Kaliforniya'da yetişen sekoyalar dünyanın en uzun ağaçları arasındadır. 110 metre yüksekliğe ulaşırlar. Bazı ağaçlar 2000-3000 yaşında! Bu devler arasında bir yürüyüşün bıraktığı kalıcı izlenimi aktarmak zor. Yaratılışın gerçeği burada güçlü bir şekilde tezahür ediyor. Ağacın hücreleri kökleri, gövdeyi, kabuğu, su sütunlarını, dalları ve yaprakları oluşturacak şekilde düzenlenmiştir. Ağaç dev bir kimya fabrikasını andırıyor. Son derece karmaşık kimyasal işlemler burada kusursuz bir sırayla gerçekleşir.
Şaşırtıcı olan şu ki, bu devasa ağaç büyüyor 58 gram ağırlığındaki küçük bir tohumdan... Bir düşünün: Bu devlerin gelişimi ve organizasyonuyla ilgili tüm bilgiler, DNA'larında, küçücük, yuvarlak bir tohumda gömülü. Tohum, DNA'sındaki tüm "talimatları" yerine getirerek, görünüş ve boyut olarak eşi benzeri olmayan devasa bir yapıya dönüşür. İnanılmaz, değil mi?
Dev sekoya "General Sherman". Yüksekliği 83,8 m, tabandaki gövdenin çevresi 34.9 m, ağaç 2500 yaşında. Bu ağaç, dünyadaki en büyük canlı organizma olarak kabul edilir. Ağırlığı kök sistemiyle birlikte 2500 tondur.Ağacın hacmi mavi balinanın hacminden 10 kat daha fazla olan 17000 metreküptür.
Kutsal Yazı şöyle der: "Allah, kudretiyle yücedir ve O'nun gibi öğreten kimdir? İnsanların gördüğü O'nun eserlerini yüceltmeyi unutmayın. Tüm insanlar onları görebilir; bir kişi onları uzaktan görebilir "... (Eyub 36: 22-25) Gerçekten de, bütün insanlar O'nun eserlerini görebilirler.
30 katlı bir binanın yüksekliğine su yükseltmek
yapraklarının arasından sekoya günde 600 litreye kadar su yayar, bu nedenle yerçekimi kuvvetini yenerek suyu sürekli olarak köklerden dallara kaldırır. Bir ağaç bunu mekanik pompalar olmadan nasıl yapar? 100 metre, 14 katlı iki binayla karşılaştırılabilir, gerçekten etkileyici bir yüksekliktir. Görünüşe göre bagajın içinde sekoyalar ksilem adı verilen birbirine bağlı dar tüplerden oluşan özel bir sistem vardır. Ağacın bu karmaşık iç dokusu, suyu köklerden yapraklara taşımaya hizmet eder. Ksilem tübülleri üst üste yerleştirilmiş hücreler oluşturur. Birlikte, köklerden gövdeye ve yapraklara uzanan inanılmaz derecede uzun bir sütun oluştururlar. Suyu "pompalamak" için, sekoya bu boruda sürekli bir su sütunu oluşturmalıdır.
Ağaç ömrü boyunca su tutar. Güçlü bir rüzgarın bir ağacı ve dalları nasıl büktüğünü hatırlayın. Bununla birlikte, iletken borunun birbirine kenetlenmiş milyonlarca küçük parçadan oluşması gerçeğinden dolayı, su akışı sürekli olarak geri tutulur. Bir katı tüp işi yapmazdı. Su genellikle yukarı doğru akmadığına göre, bir ağaç onu nasıl bu kadar yüksekliğe pompalamayı başarır? Kökler suyu "çeker" ve kılcallık etkisi (suyun borunun duvarları boyunca hafifçe yükselme yeteneği) basınç ekler. Ancak bu kuvvet, sekoyalara sadece 2-3 metrelik bir su yükselmesi sağlar. Altta yatan itici güç, su molekülleri arasındaki buharlaşma ve çekimdir. Moleküller, deneysel ölçümlere göre 25-30 atmosfer (1 atmosfer, deniz seviyesinde normal atmosfer basıncına eşittir) olan muazzam bir kuvvetle birbirlerine yapıştıkları için pozitif ve negatif yüklü parçacıklara sahiptir.
Enine kesitte gösterilen yayılma sistemi. İletim boruları hücrelerden oluşur ve çeşitli kanallardan yapraklara su ve mineralleri taşımak için tasarlanmıştır. Bitkilerde bu sistemin önemli bir özelliği de ksilem ve floem tüplerinin sürekli yenilenmesidir.
Bu, 350 metre su altında seyreden bir İkinci Dünya Savaşı denizaltısını itmek için yeterli. sekoya su sütununun tepesinde 14 atmosferlik bir basıncı kolayca korur. Su yapraklardan buharlaşır ve bir emiş gücü oluşturur. Bir su molekülü yapraktan buharlaşır ve moleküler çekim kuvveti nedeniyle etrafındaki diğer molekülleri de çeker. Bu, su sütununda hafif bir emme yaratır ve suyu bitişik yaprak hücrelerinden çeker. Bu moleküller de çevrelerindeki molekülleri çekerler. Hareket zinciri, zemine doğru devam eder ve suyu, tıpkı bir pompanın suyu bir sütundan yüzeye kaldırması gibi, ağacın köklerinden tepesine taşır.
