Rostlina a voda - Univerzita Karlovakfrserver.natur.cuni.cz/lide/lhotakova/MB130P74/... · 2011....

Rostlina a vodaRostlina a vodaRostlina a vodaRostlina a vodaRostlina a vodaRostlina a vodaRostlina a vodaRostlina a voda

•Adaptace rostlin nutné pro přechod na souš•Důležité vlastnosti vody•Vodní potenciál a jeho složky•mechanismy pohybu vody v rostlinném těle•příjem vody kořeny•transport vody xylémem•výdej vody transpirací•regulace a mechanismus otvírání a zavírání průduchů•význam vody vegetace pro vodní koloběh a energeticko bilanci krajiny

Příjem + vedení + výdej vody

Stav a funkce vody v rostlinách

Vodní provoz rostlinVodní provoz rostlinVodní provoz rostlinVodní provoz rostlin

Přednáška Fyziologie rostlin Fyziologie rostlin MB130P74MB130P74 Katedra experimentální biologie rostlin , Z. Lhotáková

(1) Prost ředí pro metabolické procesy

(2) Příjem minerálních látek z p ůdy

(3) Transport minerálních (xylém ) a organických (floém ) látek

(4) (Spolu)reguluje teplotu rostlin

(5) Zdroj elektron ů a proton ů ve fotosyntéze

(6) Zdroj atmosférického kyslíku

(7) Udržuje tvar nezd řevnat ělých částí rostlin

Význam vodyVýznam vodyVýznam vodyVýznam vody pro pro pro pro rostlinyrostlinyrostlinyrostliny


PPPPři pi pi pi přechodu rostlin na souš:echodu rostlin na souš:echodu rostlin na souš:echodu rostlin na souš:

Kutikula

http://kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/anatomie/atlas/http://botany.upol.cz/atlasy/anatomie/index.htmlhttp://pix.botany.org/set14/14-024h_300.jpg

Průduchy

Vodivá pletiva

důležité adaptace!důležité adaptace!

Vlastnosti vody významné pro rostlinyVlastnosti vody významné pro rostlinyVlastnosti vody významné pro rostlinyVlastnosti vody významné pro rostliny

molekula malá elektroneutrálnípolární polární VODÍKOVÉ MŮSTKY (nejen s vodou)

(8 – 40 kJ . mol -1 x vazba C-C 347 kJ. mol -1)

koheze – přitažlivost mezi molekulami vody

adheze – přitažlivost k pevným povrch ům (b. st ěna)

povrchové nap ětí

schopnost odolat tenzikapilarita - kapilární elevace


2 . T. cos αh =

r . d . g

mírou kapilarity je výška h , do které kapalina v kapiláře vystoupí

h – výška sloupce (m)T – povrchové nap ětí

pro vodu 0,072 kg . s -1 při 20°Cα – úhel zak řivení meniskur – polom ěr kapiláry ( µm)d – specifická hmotnost

pro vodu 998,2 kg . m -3 při 20°Cg – gravita ční zrychlení = 9,806 m . s -2

trachea : r = 40 µm h = 0,3719 mmikrofibrilární pór v bun ěčné st ěně: r = 0,005 µm h = 2975 m



Průhlednost – propustnost pro fotosynteticky aktivní záření

Nestlačitelnost (turgor buněk, poloha listů, pohyby)

Vysoká tepelná kapacita(4,16 J na zvýšení teploty 1 g vody o 1oC)

Velké výparné teplo (40,6 kJ mol-1)

Vysoká tepelná vodivost(vzduch suchý: 0,0257 Wm -1oC-1, voda: 0,599 Wm -1oC-1)



Vysoké body tání a varu (vliv teploty na hustotu vody)

Vysoká hodnota relativní permitivity (ε)

Relativní permitivita udává, kolikrát je síla působící mezi dvěma náboji v daném prostředí menší než ve vakuu. ε : 78,5 (voda), 24,3 (etanol), 2,3 (benzen)- zeslabuje iontové interakce, umožňuje hydrofóbní interakce


Obsah vody v rostlinObsah vody v rostlinObsah vody v rostlinObsah vody v rostlině60 až 95%60 až 95%60 až 95%60 až 95% čerstvé hmotnosti listů5 až 15% v semenech

charakterizuje se veličinami:

vodní sytostní deficit (VSD)vodní sytostní deficit (VSD)relativní obsah vody (RWC = relative water content)

hmotnost po nasycení vodou – čerstvá hmotnostVSD (%) =

hmotnost po nasycení vodou – hmotnost sušiny

kolik vody (%) chybí rostlin ě do plného nasycení (SATURACE)

