Transportul mineralelor în celulă. Transport de substanțe într-o plantă Transport de substanțe minerale și organice într-o plantă

Aprovizionarea cu minerale prin sistemul radicular

1. Transport radial și xilem al elementelor nutritive minerale
2. Metabolismul rădăcinilor
3. Influența factorilor externi și interni asupra nutriție minerală plantelor

Transport radial și xilem al elementelor nutritive minerale

Sistemul radicular al plantelor absoarbe atat apa, cat si nutrientii minerali din sol. Pereții celulari sunt direct implicați atât în ​​absorbția substanțelor din sol, cât și în transportul acestora. Principala forță motrice din spatele activității de absorbție a rădăcinilor este activitatea pompelor ionice localizate în membrane. Transportul radial al mineralelor de la suprafața rădăcinii la sistemul conducător are loc ca urmare a interacțiunii tuturor țesuturilor din zona de absorbție. Și se termină cu încărcarea mineralelor și a derivaților lor organici în traheide și vasele de xilem.

În general, procesul de nutriție minerală a unei plante este un lanț complex de procese biofizice, biochimice și fiziologice cu feedback propriu și conexiuni directe și sistem de reglementare.

Activitatea de absorbție a rădăcinii se bazează pe mecanismele activității de absorbție inerente oricărei celule vegetale (aportul selectiv de substanțe, transportul transmembranar al ionilor, un anumit rol al fazei peretelui celular).

Prin difuzie și procese metabolice, ionii pătrund în pereții celulari ai rizodermului. Apoi se deplasează prin parenchimul cortexului către fasciculele vasculare (transport radial). Această mișcare are loc atât de-a lungul pereților celulari - apoplast, cât și de-a lungul simplast. Mișcarea ionilor prin apoplast are loc datorită difuziei și schimbului de adsorbție de-a lungul gradientului de concentrație și este accelerată de curgerea apei.

Mișcarea substanțelor minerale prin simplast se realizează datorită mișcării citoplasmei, precum și prin canalele EPS și între celule prin plasmodesmate. Pot face mișcare direcționată de-a lungul simplistului! promovează gradientele de concentrație a substanțelor. Mare importanță pentru transportul radial are o dezvoltare neuniformă a țesuturilor radiculare. Țesuturile aflate adânc în rădăcină sunt diferențiate ulterior: țesut conducător, endoderm și zonele interne ale parenchimului radicular. Și, prin urmare, procesele metabolice în ele sunt mai active decât în ​​țesuturile externe care și-au finalizat dezvoltarea, iar substanțele absorbite sunt metabolizate aici într-o măsură mai mare..

Difuzia ionilor si moleculelor in tot apoplastul este intrerupta la nivelul endodermului. Deoarece centurile caspariene conțin suberina, care are proprietăți hidrofobe și servește ca o barieră de netrecut în calea mișcării substanțelor în întregul apoplast. Singura modalitate de deplasare ulterioară a substanțelor prin endoderm este prin simplast. Existența celulelor de trecere în endoderm, în care centurile caspariene sunt subdezvoltate sau absente, permite unei mici părți din substanțele absorbite să scape de controlul metabolic.

Transportul simplistic este fundamental pentru mulți ioni. În acest caz, compușii care conțin azot, carbon, fosfor și, într-o măsură mai mică, sulf, calciu și clor sunt metabolizați activ. Alți ioni practic nu sunt supuși controlului metabolic. Vacuolele joacă un rol semnificativ în transportul simplistic al substanțelor. Ele concurează cu vasele de xilem pentru substanțele absorbite și joacă rolul de regulator al fluxului de substanțe în vase. Procesul de reglare depinde de gradul de saturație a sevei vacuolare cu substanțe dizolvate. Totodată, atunci când concentrația de substanțe în citoplasmă scade, acestea pot părăsi din nou vacuolele, reprezentând astfel un fond de rezervă de nutrienți. Absorbția ionilor de către vacuole reduce concentrația acestora în simplast și asigură crearea unui gradient de concentrație necesar transportului lor. Intrarea ionilor în vacuole poate avea loc împotriva gradientului electrochimic, adică datorită proceselor active de transport membranar. În plus, datorită lucrării pompelor ionice, mineralele sunt încărcate în vasele de xilem. În urma mineralelor, apa pătrunde conform legilor osmozei și se dezvoltă presiunea radiculară. Transpirația și presiunea rădăcinilor promovează mișcarea elementelor nutritive minerale prin xilem către alte părți ale plantei.