bunu anlıyoruz ağaç suyun fiziğini ve güneş enerjisini kullanmayı bu kadar akıllıca öğrenmiş olduğu için, kendisi böyle karmaşık bir sistem oluşturamazdı. Tüm Zaferi, göğün ve yerin Yaratıcısı olan Tanrı'ya veriyoruz. Dev ağaçlar, bize gerçek kökenlerini açıklayan Yaratılış kitabının tarihselliğine tanıklık ediyor: "Ve Allah dedi: Yer yeşillik, tohum veren ot, cinsine göre meyva veren, tohumu yeryüzünde bulunan, semereli bir ağaç çıkarsın. Ve öyle oldu"... (Tekvin 1: 11-12)
Ayrıca okuyun
Kanada çimlerinin süper görüntüsü!2 yıl önce - 16 dakika okuyun Yaşayan Fosiller Yaratılışı DoğruluyorBir yıl önce - 27 dakika okuyun Fotosentez sırasında yapraklar nasıl erimez?Yarım yıl önce - 5 dakika okuyun Denizatı Bir yıl önce - 15 dakika okuyun Yaşayan fosiller: Deniz zambağı "150 milyon yılda" değişmediBir yıl önce - 3 dakika okuyun
Su, bitkiye kök kılları yoluyla topraktan girer ve tüm yer üstü kısmı boyunca kaplar vasıtasıyla taşınır. Bitki hücrelerinin vakuollerinde çeşitli maddeler çözülür. Bu maddelerin parçacıkları, suyu iyi geçiren, ancak suda çözünen parçacıkların içinden geçmesini engelleyen protoplazmaya baskı yapar. Solütlerin protoplazma üzerindeki basıncına ozmotik basınç denir. Çözünenler tarafından emilen su, hücrenin elastik zarını belirli bir sınıra kadar gerer. Çözeltide daha az çözünmüş madde kaldığında su içeriği azalır, kabuk küçülür ve minimum boyut alır. Ozmotik basınç, bitki dokusunu sürekli olarak gergin bir durumda tutar ve yalnızca büyük bir su kaybıyla, solma ile, bitkideki bu gerilim - turgor - durur.
Ozmotik basınç, genişleyen zar tarafından dengelendiğinde, su hücreye giremez. Ancak hücre suyun bir kısmını kaybeder kaybetmez zar küçülür, hücredeki hücre özsuyu daha konsantre hale gelir ve zar tekrar gerilip ozmotik basıncı dengeleyene kadar su hücreye akmaya başlar. Bitki ne kadar çok su kaybederse, su hücrelere o kadar kuvvetli girer. Bitki hücrelerindeki ozmotik basınç oldukça yüksektir ve buhar kazanlarındaki basınç gibi atmosferle ölçülür. Bitkinin suyu emdiği kuvvet - emme kuvveti - atmosferlerde de ifade edilir. Bitkilerin emme gücü genellikle 15 atmosfere ve daha fazlasına ulaşır.
Bitki, yapraklardaki stomalardan suyu sürekli olarak buharlaştırır. Stomalar açılıp kapanabilir, şimdi geniş, bazen dar bir boşluk oluşturabilir. Işıkta stomalar açılır ve karanlıkta ve çok fazla su kaybıyla kapanır. Buna bağlı olarak, suyun buharlaşması ya yoğundur ya da neredeyse tamamen durur.
Bitkiyi kökünden keserseniz, kenevirden meyve suyu sızmaya başlar. Bu, kökün kendisinin gövdeye su pompaladığını gösterir. Bu nedenle, bitkinin içine su akışı, sadece suyun yapraklardan buharlaşmasına değil, aynı zamanda kök basıncına da bağlıdır. Suyu canlı kök hücrelerden ölü damarların içi boş tüplerine yönlendirir. Bu damarların hücrelerinde canlı protoplazma olmadığından, su bunlar boyunca serbestçe hareket eder ve burada stoma yoluyla buharlaşır.
Buharlaşma bitki için çok önemlidir. Hareket eden su ile kök tarafından emilen mineral maddeler bitki boyunca taşınır.
Buharlaşma bitkinin vücut sıcaklığını düşürür ve böylece bitkinin aşırı ısınmasını önler. Bitki topraktan emdiği suyun sadece 2-3 kısmını özümser, kalan 997 - 998 kısım ise atmosfere buharlaşır. Bir gram kuru madde oluşturmak için iklimimizde bir bitki 300 gramdan bir kilogram suya buharlaşır.
Kök hücrelerine giren su, terleme ve kök basıncı nedeniyle ortaya çıkan su potansiyellerindeki farkın etkisi altında, ksilemin iletken elemanlarına hareket eder. Modern kavramlara göre, kök sistemindeki su sadece canlı hücrelerde hareket etmez. 1932'de. Alman fizyolog Münch, kök sisteminde suyun hareket ettiği nispeten bağımsız iki hacmin varlığı fikrini geliştirdi - apoplast ve semplast.
Apoplast, hücreler arası boşlukları, hücre zarlarını ve ksilem damarlarını içeren kökün serbest alanıdır. Symplast, yarı geçirgen bir zarla sınırlanmış tüm hücrelerin protoplastlarının bir koleksiyonudur. Bireysel hücrelerin protoplastını birbirine bağlayan çok sayıda plazmodesma nedeniyle, semplast tek bir sistemdir. Apoplast sürekli değildir, ancak iki cilde bölünmüştür. Apoplastın ilk kısmı, endoderm hücrelerine kadar kök korteksinde bulunur, ikincisi - endoderm hücrelerinin diğer tarafında ve ksilem damarlarını içerir. Kemerler sayesinde endoderm hücreleri. Caspari, suyun boş alan (hücreler arası boşluklar ve hücre zarları) boyunca hareketine karşı bir engeli temsil eder. Suyun kök kabuğu boyunca hareketi, esas olarak daha az dirençle karşılaştığı apoplast boyunca ve yalnızca kısmen semplast boyunca ilerler.