VSD = 100% … rostlina zcela suchá

VSD = 0% … rostlina zcela nasycená vodou

Obsah vody v rostlinObsah vody v rostlinObsah vody v rostlinObsah vody v rostlině60 až 95%60 až 95%60 až 95%60 až 95% čerstvé hmotnosti listů5 až 15% v semenech

charakterizuje se veličinami: vodní sytostní deficit (VSD)relativní obsah vody relativní obsah vody (RWC = relative water content)

čerstvá hmotnost – hmotnost sušinyRWC (%) =

hmotnost po nasycení vodou – hmotnost sušiny

PPPPři nedostatku vodyi nedostatku vodyi nedostatku vodyi nedostatku vody v v v v ppppůddddě klesá klesá klesá klesá RWC.RWC.RWC.RWC.


funkce vody v rostlině transportníúčast v metabolických procesechsoučást vnit řního prost ředízásobnítermoregula ční

rostliny poikilohydrické – závislé na vlhkosti prostředí

homoiohydrické – udržují vodu – vakuolypravé kořenykutikula


rostliny poikilohydrické

závislé na vlhkosti prostředímalé buňky bez velké centrální vakuoly při nedostatku vody životní procesy postupně ustávají při dostatečné hydrataci se metabolická aktivita obnovuje

mechy, vranečky

některé kapradiny – slezinník routička

výjimečně semnné – ramondie srbská

zralá embrya v semenech a pylová zrna jsou poikilohydrická stadia homoiohydrických rostlin

rostliny homoiohydrické – udržují vodu – vakuolypravé kořenykutikula


stav vody v rostlině a okolí charakterizuje vodní potenciál Ψw

Zdroj energie pohybu vodyZdroj energie pohybu vodyZdroj energie pohybu vodyZdroj energie pohybu vodyZdroj energie pohybu vodyZdroj energie pohybu vodyZdroj energie pohybu vodyZdroj energie pohybu vody

Hydrostatický tlak (gravitace)

Osmotický tlak (v d ůsledku osmózy)

Vnější tlak (tlak bun ěčné st ěny)

….........................

Jednotící veli čina: Gibbsova volná energie G

∆G<0 spontánní processpontánní processpontánní processpontánní proces; ∆G>0 nutno dodatnutno dodatnutno dodatnutno dodat EEEE

Chemický potenciálChemický potenciálChemický potenciálChemický potenciál µ = G / n ((((látkové množstvílátkové množstvílátkové množstvílátkové množství))))

Vodní potenciálVodní potenciálVodní potenciálVodní potenciál Ψ = µ / V ((((molární objemmolární objemmolární objemmolární objem))))

Vodní potenciálVodní potenciálVodní potenciálVodní potenciálVodní potenciálVodní potenciálVodní potenciálVodní potenciál



je odvozen z chemického potenciálu - vyjadřuje se v Pa (jednotka tlaku)

chemický potenciál čisté vody se konven čně pokládá za 0

µ0w - µw

Ψw = (Pa)Vw

µw – chemický potenciál vody v soustav ěµ0

w – chemický potenciál čisté vody za standardních podmínek

Vw – molární objem vody





je odvozen z chemického potenciálu - vyjadřuje se v Pa (jednotka tlaku)

chemický potenciál čisté vody se konven čně pokládá za 0

Ψw je ovlivněn množstvím rozpušt ěných látek (potenciál osmotický) Ψstlakem (potenciál tlakový)Ψpgravitací (potenciál gravitační)Ψgcharakterem kontaktního povrchu

(potenciál matriční) Ψm

µ0w - µw

Ψw = (MPa)Vw

µw – chemický potenciál vody v soustav ěµ0

w – chemický potenciál čisté vody za standardních podmínek

Vw – molární objem vody

Ψw = Ψs + Ψp + Ψg + Ψm


Ψs = - R . T . cs R – univerzální plynová konstantaT – absolutní teplota (v kelvinech)cs – koncentrace solutů

(počet molů všech částic rozpuštěných v 1 m3 vody)osmotický potenciál je záporný

Ψp – hydrostatický tlak – rozdíl hydrostatického tlaku v soustavě a tlaku atmosférickéhomůže být kladný, nulový nebo záporný

Ψg = h . ρ . g h – vzdálenost od referenční úrovněρ – specifická hmotnost vody (103 kg . m-3)g – gravitační zrychlení (9,806 m . s-2)vertikální změna polohy o 10m změní Ψw o 0,1 MPa

