Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Przygotuj się do egzaminów
Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Otrzymaj punkty, aby pobrać
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Społeczność
Odkryj najlepsze uniwersytety w twoim kraju, według użytkowników Docsity
Bezpłatne poradniki
Pobierz bezpłatnie nasze przewodniki na temat technik studiowania, metod panowania nad stresem, wskazówki do przygotowania do prac magisterskich opracowane przez wykładowców Docsity
Budowa aparatu szparkowego w notatkach do slajdu. Aparat szparkowy składa się z dwóch symetrycznych komórek szparkowych, pomiędzy.
Typologia: Notatki
1 / 32
Ta strona nie jest widoczna w podglądzie
Nie przegap ważnych części!
Wykład 2 Gospodarka wodna roślin Bilans wodny roślin Czynniki regulujące gospodarkę wodną roślin
Autor dr Anna DzierŜyńska
Wykład 2 Gospodarka wodna roślin Bilans wodny roślin Czynniki regulujące gospodarkę wodną roślin
Autor dr Anna DzierŜyńska
http://www.flickr.com/photos/27302612@N03/2947014358/
Część energii wody moŜe zostać zamieniona na pracę koła młyńskiego. Postaraj się, aby cały Twój potencjał umysłowy był zamieniony na pracę związaną z poznawaniem gospodarki wodnej rośliny.
http://www.flickr.com/photos/stevewall/1095860966/
Zapoznaj się z wprowadzeniem do wykładu 2. Zanim rozpoczniesz analizę bilansu wodnego, przekonaj się jaką wiedzę zdobyłeś juŜ o gospodarce wodnej rośliny i rozwiąŜ zadanie sprawdzające.
Wprowadzenie do wykładu 2
Poznałeś juŜ zasady przepływu wody pomiędzy komórkami. W tym wykładzie przedstawiona zostanie gospodarka wodna całej rośliny. Poznasz pojęcie bilansu wodnego rośliny. Stopień uwodnienia zaleŜy zarówno od właściwości samej rośliny jak i warunków środowiska w którym Ŝyje. Susza glebowa i atmosferyczna i inne, niekorzystne warunki środowiska, prowadzić mogą do stresu odwodnienia lub wysychania i w konsekwencji do zamierania roślin. Dowiesz się, w jaki sposób ocenić stan uwodnienia roślin. Następnie przeanalizujesz, jakie czynniki i w jaki sposób wpływają na zawartość wody w tkankach. Tylko znając mechanizmy regulacji pobierania wody, zatrzymywania jej w tkankach i jej strat drogą transpiracji moŜna wpływać na poprawę bilansu wodnego roślin uprawnych. W przypadku pobierania wody realne korzyści moŜna osiągnąć zapobiegając hamowaniu tego procesu w niekorzystnych warunkach środowiska. Sytuacja się komplikuje w przypadku transpiracji. Zamknięcie szparek, hamując utratę wody, powoduje jednocześnie odcięcie dostępu dwutlenku węgla do najwaŜniejszego procesu Ŝyciowego – fotosyntezy. Rośliny często przeŜywają w skrajnych warunkach środowiska, chodzi jednak nie o sam fakt przeŜycia rośliny ale o dobry jakościowo i ilościowo plon, warunkowany dobrym uwodnieniem rośliny. Warto zatem przestudiować działanie aparatów szparkowych - maleńkiej struktury w liściu o wielkim znaczeniu fizjologicznym. Następnie zaś poznać wpływ czynników środowiska na transpirację szparkową oraz sposoby pozaszparkowej regulacji intensywności transpiracji. Wszystkie te czynniki decydują bowiem o pozytywnym rozwiązaniu problemu wymiany gazowej przez szparki roślin tzn zapewnieniu pobrania duŜej ilości dwutlenku węgla do fotosyntezy przy małej utracie wody w procesie transpiracji.
http://www.infovisual.info/01/003_en.html
pobieraniepobieranie wodywody
opady właściwości gleby
transpiracyjne straty wodytranspiracyjne straty wody
wielkość i budowa liści, liczba, budowa, rozmieszczenie szparek, hormony, jony
wiatr, temperatura, światło, wilgotność powietrza
rozmieszczenie i właściwości systemu korzeniowego
Na poprzednim wykładzie poznałeś niezastąpione funkcje Ŝyciowe wody w roślinach, na następnym poznasz, często dramatyczne, skutki stresu odwodnienia roślin. Są to wystarczające powody do poznania czynników i mechanizmów zapewniających utrzymanie zrównowaŜonego bilansu wodnego roślin. Szczególnie waŜna jest moŜliwość poprawienia stanu uwodnienia roślin przez zabiegi zraszania czy nawadniania. Podstawowym jednak celem w produkcji roślinnej jest zmniejszenie strat wody przy jednoczesnym zwiększeniu plonu.