Ancak ksilem damarlarına girebilmek için suyun endoderm hücrelerinin yarı geçirgen zarından geçmesi gerekir. Böylece, endoderm hücrelerinde yarı geçirgen bir zarın bulunduğu bir ozmometre ile uğraşıyoruz. Su, bu zardan daha düşük (daha negatif) bir su potansiyeline doğru akar. Ayrıca, su ksilem damarlarına girer. Daha önce de belirtildiği gibi, ksilem damarlarına su salgılanmasının sebepleri konusunda farklı hükümler vardır. Crafts hipotezine göre, bu, tuzların ksilem kaplarına salınmasının bir sonucudur, bunun sonucunda orada artan konsantrasyonları oluşturulur ve su potansiyeli daha negatif hale gelir. Aktif (enerji harcanarak) bir sonucu olarak tuz alımının kök hücrelerde biriktiği varsayılmaktadır. Bununla birlikte, ksilem damarlarını (pericycle) çevreleyen hücrelerdeki solunum yoğunluğu çok düşüktür ve tuzları tutmazlar, bu nedenle damarlara emilirler. Suyun daha fazla hareketi kök, gövde ve yaprağın damar sistemi boyunca ilerler. Ksilemin iletken elemanları damarlardan ve tracheidlerden oluşur.
Çınlama ile ilgili deneyler, bitkinin içinden artan su akışının esas olarak ksilem boyunca hareket ettiğini göstermiştir. Ksilem'in iletken elemanlarında su, çok az dirençle karşılaşır, bu da doğal olarak suyun uzun mesafelerde hareketini kolaylaştırır. Doğru, belirli bir miktar su da vasküler sistemin dışına çıkar. Bununla birlikte, ksilem ile karşılaştırıldığında, diğer dokuların su hareketine karşı direnci çok daha yüksektir (en az üç büyüklük sırası). Bu, toplam su akışının sadece %1 ila %10'unun ksilemin dışında hareket etmesine neden olur. Sapın damarlarından su, yaprağın damarlarına girer. Su, gövdeden yaprak sapı veya yaprak kılıfından yaprağa doğru hareket eder. Yaprak kanadında, damarlarda su ileten damarlar bulunur. Yavaş yavaş dallanan damarlar küçülür ve küçülür. Damar ağı ne kadar yoğun olursa, yaprak mezofil hücrelerine hareket ederken suyun karşılaştığı direnç o kadar az olur. Bu nedenle, yaprak damarlarının yoğunluğunun, kuraklığa dayanıklı bitkilerin ayırt edici bir özelliği olan kseromorfik bir yapının en önemli özelliklerinden biri olduğu kabul edilir.
Bazen o kadar çok küçük yaprak damarı vardır ki, hemen hemen her hücreye su sağlarlar. Hücredeki tüm su dengededir. Başka bir deyişle, su ile doygunluk açısından vakuol, sitoplazma ve hücre zarı arasında bir denge vardır, su potansiyelleri eşittir. Bu bağlamda, terleme işlemi nedeniyle, parankimal hücrelerin hücre duvarlarında su doymamışlığı meydana gelir gelmez, su potansiyeli azalan hücreye hemen aktarılır. Su potansiyelinin gradyanı nedeniyle su hücreden hücreye hareket eder. Görünüşe göre, yaprak parankiminde suyun hücreden hücreye hareketi simplast boyunca değil, esas olarak direncin çok daha düşük olduğu hücre duvarları boyunca ilerler.
Su, terleme tarafından yaratılan su potansiyeli gradyanı, serbest enerji gradyanı (daha fazla enerji serbestliğine sahip bir sistemden daha az enerjiye sahip bir sisteme) nedeniyle damarlardan geçer. Suyun hareketine neden olan su potansiyellerinin yaklaşık bir dağılımı verilebilir: toprağın su potansiyeli (0,5 bar), kök (2 bar), gövde (5 bar), yapraklar (15 bar), %50 bağıl nemde hava (1000 bar) ).
Ancak hiçbir emme pompası suyu 10 m'den daha yüksek bir yüksekliğe kaldıramaz. Bu arada suları 100 metreyi aşan ağaçlar var. Bu, Rus bilim adamı E.F. Votchal ve İngiliz fizyolog E. Dixon tarafından öne sürülen uyum teorisi ile açıklanmaktadır. Daha iyi anlamak için aşağıdaki deneyi düşünün. Gözenekli bir porselen huni ile biten bir bardak cıva içine su dolu bir tüp yerleştirilir. Tüm sistem hava kabarcığı içermez. Su buharlaştıkça cıva boruyu yukarı kaldırır. Bu durumda, cıva yükselişinin yüksekliği 760 mm'yi aşıyor. Bunun nedeni, havanın yokluğunda tamamen ortaya çıkan su ve cıva molekülleri arasındaki yapışma kuvvetlerinin varlığıdır. Bitkilerin kaplarında, sadece daha belirgin olan benzer bir konum bulunur.