Ψm – potenciál tenké vrstvy v kapilárních prostorech v hydratovaných pletivech zahrnut v potenciálu osmotickém a tlakovémbobtnání koloidů – významná složka Ψw

Ψw – v plynné fázi je úměrný logaritmu relativní vlhkosti

Ψw – je záporný


sΨw = Ψs + Ψp + Ψg + Ψm

s


voda se pohybuje z míst s vyšším (méně záporným) vodním potenciálem do míst s nižším (zápornějším) potenciálem -

tj. po spádu vodního potenciálu



v systému půdní roztok – rostlina – atmosféra Ψw klesá-0,3MPa -0,8 MPa -95 MPa





v systému půdní roztok – rostlina – atmosféra Ψw klesá-0,3MPa -0,8 MPa -95 MPa



rozdíl potenciálů udává směr pohybu vodyrychlost závisí na propustnosti prostředí

(= vodní permeabilita = hydraulická vodivost = hydra ulická konduktivita)

Pokud mezi dvPokud mezi dvPokud mezi dvPokud mezi dvěma místy není rozdíl ve vodním ma místy není rozdíl ve vodním ma místy není rozdíl ve vodním ma místy není rozdíl ve vodním Pokud mezi dvPokud mezi dvPokud mezi dvPokud mezi dvěma místy není rozdíl ve vodním ma místy není rozdíl ve vodním ma místy není rozdíl ve vodním ma místy není rozdíl ve vodním potenciálu, nedochází mezi nimi k ppotenciálu, nedochází mezi nimi k ppotenciálu, nedochází mezi nimi k ppotenciálu, nedochází mezi nimi k přenosu vody.enosu vody.enosu vody.enosu vody.potenciálu, nedochází mezi nimi k ppotenciálu, nedochází mezi nimi k ppotenciálu, nedochází mezi nimi k ppotenciálu, nedochází mezi nimi k přenosu vody.enosu vody.enosu vody.enosu vody.



vodní potenciál vodní páry ve vzduchuvodní potenciál vodní páry ve vzduchuvodní potenciál vodní páry ve vzduchuvodní potenciál vodní páry ve vzduchuvodní potenciál vodní páry ve vzduchuvodní potenciál vodní páry ve vzduchuvodní potenciál vodní páry ve vzduchuvodní potenciál vodní páry ve vzduchuVodní potenciálVodní potenciálVodní potenciálVodní potenciálVodní potenciálVodní potenciálVodní potenciálVodní potenciál



mechanizmy pohybu vody v rostlinném tmechanizmy pohybu vody v rostlinném tmechanizmy pohybu vody v rostlinném tmechanizmy pohybu vody v rostlinném tělelelelemechanizmy pohybu vody v rostlinném tmechanizmy pohybu vody v rostlinném tmechanizmy pohybu vody v rostlinném tmechanizmy pohybu vody v rostlinném tělelelele

difúze – spontánní proces, vede k homogennímu rozmístění molekuldané látky

hybná síla difúze – energie tepelného pohybu molekul

Tok látky difúzí:


difúze – spontánní proces, vede k homogennímu rozmístění molekuldané látky

hybná síla difúze – energie tepelného pohybu molekul

Rychlost difúze:

Pro vzdálenosti uvnit ř buňky (10 µm) – voda! t = 0,1 s

Průnik CO 2 do listu (1 mm) – plyn! t = 0,024 s

Pro vzdálenost mezi ko řenem a listem (1 m): t = 10 9 s neboli 32 roky

rychlá jen na krátké vzdálenostirychlá jen na krátké vzdálenostirychlá jen na krátké vzdálenostirychlá jen na krátké vzdálenosti !!!!!!!!!!!!

t = xt = xt = xt = x2222 / D/ D/ D/ D

t … t … t … t … časčasčasčas

x … x … x … x … dráhadráhadráhadráha difúzedifúzedifúzedifúze

DjDjDjDj … … … … difúzní koeficientdifúzní koeficientdifúzní koeficientdifúzní koeficient ((((mnohem nižšímnohem nižšímnohem nižšímnohem nižší pro pro pro pro kapalné prostkapalné prostkapalné prostkapalné prostředíedíedíedí))))


osmóza – prostředí s různou koncentrací rozpuštěných látek oddělenaselektivn ě propustnou membránou

v hypertonickém prost ředí buňka ztrácí vodu (vadnutí) plazmolýza



Plazmolýza pokožkové bu ňky cibule

Hechtova vlákna (cytoplasmatické provazce)

(v míst ě propojení bun ěk plasmodesmy)

http://4e.plantphys.net/image.php?id=44 voda prochází pvoda prochází pvoda prochází pvoda prochází přes membránu:es membránu:es membránu:es membránu:

1. difúzí2. selektivními kanály – AQUAPORINY

- po spádu Ψw bez dodání E!