Z zestawienia na ekranie wynika, Ŝe bilans wodny rośliny jest kontrolowany jednocześnie przez wiele czynników związanych z budową i funkcjonowaniem samej rośliny jak i z warunkami środowiska.
Na pobieranie wody wpływa dostępność wody glebowej, regulowana przez czynniki wewnętrzne rośliny: rodzaj roślinności i właściwości systemu korzeniowego oraz czynniki zewnętrzne, środowiskowe: właściwości gleby i warunki w glebie.
Na straty wody wpływa wielkość transpiracji, regulowana przez czynniki wewnętrzne oraz czynniki środowiskowe, wpływające na ruchy szparek, na parowanie wewnątrz i na zewnątrz liścia oraz na opory hydrauliczne przepływu wody w roślinie. Opór hydrauliczny jest odwrotnością przewodności hydraulicznej tj ilości wody przepływającej przez powierzchnię przekroju naczyń w jednostce czasu.
Zapamiętaj!
Susza glebowa – brak wody kapilarnej
Zalanie gleby – brak tlenu
Temperatura chłodowa – zmiana właściwości wody i przepuszczalności błon
Zasolenie gleby – brak moŜliwości osmotycznego przenikania wody do korzenia
brak H 2 O O 2
jonów
brak
Chłód^ nadmiar <10°C
Najpierw przypomnij sobie wiadomości o rodzajach systemu korzeniowego. PomoŜe Ci w tym skrypt, slajd „Wpływ systemu korzeniowego na pobieranie wody”. Następnie zapoznaj się z treścią ekranu, uruchom animację i przeczytaj opis poniŜej.
Najczęstszą przyczyną ograniczenia pobierania wody jest susza glebowa.
Niedobór wody w glebie powoduje niedobór wody w roślinie czyli jej odwodnienie, inaczej dehydratację. Pobieranie wody przez korzenie moŜe być ograniczone nawet wtedy, gdy woda jest dostępna w duŜych kapilarach gleby, ale zaburzony jest proces jej osmotycznego przenikania do korzenia. Zjawisko takie ma róŜne przyczyny fizjologiczne i środowiskowe związane z zalaniem wodą, zasoleniem i chłodem. Wyjaśnienie sposobu działania tych warunków na hamowanie pobierania wody znajduje się w skrypcie na slajdzie „Wpływ warunków w glebie na hamowanie pobierania wody przez rośliny”.
Czynniki glebowe wpływają teŜ na tempo wzrostu korzeni. W glebie suchej część korzeni zamiera, ale część kontynuuje wzrost w kierunku źródła wody. Dynamiczny proces wzrostu i rozprzestrzeniania się systemu korzeniowego jest ograniczony w glebach płytkich, zbitych, zalanych wodą i opóźniony przy niskiej temperaturze gleby w tzw. glebach zimnych.
Zahamowanie pobierania wody przez korzenie moŜe mieć róŜne przyczyny,
Najczęstszym powodem niedoboru wody w roślinach jest susza glebowa. Ograniczenie pobierania wody wynika po prostu z braku wody dostępnej dla rosliny, pomiędzy PPW i PTW (patrz wykład 1). Przyczyną suszy glebowej jest niezrównowaŜony, na skutek braku opadów i suszy atmosferycznej, bilans wodny środowiska.
Dosyć paradoksalnie odwodnienie rośliny następuje takŜe przy zalaniu korzeni wodą, gdy wypełnia ona wszystkie pory glebowe, wypierając z nich powietrze. Woda jest zatem dostępna, ale nie moŜe być pobrana z przyczyn fizjologicznych. Stan taki nazywany bywa niezbyt precyzyjnie „suszą fizjologiczną”, chodzi bowiem o odwodnienie rośliny a nie suszę w glebie.