Bir tesisteki tüm su, birbirine bağlı tek bir sistemdir. Su molekülleri arasında adezyon kuvvetleri (kohezyon) olduğu için su 10m'den çok daha yüksek bir yüksekliğe çıkar. Hesaplamalar, su molekülleri arasındaki afinitenin varlığından dolayı, yapışma kuvvetlerinin - 30 bar değerine ulaştığını göstermiştir. Bu, yaklaşık olarak ağaçların maksimum yüksekliği olan su hatlarını kırmadan suyu 120m yüksekliğe çıkarmanıza izin veren bir kuvvettir. 120m, su hatlarını kırmadan, yaklaşık olarak ağaçların maksimum yüksekliğidir. Yapışma kuvvetleri de su ve kap duvarları arasında mevcuttur (yapışma). Ksilem iletken elemanlarının duvarları elastiktir. Bu iki durumdan dolayı, su eksikliğinde bile su molekülleri ile kan damarlarının duvarları arasındaki bağ kopmaz. Bu, otsu bitkilerin gövde kalınlığındaki değişiklik üzerine yapılan çalışmalarla doğrulanır. Tespitler öğle saatlerinde bitki sapı kalınlığının azaldığını göstermiştir. Sapı keserseniz, damarlar hemen genişler ve hava onlara akar. Bu deneyimden, güçlü buharlaşma ile damarların daraldığı ve bunun da negatif basıncın ortaya çıkmasına neden olduğu görülebilir. Böylece
Ψ v. Kap = Ψ ozm. + Ψ basınç
Kaplardaki su filamentlerinin gerilim derecesi, suyun absorpsiyon ve buharlaşma süreçlerinin oranına bağlıdır. Bütün bunlar, bitki organizmasının tek bir su sistemini sürdürmesine izin verir ve buharlaşan suyun her damlasını yenilemek zorunda kalmaz. Böylece normal bir su temini ile toprakta, bitkide ve atmosferde su devamlılığı yaratılır. Gemilerin ayrı bölümlerine hava girmesi durumunda, görünüşe göre toplam su akışından kapatılırlar. Bu, bitkinin içinden geçen su yolu ve ana itici güçtür. Modern araştırma yöntemleri, suyun bitki içindeki hareket hızını belirlemeyi mümkün kılar. Suyun hareket hızı, yolun başındaki ve sonundaki su potansiyeli farkının yanı sıra karşılaştığı direnç tarafından belirlenir. Elde edilen verilere göre gün içinde su hareketinin hızı değişmektedir. Gündüz ise çok daha yüksek. Ayrıca, farklı bitki türleri suyun hareket hızında farklılık gösterir. Kozalaklı ağaçlarda hareket hızı genellikle 0,5-1,2 m / s ise, yaprak dökenlerde çok daha yüksektir. Örneğin meşe 27 - 40 m/s hareket hızına sahiptir. Suyun hareket hızı, metabolizmanın yoğunluğuna çok az bağlıdır. Sıcaklık değişiklikleri, metabolik inhibitörlerin tanıtılması suyun hareketini etkilemez. Aynı zamanda, bu süreç, beklendiği gibi, büyük ölçüde terleme hızına ve su ileten damarların çapına bağlıdır. Daha geniş kaplarda su daha az dirençle karşılaşır. Bununla birlikte, hava kabarcıklarının daha geniş kaplara girme olasılığının daha yüksek olabileceği veya su akışında başka rahatsızlıkların meydana gelebileceği akılda tutulmalıdır.
Su akımının ana motorları
Suyun kök sistem tarafından emilmesi, su akımının iki uç motorunun çalışmasından kaynaklanmaktadır: üst uç motor veya buharlaşmanın emme kuvveti (terleme) ve alt uç motor veya kök motor. Bir bitkide suyun akışına ve hareketine neden olan ana kuvvet, terlemenin emme kuvvetidir ve bunun sonucunda bir su potansiyeli gradyanı ortaya çıkar. Su potansiyeli, suyun seyahat etmek için kullandığı enerjinin bir ölçüsüdür. Su potansiyeli ve emme kuvveti mutlak değerde aynı, işarette zıttır. Belirli bir sistemin su doygunluğu ne kadar az olursa, su potansiyeli o kadar az (daha negatif) olur. Bir bitki terleme sürecinde su kaybettiğinde, yaprak hücrelerinin su ile doymamışlığı oluşur, bunun sonucunda bir emme kuvveti ortaya çıkar (su potansiyeli azalır). suyun akışı, daha büyük bir emme kuvveti veya daha düşük bir su potansiyeli yönünde gider.
Bu nedenle, bitkideki su akımının üst terminal motoru, yaprakların terlemesinin emme kuvvetidir ve çalışmasının kök sisteminin hayati aktivitesi ile çok az ilgisi vardır. Gerçekten de deneyler, suyun sürgünlere ölü kök sistemi yoluyla girebileceğini ve bu durumda suyun emilmesinin hızlandığını göstermiştir.
Bitkilerde su akımının üst uç motoruna ek olarak alt uç motoru vardır. Bu, aşağıdaki gibi fenomenlerin örnekleriyle iyi bir şekilde kanıtlanmıştır: damlama.
Hücreleri suya doymuş olan bitkilerin yaprakları, buharlaşmayı önleyen yüksek hava nemi koşullarında, az miktarda çözünmüş madde içeren damlama-sıvı su yayar - gutasyon. Sıvının salgılanması özel su stomalarından - hidratörlerden geçer. Evrimleşmiş sıvı guttadır. Bu nedenle, guttasyon işlemi, terlemenin yokluğunda meydana gelen tek yönlü bir su akışının sonucudur ve bu nedenle, başka bir nedenden kaynaklanır.