Rostlinná buňka v pletivu:pozitivní tlaku protoplastu na buněčnou stěnu - tlak turgorový / turgor


difúze – spontánní proces, vede k homogennímu rozmístění molekuldané látkyhybná síla – energie tepelného pohybu molekul

osmóza – prostředí s různou koncentrací rozpuštěných látek oddělenaselektivn ě propustnou membránou

v hypertonickém prost ředí buňka ztrácí vodu (vadnutí) plazmolýza

v hypotonickém prost ředí buňka přijímá vodu tlak na buněčnou stěnu = turgorplazmoptýza

hromadný tok – pohyb daný rozdílem tlaku, teploty, mechanickou silou


voda a p ůda

obsah vody v p ůdě (srážky – výpar s povrchu půdy = evaporace)

schopnost p ůdy vodu zadržet

ovlivňuje struktura obsah humusu kořenové vlášení hyfy mykorhizních hub

rostliny přijímají vodu celým povrchem těla –především však kořeny z půdy

ppppříjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamippppříjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamiíjem vody rostlinami


voda a p ůda

obsah vody v p ůdě (srážky – výpar s povrchu půdy = evaporace)

schopnost p ůdy vodu zadržet

ovlivňuje struktura obsah humusu kořenové vlášení hyfy mykorhizních hub

srovnávací kriteria různých půd:vodní kapacita p ůdy = schopnost vodu zadržet

(% objemu vody v půdě při plném nasycení)pórovitost p ůdy (poměr pevné fáze a volných prostorů - %)

rostliny přijímají vodu celým povrchem těla –především však kořeny z půdy



mykorhiza (83% druhů dvouděložných, 78% jednoděložných, všechny nahosemenné)

ektotrofní vesikulárně arbuskulární


dostupnost vody pro rostlinu –dána rozdílem vodního potenciál půdního roztoku a buněk kořene

problém zasolení půd

množství přijaté vody je závislé na kontaktní ploše – různé typy kořenů



různé typy kořenových systémů

kořen hlavní a kořeny postranní

kořeny svazčité

dostupnost vody pro rostlinu –dána rozdílem vodního potenciál půdního roztoku a buněk kořene

problém zasolení půd

množství přijaté vody je závislé na kontaktní ploše - různé typy kořenů

zvětšování kontaktní plochy – kořenové vlášení tvorba postranních kořenů



kořenové vláskyvznikají apikálním růstem buněk rhizodermis


postranní kořeny se zakládají v pericyklu ve starších částech kořene

Salix



různé zóny kořene mají různou schopnost vodu přijímatoblast kořenové špičky a meristémuprodlužovací zónaoblast kořenových vlásk ů – pro p říjem vody nejd ůležit ější !diferencovaná zóna



stavba kořene


suberin – hydrofobní síťovitý polymermastných kyselin, alkoholů s dlouhým řetězcem a fenolických látek

transportní cesty: apoplast – symplast

vedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamippppříjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamippppříjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamiíjem vody rostlinami

vedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamippppříjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamippppříjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamiíjem vody rostlinamiíjem vody rostlinami

Oběma cestami voda prochází cytoplasmou bun ěk endodermis,

nebo ť apoplastická cesta je blokována Caspariho proužky.

Fináln ě voda kon čí v apoplastu – xylému, zavodn ěných trubicích

tvo řených bun ěčnými st ěnami bun ěk protoxylému (vzniklých PCD)

ObObObObě cesty p cesty p cesty p cesty příjmu jsou vzájemníjmu jsou vzájemníjmu jsou vzájemníjmu jsou vzájemně propojené propojené propojené propojené!!!!