Metabolismul rădăcinilor

Caracteristicile metabolismului sunt legate fundamental de rolul său în întreaga plantă.

1. Rădăcina este un organ specializat pentru absorbția apei și a elementelor minerale din sol. Prin urmare, o parte din procesele de biosinteză vizează construirea unui aparat de absorbție și sisteme de transport pentru ionii, compușii organici și apa care intră în rădăcină în locurile de consum.

2. La rădăcină are loc procesarea parțială sau completă a ionilor de intrare și transferul lor într-o formă de transport: reducerea, includerea în diverse compusi organici.

3. Rădăcinile sintetizează substanțe fiziologic active - fitohormoni citokinine și gibereline, necesare creșterii și dezvoltării normale a întregii plante.

Cea mai importantă trăsătură a metabolismului rădăcinilor este că sursa de carbon pentru acesta este produsele de fotosinteză care provin din organele supraterane. Principala formă de transport a asimilaților este zaharoza. Aminoacizii și alți compuși organici (de exemplu, tiamina) provin în cantități mai mici din părțile aeriene. Zaharoza este o sursă universală pentru sinteza compușilor organici din rădăcină. Compușii formați în timpul metabolizării zaharozei sunt utilizați de rădăcina însăși, adică pentru a-și menține creșterea și activitatea funcțională, este parte a secrețiilor rădăcinii sau intră în organele de deasupra solului ca parte a sevei.

Metabolismul celulelor radiculare folosește și minerale și apă absorbite din mediu, precum și unii compuși organici secretați de microorganismele rizosferei: vitamine, aminoacizi.

Zaharoza care intră în rădăcină este descompusă în monozaharide, care participă la formarea polimerilor peretelui celular (celuloză, hemiceluloză, substanțe pectinice) și sunt, de asemenea, utilizate pentru sinteza amidonului, depozitate în rezervă și cheltuite în procesele de respirație.

Abilitatea de a sintetiza aminoacizi este, de asemenea, inerentă rădăcinilor aeriene. Sinteza aminoacizilor este localizată în anumite zone ale rădăcinii. Cantitatea maximă de aminoacizi se formează în zona firelor de păr rădăcină, iar zonele de deasupra rădăcinii își desfășoară transportul către partea de deasupra solului a plantei. Sinteza aminoacizilor depinde de vârsta plantei și atinge un maxim în faza de înflorire. Există un ritm zilnic de sinteză a aminoacizilor; în timpul zilei intensitatea proceselor sintetice este mai mare.

De asemenea, rădăcinile sintetizează substanțe care conțin azot, porfirine, unele vitamine (B1, B6, acizi nicotinic și ascorbic), substanțe de creștere (citochinină, ABA, gibereline), alcaloizi etc.

Influența factorilor externi și interni asupra nutriției minerale a plantelor

Disponibilitatea și concentrația compușilor minerali în sol;

Nivelul de aciditate al mediului;

Condiții de umiditate, temperatură, aerare în zona rădăcinii;

Vârsta plantelor.

Factori externi

Temperatura.La temperaturi apropiate de 0°C, absorbția sărurilor este lentă, apoi, până la 40°C, se intensifică. O creștere a temperaturii cu 10°C poate duce la dublarea sau chiar triplarea absorbției.

Ușoară.În întuneric, absorbția sărurilor încetinește și se oprește treptat, iar sub influența luminii se accelerează. În lumină, în timpul procesului de fotosinteză, se formează carbohidrați, care sunt necesari pentru respirație; de ​​asemenea, în lumină, în timpul procesului de fotofosforilare, se formează ATP, a cărui energie este utilizată pentru furnizarea de substanțe.

Valoarea pH-uluiafectează și absorbția sărurilor. Acidificarea soluției de sol îmbunătățește disponibilitatea ionilor de acid fosforic, în timp ce alcalinizarea o reduce. O schimbare bruscă a pH-ului poate deteriora membranele celulare, ceea ce va afecta ulterior rata de absorbție a mineralelor.

Concurență ionică . Absorbția unui ion depinde de prezența altor ioni. Ionii cu aceeași sarcină concurează de obicei între ei.