Aynı sonuca fenomen göz önüne alındığında da ulaşılabilir. Ağla bitkiler. Bir bitkinin sürgünlerini keserseniz ve kesilen uca bir cam tüp takarsanız, sıvı onun boyunca yükselir. Analiz, bunun çözünmüş maddeler içeren su olduğunu gösteriyor - özsu. Bazı durumlarda özellikle ilkbaharda bitkilerin dalları kesildiğinde de ağlama görülür. Tespitler, salınan sıvının (sap) hacminin, kök sisteminin hacminden birçok kez daha büyük olduğunu gösterdi. Yani ağlamak sadece bir kesikten sızan sıvı değildir. Yukarıdakilerin tümü, bağırmak gibi ağlamanın, kök sistemlerinden terlemeye bağlı olmayan tek yönlü bir su akışının varlığı ile ilişkili olduğu sonucuna götürür. Terleme sürecinden bağımsız olarak çözünen maddeler içeren damarlardan suyun tek yönlü akışına neden olan kuvvete kök basıncı denir. Kök basıncının varlığı, su akımının alt uç motoru hakkında konuşmayı mümkün kılar. Kök basıncı, bitki organlarını yerden kestikten sonra sol uca bir basınç ölçer takarak veya kök sistemini çeşitli konsantrasyonlarda bir dizi çözeltiye yerleştirerek ve ağlamanın durduğu bir çözelti seçerek ölçülebilir. Kök basıncının yaklaşık 0.1 - 0.15 MPa (D.A. Sabinin) olduğu ortaya çıktı. Sovyet araştırmacıları L.V. Mozhaeva, V.N. Zholkevich tarafından yapılan tespitler, ağlamayı durduran dış çözelti konsantrasyonunun, özsu konsantrasyonundan önemli ölçüde daha yüksek olduğunu gösterdi. Bu, ağlamanın konsantrasyon gradyanına aykırı olabileceği fikrini ifade etmeyi mümkün kıldı. Ağlamanın, yalnızca hücrelerin tüm hayati aktivite süreçlerinin normal şekilde ilerlediği koşullar altında gerçekleştirildiği de gösterilmiştir. Sadece kök hücrelerin öldürülmesi değil, aynı zamanda hayati aktivitelerinin yoğunluğunda, özellikle solunum yoğunluğunda bir azalma, ağlamayı durdurur. Oksijen yokluğunda, solunum zehirlerinin etkisi altında, sıcaklık düştüğünde ağlama durur. Yukarıdakilerin tümü, D.A. Sabinin'in aşağıdaki tanımı vermesine izin verdi: ağlayan bitkiler- Bu, asimilatların aerobik işlenmesine bağlı olarak intravital tek yönlü su ve besin akışıdır. D.A. Sabinin, kökteki tek taraflı su akışının mekanizmasını açıklayan bir şema önerdi. Bu hipoteze göre kök hücreler belirli bir yönde polarize olur. Bu, metabolik süreçlerin aynı hücrenin farklı bölmelerinde farklı olması gerçeğinde kendini gösterir. Hücrenin bir bölümünde, özellikle nişastanın şekere dönüşmesi ve bunun sonucunda hücre suyunun konsantrasyonunun artması olmak üzere yoğunlaştırılmış bozunma süreçleri vardır. Hücrenin karşı ucunda, hücrenin bu bölümünde çözünen maddelerin konsantrasyonunun azalması nedeniyle sentez süreçleri hakimdir. Tüm bu mekanizmaların sadece ortamdaki yeterli miktarda su ile ve metabolizmayı bozmadan çalışacağı unutulmamalıdır.
Başka bir hipoteze göre, bitkilerin ağlamasının solunum yoğunluğuna bağımlılığı dolaylıdır. Solunum enerjisi, iyonların korteks hücrelerine girişi için kullanılır ve buradan ksilem damarlarına desorbe edilirler. Sonuç olarak, ksilem kaplarındaki tuz konsantrasyonu artar ve bu da su akışına neden olur.
Suyun bitki üzerindeki hareketi
Kök hücreleri tarafından emilen su, terleme nedeniyle ortaya çıkan su potansiyellerindeki farklılığın yanı sıra kök basıncının kuvvetinin etkisi altında, ksilem yollarına doğru hareket eder. Modern kavramlara göre, kök sistemindeki su sadece canlı hücrelerde hareket etmez. 1932'de Alman fizyolog Münch, kök sisteminde suyun hareket ettiği nispeten bağımsız iki hacmin varlığı fikrini geliştirdi - apoplast ve semplast. apoplast - bu, hücreler arası boşlukları, hücre zarlarını ve ksilem damarlarını içeren kökün serbest alanıdır. Simplast - yarı geçirgen bir zarla sınırlandırılmış tüm hücrelerin protoplastlarının bir koleksiyonudur. Bireysel hücrelerin protoplastını birbirine bağlayan çok sayıda plazmodesma nedeniyle, semplast tek bir sistemdir. Görünüşe göre apoplast sürekli değildir, ancak iki cilde bölünmüştür. Apoplastın ilk kısmı kök korteksinde endoderm hücrelerine kadar, ikincisi - endoderm hücrelerinin diğer tarafında bulunur ve ksilem damarlarını içerir. Endoderm hücreleri, Caspari kuşakları sayesinde, suyun serbest alan (hücreler arası boşluklar ve hücre zarları) boyunca hareketine bir engel teşkil eder. Ksilem damarlarına girmek için su, yarı geçirgen bir zardan ve esas olarak apoplast boyunca ve sadece kısmen semplast boyunca geçmelidir. Bununla birlikte, endoderm hücrelerinde, suyun hareketi görünüşte semplast boyunca ilerler. Ayrıca, su ksilem damarlarına girer. Daha sonra suyun hareketi kök, gövde ve yaprağın damar sistemi boyunca ilerler.
Sapın damarlarından su, yaprak sapı veya yaprak kılıfından yaprağa doğru hareket eder. Yaprak kanadında, damarlarda su ileten damarlar bulunur. Yavaş yavaş dallanan damarlar küçülür. Damar ağı ne kadar yoğun olursa, yaprak mezofil hücrelerine hareket ederken suyun karşılaştığı direnç o kadar az olur. Bazen o kadar çok küçük yaprak damarı vardır ki, hemen hemen her hücreye su sağlarlar. Hücredeki tüm su dengededir. Başka bir deyişle, su ile doygunluk açısından vakuol, sitoplazma ve hücre zarı arasında bir denge vardır, su potansiyelleri eşittir. Su, emme kuvvetinin gradyanı nedeniyle hücreden hücreye hareket eder.