Meyer et al., Ann Bot (2009) 103 (5): 687-702

živá pletiva: obecně nízkou hydraulickou vodivost transport na krátké vzdálenosti

cesta vody přes membrány – specifické selektivní kanály –akvaporiny

vedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinami


vedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinamivedení vody rostlinami

– od ko řenů k míst ům transpirace

(obecn ě ve směru klesající hodnoty

vodního potenciálu)

– příjem minerálních živin, transport

– termoregulace

transport transport transport transport transport transport transport transport xylémovýxylémovýxylémovýxylémovýxylémovýxylémovýxylémovýxylémový

transport transport transport transport transport transport transport transport ffffffffllllllllooooooooémovýémovýémovýémovýémovýémovýémovýémový– z míst s vyšší koncentrací

osmoticky aktivních metabolit ů

do míst s nižší koncentrací

– transport asimilát ů


transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami -------- xylémxylémxylémxylémxylémxylémxylémxylém•Vzestupný proud

•Cévní elementy: • tracheidy (cévice) – u kapraďorostů, nahosemenných, 10 um široké

• Tracheální články (články cév) – cévy, tracheje –10-200um široké, dlouhé cévy i několik metrů

VŠECHNY CÉVNÍ ELEMENTY = VŠECHNY CÉVNÍ ELEMENTY = apoplastapoplast

programovaná buněčná smrt apoplastický transport v kapilárách

Pinus Betula Quercussilvestris pendula robur

cévní elementy

tracheidysvětlost 10µm

tracheje

cévy(světlostaž 500 µm)

zakončení xylémuv mezofylu

xylém = cévní elementy + sklerenchymatická vlákna + parenchymatické buňky

transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami -------- xylémxylémxylémxylémxylémxylémxylémxylém

cévní elementy – sekundární tloustnutí a impregnace buněčných stěn

protoplast odumírá – transport xylémem je transport apoplastem


buněčnou stěnu impregnujelignin

dodává pevnost v tahu i tlaku

vysoce větvený polymer aromatických alkoholů

transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami transport vody rostlinami -------- xylémxylémxylémxylémxylémxylémxylémxylém


buněčnou stěnu impregnujelignin

dodává pevnost v tahu i tlaku

vysoce větvený polymer aromatických alkoholů

biosyntéza vychází z aromatických aminokyselin

transport transport transport transport transport transport transport transport -------- xylémxylémxylémxylémxylémxylémxylémxylém

lignin polymerace probíhá

v bun ěčné stěně

typy sekundárního tloustnutí buněčných stěn cévních elementů

kruhovité šroubovité schodovité síťovité plošné se ztenčeninami

jednoduchá zten čenina dv ůrkatá zten čenina

protoxylém metaxylém

elementy protoxylému (již nefunkční)

primární xylém stonku Cucumis sativus

šroubovitě ztlustlé elementy

plošně ztlustlý element

se ztenčeninami

Pazourek J., Votrubová O.: Atlas of Plant Anatomy. – Peres Publ., Prague, 1997. Upraveno.

Jak dostat vodu z kořenů až do listů?Jak dostat vodu z kořenů až do listů?Hromadným tokem v důsledku osmózy jako v p řípadě floémového toku?

Aktivním transportem látek roste v apoplastu uvnit ř kořene osmotický tlak + vstup vody = ko řenový vztlak

Jak dostat vodu z kořenů až do listů?Jak dostat vodu z kořenů až do listů?Hromadným tokem v důsledku osmózy jako v p řípadě floémového toku?

kladný tlakový potenciál v xylému kořene se nazývá kořenový vztlak

kořenový vztlak je významný u opadavých dřevin na jaře pro transport vody a minerálních i organických látek do nadzemní části rostliny

Osmotické jevy nemají Osmotické jevy nemají kapacitukapacitu, , ani ani

dostatečnou síludostatečnou sílu

pro pro pokrytí spotřeby pokrytí spotřeby vodyvody ((při transpiracipři transpiraci) v ) v

listechlistech

Výdej vody rostlinou ve formVýdej vody rostlinou ve formVýdej vody rostlinou ve formVýdej vody rostlinou ve formě vodní páry vodní páry vodní páry vodní páryVýdej vody rostlinou ve formVýdej vody rostlinou ve formVýdej vody rostlinou ve formVýdej vody rostlinou ve formě vodní páry vodní páry vodní páry vodní páry = = transpirace transpirace transpirace transpirace transpirace transpirace transpirace transpirace


Jak dostat vodu z kořenů až do listů?Jak dostat vodu z kořenů až do listů?

OdparOdparOdparOdpar = = = = sílasílasílasíla „„„„táhnoucítáhnoucítáhnoucítáhnoucí““““ souvislý sloupec vodysouvislý sloupec vodysouvislý sloupec vodysouvislý sloupec vodyv v v v xylémovém tokuxylémovém tokuxylémovém tokuxylémovém toku!!!!!!!!!!!!

Voda nestoupá prázdnýmiVoda nestoupá prázdnými cévamicévami , ale , ale sloupce vodysloupce vody rostou spolurostou spolu s s rostlinourostlinou !!!!!!