Factori interni

Intensitatea respirației . Procesul de respirație poate influența aportul de săruri în mai multe direcții.

1) În timpul procesului de respirație, dioxidul de carbon eliberat în mediul acvatic se disociază în ioni H + și HC0 3 -. Adsorbiți pe suprafața rădăcinii, acești ioni servesc ca fond de schimb pentru cationii și anionii primiți.

2) În procesul de transfer al ionilor prin membrană sunt implicate proteine ​​purtătoare specifice, a căror sinteză depinde de intensitatea procesului respirator.

3) Energia eliberată în timpul respirației este utilizată direct pentru aportul de săruri (aportul activ).

Aflux de apă iar sărurile în multe cazuri merg independent unele de altele. În condiții de umiditate ridicată a aerului, transpirația scade brusc, iar fluxul de săruri are loc cu o intensitate suficientă. Cu toate acestea, în unele cazuri, o creștere a ratei de transpirație poate avea un efect pozitiv asupra absorbției sărurilor. Transpirația crescută duce la o mișcare mai rapidă un flux ascendent de apă cu săruri dizolvate, care favorizează eliberarea rapidă a celulelor radiculare din acestea și, prin urmare, accelerează indirect absorbția.

Fotosinteză.O creștere a intensității fotosintezei duce la creșterea conținutului de glucide și, drept consecință, la creșterea intensității respirației și a aportului de săruri.

Procese de creștere . Accelerarea ratelor de creștere crește utilizarea nutrienților și, prin urmare, crește aprovizionarea acestora. În plus, creșterea rapidă a rădăcinilor are un efect direct asupra absorbției prin creșterea suprafeței de contact cu solul.

Ionii intră în plantă ca urmare a difuzării lor din soluția de sol în pereții celulari ai firului de păr rădăcină și a altor celule epidermice. Ele sunt apoi transportate în simplast sau apoplast înainte de a se muta în alte părți ale plantei. Dacă un ion intră în simplast după ce a trecut prin plasmalema celulei radiculare exterioare, atunci mișcarea sa ulterioară de la celulă la celulă va avea loc de-a lungul plasmodesmelor. În plus, se poate deplasa de-a lungul apoplastului până când ajunge la centura Casparian (vezi Fig. 7.14). Deoarece nici apa, nici ionii dizolvați nu pot difuza prin pereții celulari suberinizati care formează centura Casparian, toți ionii trebuie să treacă prin citoplasma celulelor endodermice înainte de a trece mai departe. Unii ioni pot pătrunde în barierele membranei mai ușor decât alții. Prin urmare, proprietățile membranei plasmatice a celulelor rădăcinilor sunt importante pentru controlul schimbului de minerale între sol și părțile supraterane ale plantei. Alături de permeabilitatea selectivă a membranelor, un rol important joacă și transportul activ al multor ioni. Ionii încărcați negativ sunt de obicei transportați activ în celulă, deoarece mișcarea lor în celulă prin difuzie este inhibată de potențialul negativ intern. Aportul în exces al unor cationi, de exemplu Na +, este neutralizat datorită difuziei prin eliberarea activă a acestor ioni din celulă, adică ei sunt eliberați activ de către plantă.

După ce au pătruns în citoplasma celulei endodermice, ionii pot continua să se deplaseze de-a lungul traseului simplastului prin plasmodesme către orice celulă a stratului periciclic sau, părăsind simplastul, pot ajunge în zona xilemului sau apoplazică a stelei prin difuzie sau activă. transport. Dacă ionii continuă să fie transportați de-a lungul stelei prin simplast, ei vor trebui în cele din urmă să părăsească protoplastul și să traverseze membrana celulară înainte de a intra în cavitatea oricărui element mort al vasului xilem. Știm că ionii se acumulează în tuburile de xilem în perioadele în care există un debit scăzut de apă. Deoarece ionii trebuie să se deplaseze atât în ​​interiorul, cât și în afara cel puțin dintr-o celulă, este evident că cele două părți ale unor membrane, probabil celule endodermice, cu fața la suprafață și în interiorul rădăcinii, trebuie să aibă proprietăți diferite de transport ionic.