Bir tesisteki tüm su, birbirine bağlı tek bir sistemdir. Su molekülleri arasında olduğu için yapışma kuvvetleri(kohezyon), su 10 m'den çok daha yüksek bir yüksekliğe yükselir, su moleküllerinin birbirine afinitesi daha fazla olduğundan kohezyon kuvveti artar. Su ile kan damarlarının duvarları arasında da kohezyon kuvvetleri vardır.
Kaplardaki su filamentlerinin gerilim derecesi, suyun absorpsiyon ve buharlaşma süreçlerinin oranına bağlıdır. Bütün bunlar, bitki organizmasının tek bir su sistemini sürdürmesine izin verir ve buharlaşan suyun her damlasını yenilemek zorunda kalmaz.
Gemilerin ayrı bölümlerine hava girmesi durumunda, görünüşe göre toplam su akışından kapatılırlar. Bu, suyun bitki içinden geçtiği yoldur (Şekil 1).
Pirinç. 1. Bitkideki suyun yolu.
Suyun bitki içindeki hareket hızı gün boyunca değişir. Gündüz, çok daha büyüktür. Ayrıca, farklı bitki türleri suyun hareket hızında farklılık gösterir. Sıcaklık değişiklikleri, metabolik inhibitörlerin tanıtılması suyun hareketini etkilemez. Aynı zamanda, bu süreç, beklendiği gibi, büyük ölçüde terleme hızına ve su ileten damarların çapına bağlıdır. Daha geniş kaplarda su daha az dirençle karşılaşır. Ancak, hava kabarcıklarının daha geniş kaplara girebileceği veya su akışında başka rahatsızlıkların meydana gelebileceği akılda tutulmalıdır.
Video: Suyun ve organik maddenin gövde boyunca hareketi.
Çiçekli bitkilerin ksilemi iki tür su ileten yapı içerir - tracheids ve damarlar. Makalede, bu yapıların bir ışık mikroskobunda ve ayrıca bir taramalı elektron mikroskobu kullanılarak elde edilen mikrograflarda nasıl göründüğünden bahsetmiştik. Makalede ikincil ksilemin (ahşabın) yapısı tartışılmaktadır. Ksilem ve floem, daha yüksek veya vasküler bitkilerin iletken dokusunu oluşturur. Bu doku, yapısı ve dağılımı, birincil yapıya sahip dikotiledonlu bitkilerin gövdelerinde gösterilen iletken demetlerden oluşur.
Ne su tam olarak ksilem boyunca yükselir, eozin gibi bir seyreltik sulu boya çözeltisine kesik uçlu sürgünün daldırılmasıyla kolayca gösterilebilir. Gövde boyunca yayılan renkli sıvı, yapraklara nüfuz eden damar ağını doldurur. Daha sonra ince kesitler alır ve bunları ışık mikroskobunda incelerseniz, boyanın ksilemde olduğu ortaya çıkar.
Daha etkili kanıt ksilem boyunca su yükselmesi"zil" ile deneyler yapın. Bu tür deneyler, canlı bir organizmadaki maddelerin yolunu izlemeyi çok kolaylaştıran radyoaktif izotopların kullanılmasından çok önce gerçekleştirildi. Deneyin varyantlarından birinde, odunsu gövdeden bast, yani floem ile birlikte dar bir ağaç kabuğu halkası çıkarılır. Bundan sonra uzun bir süre, kesme halkasının üzerindeki sürgünler normal şekilde büyümeye devam eder: bu nedenle, bu tür ziller, gövde boyunca suyun yükselmesini etkilemez. Bununla birlikte, bir ağaç kabuğu kanadı kaldırılırsa, altından bir tahta parçası, yani ksilem kesilirse, bitki hızla kurur. Böylece su, bu iletken doku boyunca topraktan sürgünlerin içine doğru hareket eder.
açıklayan herhangi bir teori suyun ksilem boyunca taşınması, aşağıdaki gözlemleri göz ardı edemez.
1. Ksilemin anatomik elemanları- "yaz" ahşabında çapı 0,01 mm'den "bahar" ahşabında 0,2 mm'ye kadar değişen ince ölü borular.
2. Büyük miktarlar sular ksilem boyunca hareket eder nispeten yüksek bir hız ile: uzun ağaçlarda 8 m / s'ye kadar ve diğer bitkilerde - yaklaşık 1 m / s.
3. Bu tür borulardan suyu kaldırmak için uzun bir ağacın tepesine yaklaşık 4000 kPa'lık bir basınç gereklidir. En uzun ağaçlar - Kaliforniya'daki sekoyalar ve Avustralya'daki okaliptüs - 100 m'den daha yüksek bir yüksekliğe ulaşır.Su, yüksek yüzey gerilimi nedeniyle (bu fenomene kılcallık denir), ancak yalnızca bu kuvvetler nedeniyle ince ıslatma tüplerinden yükselebilir. ksilemin en ince damarlarından bile su 3 m'yi geçmez.