Kolejną przyczyną fizjologiczną zahamowania pobierania wody jest nadmierne stęŜenie soli rozpuszczonych w roztworze glebowym. ObniŜenie potencjału wody w glebie poniŜej potencjału wody w komórkach korzenia uniemoŜliwia osmotyczne pobieranie wody.
Jest jeszcze jeden fizjologiczny mechanizm hamowania pobierania wody, powodowany dodatnią ale niską temperaturą gleby. W tej temperaturze woda zwiększa swoją gęstość i dyfunduje wolniej w kierunku korzenia. Zmienia się teŜ przepuszczalność błon dla wody a kanały wodne mogą się zamykać.
Gromadzenie wody pochodzącej z procesu transpiracji^ http://www.byronkernssurvival.com/waterinbag.jpg
Klikając kolejne przyciski poznasz fizjologiczną rolę transpiracji
http://www.flickr.com/photos/mel810/
/
10 l
Brzoza wysokości ~10m, w wieku ~30 lat pobiera ~150 l wody na dzień, transpiruje ~ 142 l wody
Transport wody, jonów, związków pokarmowych i sygnałowych ksylemem z korzeni do liści zachodzi dzięki transpiracji
Dzienne zmiany wskaźnika CTD pszenicy rys. B z suszy, rys. D z nawodnienia
WskaWskaźźnik CTDnik CTD róŜnicy temperatury liści łanu TlTl i powietrza TpTp CTD = CTD = TpTp – – TlTl Intensywna transpiracja, przy dobrym zaopatrzeniu gleby w wodę (rys D) Tp– Tl > 0 Brak transpiracji, przy braku wody w glebie (rys B) Tp –Tl <
Crop Sci. 2007, 47:
Wskaźnik termiczny CTD - róŜnicy temperatury powietrza i łanu roślin canopy-air temperature difference opiera się na zjawisku obniŜania się temperatury roślin transpirujących w stosunku do temperatury powietrza
Pomiar temperatur moŜe być wykonany zdalnie przy uŜyciu nowoczesnych metod pomiarowych
Oznaczenie najniŜszej wartości CTD jest wykorzystywane do oszacowania wskaźnika stresu odwodnienia roślin uprawnych (CWSI) crop water stress index
fotosynteza woda w tkankach transpiracja
Wiedząc, Ŝe transpiracja odgrywa waŜną, pozytywną rolę fizjologiczną, łatwiej mówić o stronie negatywnej, związanej z duŜą utratą wody z rośliny a pośrednio z gleby. Aby określić wielkość tych strat trzeba określić intensywność procesu. Intensywność transpiracji (na ekranie) oznacza ilość wody oddanej do atmosfery w procesie transpiracji przez jednostkę powierzchni liści w jednostce czasu. Ilość wody wytranspirowanej moŜna wyrazić na róŜne sposoby, podając masę lub objętość, najczęściej jednak podaje się ją w molach. Znając całkowitą powierzchnię liści rośliny i okres czasu w którym liście transpirują w ciągu doby i przez kolejne dni, obliczymy całkowitą ilość wody, która wytranspirowała. Oszacowanie strat wody w konkretnych warunkach środowiska pozwala oszacować potrzeby wodne upraw. WaŜny jest takŜe współczynnik transpiracji (na ekranie), wiąŜe bowiem straty wody w procesie transpiracji z zyskiem w postaci fotosyntetycznie związanego dwutlenku węgla. Oczywiście w produkcji rolniczej poŜądane są rośliny oszczędnie gospodarującej wodą, o niskim współczynniku transpiracji. To zagadnienie będzie jeszcze przedstawione bardziej szczegółowo. Najpierw jednak dowiesz się więcej o moŜliwościach regulacji intensywności transpiracji przez aparaty szparkowe.
Zwróć uwagę na jednostki intensywności transpiracji. Są one zgodne z obowiązującym systemem SI. Zapamiętaj, Ŝe współczynnik transpiracji przedstawia intensywność transpiracji w odniesieniu do intensywności asymilacji dwutlenku węgla, bo jest to bardzo waŜny wskaźnik.