((((Vodní kontinuumVodní kontinuumVodní kontinuumVodní kontinuum, , , , drženédrženédrženédržené koheznímikoheznímikoheznímikohezními a a a a adhezními silamiadhezními silamiadhezními silamiadhezními silami,,,, nesmínesmínesmínesmí se se se se ppppřerušiterušiterušiterušit))))

JakJakJakJakJakJakJakJak se se se se se se se se udrží ažudrží ažudrží ažudrží ažudrží ažudrží ažudrží ažudrží až 100 m 100 m 100 m 100 m 100 m 100 m 100 m 100 m vysokévysokévysokévysokévysokévysokévysokévysoké sloupce vodysloupce vodysloupce vodysloupce vodysloupce vodysloupce vodysloupce vodysloupce vody????????

Ψw = Ψs + Ψp + Ψg + Ψm


přechod vody do plynné fáze na vnit řním povrchu listu


vodní poměry na povrchu buněčných stěn – závislost na struktuřevýznam kapilarity

tracheida : r = 40 µm h = 0,3719 mmikrofibrilární pór v bun ěčné st ěně: r = 0,005 µm h = 2975 m


DostatečnDostatečnDostatečnDostatečně tenká kapilára tenká kapilára tenká kapilára tenká kapiláraDostatečnDostatečnDostatečnDostatečně tenká kapilára tenká kapilára tenká kapilára tenká kapilára ((((((((celulózní buncelulózní buncelulózní buncelulózní buněčné stčné stčné stčné stěnynynynycelulózní buncelulózní buncelulózní buncelulózní buněčné stčné stčné stčné stěnynynyny ssssssssinterfibrilárními kapilárnímiinterfibrilárními kapilárnímiinterfibrilárními kapilárnímiinterfibrilárními kapilárnímiinterfibrilárními kapilárnímiinterfibrilárními kapilárnímiinterfibrilárními kapilárnímiinterfibrilárními kapilárními prostoryprostoryprostoryprostoryprostoryprostoryprostoryprostory) ) ) ) ) ) ) ) udrží vysoký udrží vysoký udrží vysoký udrží vysoký udrží vysoký udrží vysoký udrží vysoký udrží vysoký

sloupecsloupecsloupecsloupecsloupecsloupecsloupecsloupec vodyvodyvodyvodyvodyvodyvodyvody (3 km) i (3 km) i (3 km) i (3 km) i (3 km) i (3 km) i (3 km) i (3 km) i ppppři vysokém odparui vysokém odparui vysokém odparui vysokém odparuppppři vysokém odparui vysokém odparui vysokém odparui vysokém odparu!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Jak dostat vodu z kořenů až do listů.....Jak dostat vodu z kořenů až do listů..........a kde na to vzít energii?.....a kde na to vzít energii?

Rozdíl mezi hodnotami vodního potenciálu v půdě a atmosfé ře je hnací silou pohyb u vodyv rostlin ě.

Jak dostat vodu z kořenů až do listů.....Jak dostat vodu z kořenů až do listů..........a kde na to vzít energii?.....a kde na to vzít energii?

převzato z přednášky Dr. Fišera, KEBR

Rostlina jako petrolejka?

ano, až na pár výjimek:

...nasávání rozpuštěných látek je selektivní (příjem přenašeči v membráně buněk endodermis)

...vedení na dálku výrazně účinnější (xylém = vedení v trubicích o relativně velkém průměru)

xylém xylém xylém xylém xylém xylém xylém xylém -------- kontinuum vodního sloupcekontinuum vodního sloupcekontinuum vodního sloupcekontinuum vodního sloupcekontinuum vodního sloupcekontinuum vodního sloupcekontinuum vodního sloupcekontinuum vodního sloupce


Rozdíl v účinnosti vedení vody cévními elemety:

trachejemi x tracheidami

kapalina proudí mnohem snáze širšímikapalina proudí mnohem snáze širšímikapalina proudí mnohem snáze širšímikapalina proudí mnohem snáze širšími trubicemitrubicemitrubicemitrubicemi

...ale také rozdílné riziko embolie


Rychlost pohybustromy s tenkými cévami: 1 až 6 m . h-1 a

stromy s širokými cévami: 16 až 45 m . h-1

tlakový potenciál

0

tlakový potenciálnegativní

kavitace (embolie) = přerušení vodního sloupce

může dojít k nasávání vzduchu do xylému, při velké tenzi (hodn ě negativním tlaku) ve vodivých elementech = bubliny vzduchu


kavitace (embolie) = pkavitace (embolie) = pkavitace (embolie) = pkavitace (embolie) = přerušení vodního sloupceerušení vodního sloupceerušení vodního sloupceerušení vodního sloupcekavitace (embolie) = pkavitace (embolie) = pkavitace (embolie) = pkavitace (embolie) = přerušení vodního sloupceerušení vodního sloupceerušení vodního sloupceerušení vodního sloupce