Bu konuda tatmin edici bir açıklama gerçekler yapışma teorisi tarafından verilir(uyum) veya gerilim teorisi. Bu teoriye göre, suyun köklerden yükselmesi, yaprak hücreleri tarafından buharlaşmasından kaynaklanmaktadır. Yazıda da söylediğimiz gibi buharlaşma, ksilemin yanındaki mezofil hücrelerinin su potansiyelini azaltır ve bu hücrelere su potansiyeli daha yüksek olan ksilem özsuyundan su girer; bunu yaparken de şekilde görüldüğü gibi damarların uçlarındaki nemli hücre duvarlarından geçer.
ksilem kapları katı bir su sütununu doldurur; su kaplardan çıktıkça bu kolonda gerilim oluşur; su moleküllerinin kohezyonu (kohezyonu) nedeniyle gövdeden köke kadar iletilir. Bu moleküller birbirlerine "yapışma" eğilimindedir çünkü polardırlar ve elektrik kuvvetleri tarafından birbirlerine çekilirler ve daha sonra hidrojen bağları ile bir arada tutulurlar. Ek olarak, ksilem damarlarının duvarlarına çekilirler, yani onlara yapışmaları (yapışmaları) meydana gelir. Su moleküllerinin güçlü kohezyonu, kolonunun kırılmasının zor olduğu anlamına gelir - yüksek bir gerilme mukavemetine sahiptir. Ksilem hücrelerindeki çekme gerilimi, hacimsel akış mekanizması boyunca tüm su sütununu yukarı doğru kaydırabilen bir kuvvetin üretilmesine yol açar. Aşağıdan su, bitişik kök hücrelerden ksileme girer. Bu durumda, yumuşak bir pipetle bir kokteyl emerken olduğu gibi, ksilem elemanlarının duvarlarının sert olması ve içerideki basınç düştüğünde çökmemesi çok önemlidir. Duvarların rijitliği lignin tarafından sağlanır. Ksilem damarlarının içindeki sıvının yüksek oranda gerildiğinin (gerildiğinin) kanıtı, ağaç gövdelerinin çapındaki günlük dalgalanmalar, dendrograf adı verilen bir aletle ölçülür.
Minimum çap, terleme hızının en yüksek olduğu gün boyunca işaretlenir. sonrası gerginlik ksilem kabındaki su(yapışma nedeniyle) duvarlarının biraz içine çeker ve bu mikroskobik sıkıştırmaların kombinasyonu, cihaz tarafından sabitlenen namlunun toplam "büzülmesini" verir.
için güç tahminleri ksilem özsuyu sütununun yırtılması Daha sonra elde edilen daha düşük değerlerle 3000 ila 30.000 kPa arasında değişmiştir. Yapraklarda yaklaşık -4000 kPa'lık bir su potansiyeli kaydedilmiştir ve ksilem özsuyu sütununun kuvveti, muhtemelen ortaya çıkan gerilime dayanmak için yeterlidir. Tabii ki, özellikle büyük çaplı kaplarda su sütununun bazen patlaması mümkündür.
Belirtilen teorinin eleştirmenleri Kabın hava ve buharla dolacağından (kavitasyon olayı) meyve suyu kolonunun devamlılığındaki herhangi bir kesintinin tüm akışı derhal durdurması gerektiğini vurgulayın. Kavitasyona güçlü şoklar, namlu bükülmesi ve su kıtlığı neden olabilir. Yaz aylarında ağaç gövdesindeki su içeriğinin giderek azaldığı, ahşabın havayla dolması iyi bilinmektedir. Bu, ağaçların yüzmesi daha kolay olduğu için kaydediciler tarafından kullanılır. Bununla birlikte, kapların bir kısmındaki su kolonunun yırtılması, hacimsel akışın toplam hızı üzerinde çok az etkiye sahiptir. Belki de gerçek şu ki, su paralel damarlara akar veya hava kilidini atlayarak komşu parankimal hücreler boyunca ve duvarlar boyunca hareket eder. Ek olarak, hesaplamalara göre, gözlemlenen akış hızını korumak için, zamanın her anında en azından küçük bir ksilem elemanının işlev görmesi oldukça yeterlidir. Bazı ağaçlarda ve çalılarda, su yalnızca diri odun adı verilen daha genç dış ahşabın içinden geçer. Örneğin meşe ve dişbudakta, iletken işlev esas olarak mevcut yılın gemileri tarafından gerçekleştirilir ve diri odunun geri kalanı bir su rezervi rolü oynar. Büyüme mevsimi boyunca, ancak esas olarak su akış hızının maksimum olduğu başlangıçta yeni ksilem kapları oluşur.
İkinci güç, suyun ksilem boyunca hareketini sağlamak, kök basıncıdır. Taç kesildiği anda tespit edilebilir ve ölçülebilir ve kökleri olan gövde bir süre ksilem damarlarından meyve suyu salgılamaya devam eder. Bu süreç, siyanür gibi solunum inhibitörleri tarafından bastırılır ve oksijen eksikliği ve sıcaklıkta düşüş olduğunda durur. Görünüşe göre bu mekanizmanın çalışması, tuzların ve diğer suda çözünür maddelerin ksilem özsuyuna aktif salgılanmasından kaynaklanmaktadır. Sonuç olarak, su potansiyeli düşer ve su, osmoz yoluyla komşu kök hücrelerden ksileme girer.
Bu mekanizma, 100-200 kPa (istisnai durumlarda 800 kPa) düzeyinde bir hidrostatik basınç oluşturur; onun için bir ksilem boyunca su yükselmesi genellikle yetersizdir, ancak birçok tesiste şüphesiz ksilem akımının korunmasına katkıda bulunur. Yavaşça yayılan otsu formlarda, bu basınç onlarda bir mutasyona neden olmak için yeterlidir. Bu, bir bitkinin1 yüzeyinde suyun buhar değil sıvı damlacıklar halinde salınmasına verilen isimdir. Düşük ışık ve yüksek nem gibi terlemeyi engelleyen tüm koşullar guttasyona katkıda bulunur. Birçok yağmur ormanı yağmur ormanında yaygındır ve genellikle çim fidelerinin yapraklarının uçlarında görülür.