După ce au intrat în xilem, ionii nu se pot întoarce în simplast, deoarece difuzia lor este împiedicată de permeabilitatea selectivă a membranelor celulare, în timp ce calea lor în sol prin apoplast este blocată de centura caspariană. Acumularea de ioni în xilem crește concentrația de substanțe dizolvate în seva xilemului, ceea ce poate duce la dezvoltarea presiunii radiculare discutate în capitolul. 6. Ionii din xilem, purtati de curentul de transpiratie ascendent, trebuie reabsorbiti de plasmalema inainte de a patrunde in protoplasta unei celule vii. Indiferent de calea ionilor, planta minimizează aparent numărul de bariere ale membranei plasmatice pe care un anumit ion trebuie să le traverseze pentru a ajunge la destinația sa finală.

Mobilitatea ionilor minerali

După ce intră în xilemul rădăcinii, majoritatea ionilor sunt transportați în părțile supraterane ale plantei, dar unii intră în floem și sunt transportați împreună cu alte substanțe dizolvate către celulele consumatoare din vârful rădăcinii în creștere și către zonele de depozitare a nutrienților. Ionii nou absorbiți se mișcă liber în întreaga plantă. Cu toate acestea, utilizarea acestor ioni în celulă poate fi asociată cu includerea lor într-o moleculă structurală. Formarea țesuturilor necesită o aprovizionare continuă a tuturor ionilor minerali esențiali. Dacă toate provin din sol, atunci planta nu întâmpină dificultăți. Cu toate acestea, atunci când un ion mineral lipsește, acesta poate fi uneori obținut din descompunerea moleculelor formate anterior în celulele vechi. Astfel, N, format în timpul descompunerii aminoacizilor, și Mg 2+, rezultat din descompunerea clorofilei, se deplasează din părțile mai vechi ale plantei la celulele tinere în creștere. Această mișcare a nutrienților mobili are loc probabil prin floem. Eliminarea acestor elemente din celulele mai vechi accelerează îmbătrânirea și provoacă simptome de deficiență de minerale în părțile mai vechi ale plantei.

Unele elemente minerale sunt strâns legate în celulă și, odată intrat în ea, nu sunt îndepărtate de acolo. Simptomele deficienței unor astfel de elemente imobile sunt observate în țesuturile cele mai tinere. Ca 2+ și Fe 2+ (+) sunt două elemente care sunt adesea deficitare, ceea ce determină dezvoltarea unor simptome vizibile ale deficienței lor în țesuturile în creștere. În absența Ca 2+, lamina medie a celulelor noi nu se poate forma. Deoarece permeabilitatea normală a membranei depinde și de aportul adecvat de calciu, vârful se oprește din creștere și în curând moare. Fierul este necesar pentru sinteza clorofilei. Este, de asemenea, o componentă a ferredoxinei și a citocromilor. Cu deficit de fier, plantele prezintă adesea o etiolare completă a celor mai tinere frunze. Indiferent dacă elementele deficitare sunt mobile sau imobile, creșterea normală intensivă a plantelor poate fi restabilită numai după ce este complet asigurată cu toate elementele necesare nutriție.

1. Cum se transportă substanțele prin plantă?

Apă cu minerale pătrunde în plantă din sol prin firele de păr din rădăcină. Apoi, prin celulele cortexului, această soluție intră în vasele țesutului conducător, care sunt situate în cilindrul central al rădăcinii. nave - acestea sunt tuburi lungi care se formează din multe celule, pereții transversali între care sunt distruși, iar conținutul intern moare. Astfel, vasele sunt elemente conductoare moarte. Prin vase, datorită acțiunii unui număr de factori, apa și substanțele dizolvate în ea se deplasează de-a lungul tulpinii până la frunze. Această direcție de mișcare a soluțiilor se numește flux ascendent al substanțelor.

Materie organică transportate de la frunze de-a lungul tulpinii spre sistemul radicular. Mișcarea acestor substanțe are loc mai întâi prin tuburile site ale frunzei și apoi prin tulpină. tuburi de sită - acestea sunt celule vii, ai căror pereți transversali au multe găuri și arată ca o sită. De aici și numele acestor elemente conductoare. Se numește fluxul de substanțe organice prin tuburile sită de la frunză la toate organele Descendentă.

Prin urmare, fluxul ascendent asigură transportul substanțelor anorganice prin vase, iar fluxul descendent — transportul substantelor organice prin tuburi sita.

