ХОД РАБОТЫ

Взять 5 стаканчиков с молодыми проростками. Один сосуд поставить в кристаллизатор со льдом, второй – в чашку с водой комнатной температуры (уровень воды должен быть ниже края сосуда), третий – в кристаллизатор с водой, нагретой до 40⁰С, рядом с четвертым положить ватку, смоченную хлороформом. Удалив кусочком фильтровальной бумаги имеющиеся на проростках капли гуттации, накрыть все четыре стаканчика стеклянными колпаками. Пятый сосуд оставить на столе ненакрытым.

Наблюдать за скоростью выделения капель на концах проростков. Для большей точности рекомендуется после появления капель снять их через отверстие в дне колпака фильтровальной бумагой, прикрепленной к концу проволоки, и отметить, через какой промежуток времени образуются новые капли.

Результаты записать в таблицу.

Выделение капель (гуттация)	Под колпаком				Без колпака
	0^0С	18^0С	18^0С + хлороформ	35^0С	18^0С

Сделать схематический рисунок. В выводах объяснить, почему интенсивность гуттации неодинакова в разных вариантах.

МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

1) 5-8 дневные проростки злаков в стаканчиках; 2) кристаллизаторы и стеклянные колпаки; 3) лед; 4) горячая вода; 5) хлороформ; 6) термометр.

Работа 10. Сравнение транспирации хлоркобальтовым методом

Метод основан на свойстве хлористого кобальта менять окраску с голубой (безводный) на розовую при поглощении паров воды. Безводный он интенсивно голубого цвета, а когда образуется кристаллогидрат (CoCl₂×6H₂O) – розового цвета. В нашем случае фильтровальная бумага, пропитанная 5%-ным раствором CoCl₂ с добавлением 2,5%-ного NaCl в общем растворе, а затем высушенная, будет иметь голубой цвет. Если прижать к листу кусочек такой бумаги, то поглощая пары воды она становится розовой. По быстроте порозовения бумаги можно судить об интенсивности транспирации. Мы используем данную методику как качественную характеристику транспирационного процесса. Однако ряд исследователей применяет этот способ для определения величины интенсивности транспирации.

ХОД РАБОТЫ

Если есть необходимость, полоски хлоркобальтовой бумаги аккуратно просушивают над электрической плиткой до появления интенсивной равномерной голубой окраски. Сухие полоски голубого цвета можно хранить в банке с притертой крышкой, на дно которой положено немного хлористого кальция CaCl₂.

Сухую хлоркобальтовую бумагу приложить к верхней и нижней сторонам листа традесканции, олеандра, примулы, гортензии или других широколиственных растений. Для устранения действия влажности воздуха лист вместе с наложенными бумажками зажать между двумя стеклянными или прозрачными пластиковыми пластинками и перевязать нитками, резиновыми кольцами или зажать скрепками. Подложки должны быть несколько больше, чем размеры листа и бумаги.

Об интенсивности транспирации с нижней и верхней сторон листа можно судить по скорости порозовения хлоркобальтовой бумаги. Заметить, через какое время листочки бумаги, соприкасающиеся с нижней и верхней стороной листа, порозовеют. После опыта рассмотреть под микроскопом срезы эпидермиса обеих сторон листа и подсчитать число устьиц в поле зрения. Сделать вывод о причинах различной интенсивности транспирации верхней и нижней сторон листа.

МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

1) подложки из стекла или пластиковые пластинки; 2) хлоркобальтовые бумажки; 3)скрепки, нитки или резиновые кольца; 4) все для микроскопирования; 5) комнатные растения.

Работа 11. Определение интенсивности транспирации и относительной транспирации весовым методом

Метод основан на определении количества транспирированной воды по уменьшению массы растений за время опыта. Для этой цели используется прибор Веска, который имеет форму U-образной изогнутой стеклянной трубки. Можно пользоваться простыми пробирками.

ХОД РАБОТЫ

Заполнить прибор Веска прокипяченной водой комнатной температуры. Прибор закрыть каучуковой пробкой, в отверстие которой вставляется побег, предварительно подрезанный под водой для того, чтобы сосуды стебля не закупорились воздушными пробками, препятствующие всасыванию воды. В смонтированной приборе не должно быть пузырьков воздуха. Если же они появятся, их необходимо удалить, осторожно переворачивая прибор.

Тщательно вытертый прибор взвесить (с точностью до 0,01 г). Минимум через 40 мин прибор с растением взвесить повторно. По разнице в массе определить количество воды, транспирированной растением за время опыта.

