За простою формулою, або рух води в рослині (частина 1)
Якщо подивитися на фотографію нашої планети, отриману з космосу, кинеться в очі велика кількість блакитного кольору на земній кулі. Це - вода, що займає, як пам'ятають багато хто з уроків географії, три чверті поверхні Землі.
Вода ... Всі знають її просту формулу: Н2 О. Але за цією уявною простотою - властивості самого дивного і чудового речовини на Землі. Вода відносно повільно нагрівається і остигає, а також повільно випаровується. Молекули води завдяки водневим зв'язкам взаємно притягуються і міцно тримаються разом, що дуже важливо для переміщення води в рослині, для якого вона - життєво необхідна речовина. Живі рослинні клітини на 80-90 відсотків складаються з води. Навіть клітини сухого насіння, в яких припинена життя, містять 10 відсотків води.
Листя рослин постійно випаровують воду, особливо вдень. Це відбувається тому, що їх поверхня всіяна численними мікроскопічними отворами - устьицами. Причому на нижній поверхні листа їх значно більше, ніж на верхній. Днем продихи відкриті і водяні пари виходять з листа. Вночі ж вони закриваються і випаровування води практично припиняється. Але і вночі рослина повільно втрачає воду. Вона йде, минаючи продихи, через тонку шкірку листа.
Випаровування води листям називається транспирацией. Таким шляхом рослина втрачає дуже багато вологи. У порівнянні з тваринами рослини за той же самий час випаровують води в 100 разів більше на одиницю ваги, ніж ссавці! Наприклад, протягом літа соняшник випаровує до 200-300 літрів води, кукурудза - до 180, а береза за один тільки жаркий день може втратити 400 літрів. Цікаві такі цифри: пшениця бере за літо з грунту 1,5-3,5 тонни води з гектара. Однак з усієї кількості поглиненої води рослина використовує мізерну частину - 1-3 грами на літр, а інша маса її випаровується і повертається в атмосферу. Може здатися, що рослина марно витрачає свої сили. Але це не так. Поступила вода дає життя рослинного організму. Всі хімічні реакції в клітині відбуваються тільки в воді. Випаровуючись з поверхні листа, вона охороняє рослину від перегріву, що виникає при надлишку поглиненої сонячної радіації.
Рух води в рослині - пристосування до наземного життя. Коли у перших сухопутних рослин з'явилися листя, то платити за життя на Землі вони стали транспирацией. Саме транспіраціонний ток переміщує воду в рослині.
Водну проблему рослина вирішує за допомогою добре розвиненою водопроводящей системи, яка починається в коренях, поглинаючих вологу з ґрунту, триває в трубках, які подають її до всіх частин рослини, і закінчується випаровуванням з листя в повітря. Здається, все просто. Однак механізм пересування води насправді складний і не до кінця ще вивчений.
Перше питання, яке виникає при знайомстві з водопроводящей системою: "Як вода надходить в корінь рослини?". Щоб відповісти на це питання, розглянемо спочатку будова кореня. Кінчик його кожного корінця покритий захисним кореневих чехликом - "наконечником", що складається з клітин. "Не існує освіти більш дивного, ніж кінчик корінця, якщо мати на увазі його функції", - захоплювався свого часу Чарлз Дарвін. Цей кореневий чохлик захищає від пошкоджень точку росту. Вона складається з активно діляться меристематичних клітин, з яких і утворюються сам чехлик і всі органи кореня. 3а точної зростання знаходиться зона розтягування, клітини якої, поглинаючи багато води, швидко ростуть в довжину. Далі розташована зона кореневих волосків. Кожен такий волосок є тонкий, подовжений бічний відросток, що відходить від поверхні клітини кореня і сильно збільшує поглинаючу поверхню. Був проведений експеримент. Рослини озимого жита вирощували по одному екземпляру в ящиках площею 30 квадратних сантиметрів і глибиною 50 сантиметрів. Через місяць обережно відмили всю грунт і підрахували число коренів. Довжина всіх коренів однієї рослини становила 625 кілометрів, а їхня поверхня - 285 квадратних метрів! Загальна кількість кореневих волосків досягало 14 мільярдів, їх загальна довжина - 10 тисяч кілометрів, а площа їх поверхні - 400 квадратних метрів. Подібний феномен можливий, звичайно, лише в ідеальних умовах. В поле, де рослини розташовані дуже густо, довжина коренів однієї рослини не перевищує зазвичай одного кілометра.
Кореневі волоски проникають в найдрібніші тріщини грунту і, виявивши хоч трохи вологи, поглинають її.
Вода потрапляє в клітинку кореневого волоска завдяки явищу осмосу, механізм якого розкрив в минулому столітті французький фізик Рене Дютроше. Цей простий досвід можна поставити самим. Треба взяти скляну воронку, широкий кінець її обтягнути напівпроникною перетинкою - шматочком пергаментного паперу або тваринного міхура і наповнити сильно концентрованим розчином цукру, краще підфарбованим фруктовим сиропом. На іншу частину воронки надіти гумову трубку, а в неї вставити довгу скляну трубку. Широким кінцем ворону треба опустити в воду. Сконструйований таким чином прилад називається осмометром. Вже на наступний день ми побачимо, що вода пройшла через перегородку і піднялася по відвідної трубці воронки. Всередині неї виникло тиск, іменоване осмотическим, яке і підняло воду в трубці. Напівпроникливості перетинки полягає в тому, що вона пропускає тільки молекули води. Молекулам глюкози і інших розчинених речовин "вихід заборонений".
Рис.1. Демонстрація осмосу.
За цим же принципом вода проникає в кореневий волосок, оскільки концентрація клітинного соку у кореневого волоска, як правило, вище, ніж у ґрунтового розчину. Клітинна стінка вільно пропускає воду, але прилегла до неї плазмалемма, навколишнє цитоплазму, напівпроникності і затримує розчинені речовини. Встановлюється односторонній струм, при якому вода безперервно надходить в рослину. Клітини, розташовані ближче до центру кореня, на відміну від периферійних клітин містять концентровані розчини глюкози і інших органічних речовин. Тому і осмотическая сила зростає в міру віддалення від кореневих волосків до центру кореня. Вода, таким чином, постійно пересувається з клітки в клітку, поки не потрапляє в кінці кінців в судини деревини кореня, а потім і стебла.