2. Unde și de ce sunt depozitate substanțele în plantă?

Plantele stochează atât substanțe anorganice, cât și organice. De exemplu, plantele din habitatele aride, cum ar fi sedumurile, juvenilele, cactusii, aloe și euphorbia, au tulpini sau frunze cărnoase, suculente în care se acumulează multă apă; Datorită acestui fapt, plantele pot tolera perioade lungi de secetă. De asemenea, planta stochează substanțe organice în țesuturi speciale ale tulpinii, rădăcinii sau frunzei. Cel mai adesea, plantele stochează carbohidrați, proteine ​​și grăsimi. Astfel, amidonul glucidic este de obicei depus în miezul tulpinilor arborilor, rădăcini modificate - culturi de rădăcină (de exemplu, morcovi, sfeclă) și tuberculi rădăcinoase (dalie etc.), lăstari modificați - tuberculi (cartofi), rizomi (iris, sau stanjenel ) și bulbi (lalele), etc. Proteinele de rezervă și grăsimile sunt stocate în principal în semințe (de exemplu, porumb, mazăre, fasole, nuci), mai rar în fructe (de exemplu, cătină, măsline).

Plantele stochează nutrienți în organele vegetative modificate sau în fructe și semințe. Aceste substanțe îi ajută să suporte condiții nefavorabile și asigură apariția de noi organe vegetale sau reproducerea acestora.

3. Cum diferă modificările de fotografiere unele de altele?

După cum știți deja, principalele modificări supraterane ale lăstarii sau părților sale (tulpină și frunze) sunt antene, spiniȘi Mustață. Mustață- aceștia sunt lăstari subțiri alungiți, datorită cărora plantele sunt atașate de suport (de exemplu, struguri, castraveți) și spini- sunt lăstari scurtați care protejează planta de evaporarea excesivă (de exemplu, cactusi, ciulin). Sunt situate în axilele frunzelor sau în nodul opus frunzei, ceea ce demonstrează originea lăstarilor. Lăstarii subțiri alungiți de căpșuni, căpșuni, cinquefoil sau picioare de corb se numesc Mustață Cu ajutorul lor, plantele se reproduc. Material de pe site

Cele mai frecvente modificări subterane ale lăstarilor sunt rizom, tuberculȘi bec. Rizom arată ca o rădăcină. Dar nu are capac de rădăcină și fire de păr de rădăcină, dar există rudimente de frunze care arată ca solzi. La axilele acestor solzi se găsesc muguri din care se dezvoltă lăstari subterani și supraterani (de exemplu, iarbă de grâu, iris, lacramioare, valeriană). Tulpina rizomului poate fi lungă (de exemplu, lacramioare, iarbă de grâu) și scurtă (de exemplu, iris). În fiecare an, primăvara din mugurii rizomului se dezvoltă lăstari tineri supraterani. Tubercul- Aceasta este o modificare îngroșată, umflată, cărnoasă a lăstarului. Tuberculii pot fi supraterani (de exemplu, guli-rabe) și subterani (de exemplu, anghinare, cartofi). La cartofi, se formează un tubercul datorită creșterii tulpinii; frunzele nu se dezvoltă deloc și au aspectul de cicatrici, care se numesc sprancene. Rinichii, așa cum ar trebui să fie, sunt localizați în sinusurile lor și sunt numiți ochi. Bec- o modificare subterană a lăstarilor în care se acumulează nutrienți (de exemplu, usturoi, lalele, ceapă, narcise). La ceapă, bulbul este format dintr-o tulpină scurtată (partea de jos), frunze-solzi și muguri cărnoase externe uscate și interne modificate.

Deci, modificările de trage diferă ca structură și funcție.

Nu ați găsit ceea ce căutați? Utilizați căutarea

Pe această pagină există material pe următoarele subiecte:

• lectie despre transportul substantelor in plante
• materia organică este transportată de-a lungul tulpinii
• Cum stochează plantele materia organică?
• materia organică din plantă trece prin
• modul în care substanțele anorganice sunt transportate în jos

„Trei întrebări principale alcătuiesc problema mișcării substanțelor. Aceasta este, în primul rând, o întrebare despre țesuturile prin care se mișcă substanțele, o întrebare despre direcțiile de mișcare... iar a treia întrebare este despre mecanismul mișcării.”