Yüksek bitki, farklı işlevleri yerine getiren organlara bölünmüştür, ancak fizyolojik süreçlerin seyri için besin, madde ve su ihtiyacı da dahil olmak üzere birçok ortak özelliğe sahiptir. Su, tüm organlar tarafından değil, esas olarak kök sistemi tarafından emildiğinden, bitkinin etrafında hareket ettirmek gerekli hale gelir. Bu süreç sözde yukarı akımı oluşturur. Bu ismin yönü değil, hareketin doğasını ve bitkideki lokalizasyonunu yansıttığına dikkat edilmelidir. Esas olarak gövdenin veya yaprak sapının ölü dokularından geçer - anjiyospermlerde damarlar veya trakea ve gymnospermlerde trakeidler. Bununla birlikte, bu lokalizasyon mutlak değildir: su, örneğin floem sistemi boyunca diğer anatomik elementler boyunca hareket edebilir.
İçinde çözünmüş mineraller ve maddeler bulunan su, ahşabın damarlarından yükselir.
Yukarı akımın yolunun tüm uzunluğunu hesaba katarsak, uzunlukları eşit olmayan iki bölüme ayrılabilir.
1. Yolun ortasındaki ölü histolojik elementler, damarlar veya soluk borusu. Bu bölümün uzunluğu önemlidir, ancak su, ölü elementler boyunca pasif olarak hareket ettiğinden, onlardan önemli bir direnç görmeden nispeten kolay bir şekilde geçer.
2. Hareket yolunun başında ve sonunda bulunan kök ve yaprağın canlı hücreleri. Bu yol uzamsal olarak kısadır, ancak hücre zarları suyun hareketini engellediği için büyük zorluklarla aşılır.
Bir bitkinin yaşamında suyun yukarı doğru hareketi esastır. Bu akım tüm organ ve dokulara su sağlayarak onları turgor durumuna getirir. Suyun yukarıya doğru akışı, kök tarafından emilen mineral iyonları yakalar, onları taşır ve böylece bitki boyunca dağılımını (ama emilimi değil!) kolaylaştırır.
Suyun bitki boyunca hareket etmesi (ve sadece hareket etmesi değil, yükselmesi) için, uygulama noktaları akımın uçlarında bulunan belirli bir miktarda enerji gereklidir, bunun sonucunda uç motorlar denir.
Alt uç motor veya kök basıncı. Rolü esas olarak aktif emilim - su enjeksiyonu sırasında kendini gösterir. Kasılabilir proteinlerin katılımıyla, sadece kök sistemine su sağlamakla kalmaz, aynı zamanda onu kökün damarlarına ve gövdeye doğru iter. Su enjeksiyonu
En çok kök kabuğunda belirgin olan aktif bir uçucu süreç. Uç motor tarafından geliştirilen kuvvet küçüktür (yaklaşık 0.15 MPa), suyun bir metreden fazla olmayan bir yüksekliğe yükselmesini sağlayabilir, yani otsu bitkiler ve küçük çalılar için yeterlidir.
Symplast, birbirine bağlı bitki protoplastlarından oluşan bir sistemdir. Komşu hücrelerin protoplastları, hücre duvarlarındaki gözeneklerden geçen plazmodesmata - sitoplazmik ipliklerle birbirine bağlanır. Bir hücrenin protoplastına giren, içinde çözünmüş herhangi bir madde bulunan su, herhangi bir zarı geçmeden semplast boyunca ilerleyebilir. Bu hareket bazen sitoplazmanın düzenli akışıyla kolaylaştırılır.
Bir apoplast, bitki boyunca sürekli bir ağ oluşturan bitişik hücre duvarlarından oluşan bir sistemdir. Böyle bir selüloz çerçevenin %50'ye kadarı, su tarafından işgal edilebilecek bir tür "boş alan"dır. Mezofil hücrelerinin yüzeyinden hücreler arası boşluklara buharlaştığında, sürekli apoplastik su tabakasında gerilim ortaya çıkar ve tüm tabaka, kohezyon nedeniyle hacimsel akış mekanizması tarafından azalma yerine çekilir ("adezyon"). ") su moleküllerinin. Su, ksilemden apoplasta girer.
Üst uç motor veya terlemenin emme gücü. Bitkilerin yapraklarında suyun sürekli buharlaşmasıyla, emme kuvveti (1 - 1.5 MPa) kırılır, en yakın hücrelerden su emilir ve suyun damarlara kadar hareket ettiği sonraki hücrelere iletilir. Damarlarda sitoplazma yoktur, bu nedenle ozmotik basınç yoktur ve sıvının emilmesi, emme kuvvetinin tüm büyüklüğünün katılımıyla gerçekleşir. Bir hidrolik pompa gibi davranarak suyun birkaç metre yükselmesine izin verir. Bu kuvvet çalılar ve nispeten küçük ağaçlar için su sağlamak için yeterlidir.
Bir ağaç gövdesi boyunca su yetiştirme
Uç motorlar suyu 10 m yüksekliğe kaldırabilir, ancak birçok odunsu bitkinin gövde uzunluğu çok daha fazladır ve bu durumda her iki uç motor da suyu kaldıramaz. Bu tür bitkilerde, çok büyük ve 30 - 35 MPa'ya ulaşabilen su molekülleri arasındaki yapışma kuvvetleri kurtarmaya gelir. Bu kuvvet, herhangi bir ağacın yüksekliğinden çok daha yüksek olan suyu 1-2 km kaldırmak için yeterlidir.
Su moleküllerinin yapışma kuvvetleri yalnızca belirli koşullar altında etki eder: kaplardaki su jetleri, hava kabarcıkları olmadan sürekli olarak gitmelidir. Onlara hava girerse, ki bu yaralandığında veya kesildiğinde mümkündür, suyun hareketi kesintiye uğrar. Bu, yaprak ve çiçeklerle (örneğin leylaklar) odunsu bitkilerin sürgünlerinin, kesildikten hemen sonra değil, bir süre sonra suya yerleştirildiğinde solmasını açıklar.