Для определения интенсивности транспирации пересчитать количество транспирированной воды на единицу листовой поверхности. Количество воды в грамма, испаренной растением с единицы листовой поверхности в единицу времени (например, с 1м² или 1 дм² за 1 час) называется интенсивностью транспирации.

Интенсивность транспирации (I) вычисляется по формуле:

= ….г/м²/ч, где

n – количество испаренной воды в грамма;

s – площадь листьев в см²;

t – продолжительность опыта в минутах;

60 – коэффициент перевода минут в часы;

10000 – коэффициент перевода см² в м².

Одновременно определяется относительная транспирация.

Относительная транспирация – это соотношение интенсивности транспирации с листьев к интенсивности испарения со свободной водной поверхности такой же площади. Для определения испарения со свободной водной поверхности налить в чашку Петри воду, взвесить и учитывая время, повторным взвешиванием определить убыль в массе. Для определения испаряющей поверхности измерить внутренний диаметр чашки линейкой и вычислить площадь (πr²), а затем интенсивность испарения со свободной водной поверхности (Е), то есть количество воды, испаряющееся с 1м² или 1 дм² свободной водной поверхности за 1 час, пользуясь той же формулой, по которой вычисляется интенсивность транспирации.

Определить площадь листьев путем сравнения бумажных фигур (листья кладут на бумагу, обводят по контуру и вырезают) с весом квадрата с известной площадью (например, 100 см²), вырезанного из той же бумаги. Квадрат и бумажные фигуры взвесить (с точностью до 0,01 г). Найти площадь листьев по пропорции:

, где

a – масса квадрата;

b – масса бумажных фигур;

c – площадь квадрата (100 см²);

S – площадь листьев в см².

Рассчитать относительную транспирацию (Т) по предлагаемой формуле:

Результаты записать в таблицу.

По величине интенсивности транспирации и относительной транспирации сделать соответствующие выводы.

Объект	Время		Продолжительность опыта	Масса, г		Убыль в весе, г	Площадь, см^2	Интенсивность транспирации и испарения, г/м^2/ч	Относительная транспирация
	начало опыта	конец опыта		до опыта	после опыта
Растение в приборе Веска
Чашка Петри с водой

МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

1) побеги растений с листьями, срезанные под водой; 2) кипяченая вода; 3) приборы Веска; 4) технические весы; 5) градуированные пипетки; 6) чашки Петри; 7) часы.

Работа 12. Определение интенсивности транспирации у срезанных листьев при помощи торзионных весов

Метод основан на учете изменений массы срезанного транспирирующего листа за короткие промежутки времена, что дает возможность наблюдать транспирацию при том состояний насыщенности листа водой, в каком он находился на растении.

Интервал между взвешиваниями не должен превышать 5 минут, так как при более длительной экспозиции уменьшается содержание воды в листе и интенсивность транспирации снижается. Для быстрого взвешивания удобно пользоваться торзионными весами.

ХОД РАБОТЫ

На крючок коромысла, находящийся сбоку весов в закрытой камере подвешивают другой крючок и определяют его массу. Для этого освобождают коромысло весов передвижением закрепительного рычага вправо. Поворачивают указатель массы рычагом натяжения влево до совмещения указателя равновесия. В таком положении указатель массы показывает на шкале массу груза. Поворачивают закрепительный рычаг влево (стрелка показывает "закрыто") и возвращают указатель массы к нулевому делению на шкале.

Затем определяют интенсивность транспирации. Срезают лист, надевают на крючок и подвешивают на коромысле весов. Быстро взвешивают и помещают лист на наколку. Таким образом, взвешивают листья одного и того же яруса с 10 растений. Через 5 минут после взвешивания первого листа повторно взвешивают осе листья в первоначальном порядке. Массу листьев определяют вычитанием показаний шкалы массы крючка. Убыль в массе листьев за время между первым и вторым взвешиванием показывает, сколько воды испарилось за этот период. Все расчеты проводят по суммарной массе 10 листьев каждого варианта. Рассчитывают количество мг воды, испарившейся из 1 грамма сырых листьев за 1 час (мг/г/ч). Определяют интенсивность транспирации в комнатных условиях (контроль) и при сухом теплом ветре (с использованием фена).

Результаты опыта записывают в таблицу:

Вариант	Масса листьев, мг	Повторность										Суммарная масса 10 листьев, мг	Потеря воды 10 листьями, мг	Интенсив- ность транспи- рации, мг/г/ч
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Контроль	Началь­ная
	Через 5 минут
Сухой теплый ветер	Началь­ная
	Через 5 минут

МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

1) торзионные весы; 2) фен; 3) подставка для подвешивания листьев; 4) 10-дневные проростки овса или пшеницы, 5) часы.