- suché teplé po časí (a v zim ě vymrzáním )

- přepážky mezi elementy brání ší ření embolie

- ztenčeniny (te čky) v bun ěčné st ěně umožní obtékánízavzdušn ěného elementu

http://www.atm.helsinki.fi/mikromet/pore.jpg

torus

margo

•dvůrkaté zten čeniny - nahosemenné

Reparace: - tvorba nového elementu či zavodn ění přetlakem

(kořenový vztlak, osmoticky lokáln ě ?)

Regulace výdeje vody rostlinou Regulace výdeje vody rostlinou Regulace výdeje vody rostlinou Regulace výdeje vody rostlinou Regulace výdeje vody rostlinou Regulace výdeje vody rostlinou Regulace výdeje vody rostlinou Regulace výdeje vody rostlinou


průduchy - pohotov ě regulují transpiraci dle aktuálních vodních pom ěrů v rostlin ě

a pot řeby CO 2



OtevíráníOtevírání ::

- ATPáza tvo ří H+ gradient

- K+ vstup do bu ňky

-vstup a tvorba aniont ů (Cl-, malát)

-rozklad škrobu na hexózy

- vstup vody (zvýšení turgoru)

ZavíráníZavírání ::

- ABA – zvýšení Ca 2+

- Ca2+ blokuje vstup K +

a aktivitu ATPázy

- Ca2+ otevírá aniontové kanály

- výstup vody-snížení turgoru

Aktivní otvírání a zavírání prAktivní otvírání a zavírání prAktivní otvírání a zavírání prAktivní otvírání a zavírání průduchduchduchduchů Aktivní otvírání a zavírání prAktivní otvírání a zavírání prAktivní otvírání a zavírání prAktivní otvírání a zavírání průduchduchduchduchů

H+

K+

ATPADP

Cl-

H2O

H2O

H2O

H2O

XATPADP

Ca2+

ABA

anionty

ABA – kys. abscisovásignál z kořenů při snížení vod. potenciálu v půdě

výdej vody rostlinou ve form ě vodní páry = transpirace

vnit řní povrch listu – mezibuněčné prostory – podprůduchová dutina – průduchová štěrbina – hraniční vrstva

transpirace stomatární


vnější povrch listu – kutikula – hraniční vrstva transpirace kutikulární

krystaly vosku

kutin

buněčná stěna

kutin – síťovitý polymer mastných kyselin s hydroxylovými a epoxydovými skupinami

vosky – silně hydrofobní směs mastných kyselin (C18 až 32)jejich modifikovaných produktů – alkoholy, aldehydy, ketonyalkanů s dlouhým řetezcem

transpirace celková = transpirace kutikulární + transp irace stomatární(100%) (až 25%)

charakterizuje se rychlostí v mol H 2O . m-2 . s-1

rychlost transpirace je ovlivněna

hybnou silou transpirace = rozdílem vodního potenciáluna vnějším nebo vnitřním povrchu listu

a vodního potenciálu atmosféry za hraniční vrstvou vzduchu

vodivostí prost ředí (vodivost plynné fáze je vyšší než fáze pevné nebo kapalné)


vnější povrch listu – kutikula – hraniční vrstva transpirace kutikulární


http://en.wikipedia.org/wiki/File:Rosa_epicuticular_wax_stoma.jpg

Epikutiklární vosky růže

Kutikula borovice

gutace

epitem

tracheidy

hydatody

výdej vody v kapalné formězpůsoben kořenovým vztlakem

Fragaria

Alchemilla

průduch

tracheidy

pochva cévního svazku

vodní dutina

pórepitem

pochva cévního svazku

kutikula

Hausermann E., Frey-Wyssling A.:Protoplasma 57: 37-80 (1963)