Mechanizm ruchu szparek
Aparat szparkowy składa się z dwóch symetrycznych komórek szparkowych, pomiędzy którymi powstaje szczelina czyli otwór szparkowy lub po prostu szparka. Jej powstanie jest moŜliwe dzięki specyficznemu kształtowi komórek szparkowych – nerkowatemu u dwuliściennych i podobnemu do hantli u jednoliściennych. Na powierzchni styku komórek szparkowych w ich części środkowej powstaje częściowe rozdzielenie ścian komórkowych. Jednocześnie te wewnętrzne ściany ulegają pogrubieniu i stają się mało rozciągliwe. Promieniste celulozowe wzmocnienie ścian komórkowych zapewnia brak zmiany grubości komórek szparkowych zwiększających objętość przy napływie wody. Chloroplasty, obecne tylko w komórkach szparkowych skórki liści, biorą udział w generowaniu wzrostu stęŜenia substancji osmotycznie czynnych w komórkach szparkowych i otwieraniu aparatów szparkowych na świetle. W pełni wykształcone komórki szparkowe nie posiadają plazmodesm. UmoŜliwia to bardzo ścisłą kontrolę przepływu jonów pomiędzy komórkami szparkowymi i sąsiednimi komórkami skórki przez błony komórkowe. Kontrola ta jest konieczna przy ruchach turgorowych, o których decyduje kierunek osmotycznego przepływu wody.
Intensywność wymiany gazowej liścia zaleŜy od ilości aparatów szparkowych na liściu. Aparaty szparkowe występują zwykłe głównie po dolnej stronie blaszki liściowej, ale ich ilość moŜe być zbliŜona po obu stronach a nawet większa po stronie górnej. Gęstość rozmieszczenia szparek waha się w granicach od 20 do ponad 300 aparatów szparkowych/mm^2 powierzchni liścia a przy jednostronnym dolnym rozmieszczeniu nawet ponad 500. Łączna powierzchni porów w aparatach szparkowych jest jednak niewielka i przy otwarciu szparek stanowi 2-3% jednostronnej powierzchni liścia.
.
H 2 O turgor
brak turgoru
Ruchy hydropasywne aparatów szparkowych
H 2 O
Otwarcie szparki
Zamknięcie szparki
Budowa aparatów szparkowych warunkuje hydrauliczny mechanizm ruchów aparatów szparkowych. Wyjaśnienie tego mechanizmu znajdziesz w skrypcie na slajdzie „Rola i budowa aparatów szparkowych”.
Przy stanie turgoru komórek szparkowych aparat szparkowy jest otwarty. Droga do dyfuzji gazów jest otwarta.
Odpływ wody z komórek szparkowych do sąsiednich komórek skórki wywołuje efekt odwrotny. Komórki szparkowe tracą turgor i przylegając ściśle do siebie powodują zamykanie szparki.
Przy braku turgoru komórek szparkowych aparat szparkowy jest zamknięty. Droga do dyfuzji gazów jest zamknięta.
Ruchy hydropasywne aparatów szparkowych wiąŜą się z osmotycznym przepływem wody pomiędzy komórkami szparkowymi i sąsiednimi komórkami skórki, bez nakładu energii. Stan dobrego uwodnienia liścia ułatwia utrzymanie turgoru w komórkach szparkowych i otwarcie szparki. Więdnięcie liści powoduje brak turgoru w komórkach aparatu szparkowego i zamknięcie szparki.
Stopień otwarcia szparki wpływa na przewodność szparkową gs. Jest to miara ilości wody dyfundującej z jednostki powierzchni liścia w jednostce czasu. Przy pełnym otwarciu szparek gs jest największe.
Zapamiętaj !
H 2 O
CO 2
„pragnienie” H 2 O
„pragnienie” HH 22 OO
„głód” CO 2
„głód” CO 2
Max gs
Min gs
Opt gs
Otwarta szparka
Zamknięta szparka
PrzymkniPrzymknięętata szparkaszparka
CO 2 max H 2 O min
CO 2 max H H 22 O minO min
gs - przewodno
ść
szparkowa
Zapoznaj się z treścią ekranu i opisem.
Jednoczesna dyfuzja CO 2 do liścia i H 2 O z liścia powoduje dylemat: „głodu” CO 2 do fotosyntezy przy zamkniętych szparkach i „pragnienia” H 2 0 na skutek transpiracji przy otwartych szparkach. Zasadą działania aparatów szparkowych jest maksymalizacja pobierania CO 2 do fotosyntezy i równoczesna minimalizacja utraty H 2 O przez transpirację. Przymknięcie szparki hamuje dyfuzję pary wodnej z liścia w większym stopniu niŜ dyfuzję CO 2 do liścia.