Výdej vody rostlinou Výdej vody rostlinou Výdej vody rostlinou Výdej vody rostlinou Výdej vody rostlinou Výdej vody rostlinou Výdej vody rostlinou Výdej vody rostlinou –––––––– v kapalném skupenstvív kapalném skupenstvív kapalném skupenstvív kapalném skupenstvív kapalném skupenstvív kapalném skupenstvív kapalném skupenstvív kapalném skupenství

transpirace celková = transpirace kutikulární + transp irace stomatární(100%) (až 25%)

charakterizuje se rychlostí v mol H 2O . m-2 . s-1

rychlost transpirace je ovlivněna

hybnou silou transpirace = rozdílem vodního potenciáluna vnějším nebo vnitřním povrchu listu

a vodního potenciálu atmosféry za hraniční vrstvou vzduchu

vodivostí prost ředí (vodivost plynné fáze je vyšší než fáze pevné nebo kapalné)

schopnost vzduchu pojímat vodu s teplotou výrazně rostehodnota vodního potenciálu atmosféry je teplotou výrazně ovlivněna


teplota vzduchu (°C)

satu

rační

konc

entr

ace

vodn

í pár

y (m

ol .

m-3

)

teplota°C

vodní pára mol . m-3


pohyb vody v xylému není závislý jen na transpiracivoda v rostlině se pohybuje i když jsou průduchy zavřeny !

(transport látek v rostlině musí existovat)

významnou roli hrají:

kořenový vztlak

vstup vody do protoplast ů živých bun ěk

vstup vody do floému v mezofylu !!!

rozdíl mezi vodním potenciálem vnit řního prost ředí rostliny a atmosféryje značný (i při vysokých teplotách)

hlavní hybná síla transportu vody v systému půda – rostlina - voda

tok opa čný atmosféra – rostlina – p ůda je v extrémních podmínkách také možný


výdej vody a asimilace CO 2

difúze CO 2 do listu je 1,6-krát pomalejší než difúze vody z lis tu

důvody: molekula CO 2 je větší (má nižší difúzní koeficient)koncentrace CO 2 je nižší než koncentrace H2Odráha difúze CO 2 je delší a propustnost prost ředí nižší

(buněčná stěna, plazmalema, cytosol, chloroplastové membránykladou difúzi CO2 větší odpor)

výdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace CO22222222

výdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace COvýdej vody a asimilace CO22222222

TProstliny C3 = 500rostliny C4 = 250rostliny CAM = 50

počet molekul vytranspirované H2O

transpira ční pom ěr (TP) =

počet molekul fixovaného CO2

převrácená hodnota = WUE (water use efficiency) = účinnost využití vody


Rostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energie

rostliny jsou významníklimati čtí činitelé !!!

energetická bilancevodní režim krajiny



na Zemi je okolo 1 400 milion ů km 3 vody

v čtyřech „prostředích“ – 1) v mořích a oceánech,

2) na pevninách,

3) v atmosféře

4) v živých organizmech

M. Kravčík, J. Pokorný, J. Kohutiar, M. Ková č, E. Tóth: Vodapre ozdravenie klímy - Nová vodná paradigma


http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Watercycleczechhigh.jpg

„velký vodní cyklus“ – výměna vody mezi oceánem a pevninou ročně celkový výpar: 550 tisíc km3 ( oceán 86 %, z pevniny 14 %)ročně srážky: 74 % nad mořemi a oceány a 26 % nad pevninami

Rostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energie„malý vodní cyklus“ – uzavřený koloběh vody nad pevninou- srážky spadnou lokálně, téměř tam,kde se vypaří

„...nad krajinou obieha voda súčasne v množstve malých vodných cyklov, ktorésú dotované vodou z veľkého vodného cyklu...“

Kravčík a kol. 2007



Distribuce sluneční energie v odvodněné krajině a krajině dobře zásobené vodou

Rostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energieRostlina, voda a energie Kravčík a kol. 2007


„...Strom je pritom „pohá ňaný“ iba slne čnou energiou, je z recyklovate ľných materiálov, vyžaduje si minimálnu údržbu a výdaj vodnej pary regulujú milióny prieduchov, ktoré reagujú n a teplotu a vlhkos ť v okolí....“

„...V porovnaní s chladničkou alebo klimatizačným zariadením strom pracuje úplne nehlučne, naopak, hluk a prach pohlcuje a viaže CO2...“

Nejlepší a nejúčinn



Nejlepší a nejúčinnější jší jší jší




Nejlepší a nejúčinnější jší jší jší klimtizace klimtizace klimtizace klimtizace klimtizace klimtizace klimtizace klimtizace !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!



Fotografie náměstí a přilehého parku Třeboni zhotovená termovizní kamerou

Rozdíly teplot mezi vegetycí, fasásami a st řechami !!!


Date post:	06-Dec-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	0 times
Download:	0 times

Rostlina a voda - Univerzita Karlovakfrserver.natur.cuni.cz/lide/lhotakova/MB130P74/... · 2011....

Documents