D. A. Sabinin

Aproape de transport - este mișcarea ionilor, metaboliților și apei între celule și țesuturi (spre deosebire de transportul membranar în interiorul fiecărei celule). transport pe distanțe lungi - mișcarea substanțelor între organe din întreaga plantă.

Transportul substanțelor într-o plantă are loc prin orice țesuturi și de-a lungul unor mănunchiuri conductoare specializate în acest scop. La rândul său, mișcarea apei și a substanțelor dizolvate prin orice țesut poate avea loc: a) de-a lungul pereților celulari, adică de-a lungul apoplastului, b) prin citoplasma celulelor legate între ele prin plasmodesmate, adică de-a lungul simplastului, c) eventual de-a lungul reticulului endoplasmatic cu participarea plasmodesmelor. Mișcarea apei și a substanțelor de-a lungul fasciculelor vasculare include transportul de-a lungul xilemului („curent ascendent” - de la rădăcini la organele lăstarilor) și prin floem („curent descendent” - de la frunze la zonele de consum sau depozitare de nutrienți). De asemenea, metaboliții sunt transportați prin floem în timpul mobilizării substanțelor de rezervă.

În algele multicelulare, metaboliții se mișcă de-a lungul simplast. Excepție este algele - alge brune mari, în care talul este diferențiat în țesuturi și se formează tuburi de sită în partea centrală a tulpinii. Conducerea simplă și apoplastică a apei și a substanțelor de-a lungul întregii plante este, de asemenea, caracteristică majorității mușchilor. Toate celelalte plante terestre superioare au mănunchiuri vasculare formate din traheide și (sau) vase de xilem, tuburi sită și celule satelite floem, parenchim și alte celule specializate. Mănunchiurile conductoare unesc toate părțile organismului vegetal, asigurând mișcarea substanțelor pe distanțe de la zeci de centimetri la zeci de metri (în copaci). Transportul de-a lungul pereților celulari și prin citoplasmă la plantele vasculare are loc pe distanțe scurte, măsurate în milimetri, de exemplu, transportul radial în rădăcini și tulpini și mișcarea substanțelor în mezofila frunzelor.

Structura xilemului și mecanismul de transport al xilemului al apei și al mineralelor sunt descrise în capitolele anterioare (vezi 5.4.4 și 6.11.2). Această secțiune va contura Dispoziții generale si cateva informatii suplimentare.

Seva de xilem este o soluție formată în principal din substanțe anorganice (Tabelul 8.1). Cu toate acestea, în seva care curge din xilemul de cânepă, atunci când partea superioară a tulpinii este îndepărtată, diverși compuși azotați (aminoacizi, amide, alcaloizi etc.), acizi organici, esteri organofosforici, compuși care conțin sulf, o anumită cantitate de zaharuri. și alcooli polihidroxici, precum și fitohormoni. Seva de xilem poate contine si substante mai complexe care patrund aici din vacuole si citoplasma elementelor traheale care le finalizeaza dezvoltarea.

Tabelul 8.1 Compoziția comparativă (în mmol/l) a sevei de floem și xilem la lupin anual (conform J. S. Pate, 1975)

Schimbul de celule diverse substanțe cu mediul lor ca urmare a difuziei. Totuși, transferul de substanțe prin difuzie convențională pe distanțe lungi este ineficient; este nevoie de sisteme de transport specializate. Un astfel de transfer dintr-un loc în altul se realizează datorită diferenței de presiune din aceste locuri. Toate substanțele transportate se mișcă cu aceeași viteză, spre deosebire de difuzie, unde fiecare substanță se mișcă cu viteza proprie în funcție de gradientul de concentrație.

La animale se pot distinge patru tipuri principale de transport: sistemul digestiv, respirator, circulator și limfatic. Unele dintre ele au fost descrise mai devreme, vom trece la altele în paragrafele următoare.

La plantele vasculare, mișcarea substanțelor are loc prin două sisteme: xilem (apă și săruri minerale) și floem (substanțe organice). Mișcarea substanțelor de-a lungul xilemului este direcționată de la rădăcini către părțile supraterane ale plantei; Nutrienții se îndepărtează de frunze prin floem.

Unul dintre cele mai importante mecanisme de transport a substanțelor într-o plantă este osmoza. Osmoza este mișcarea moleculelor de solvent (cum ar fi apa) din zone cu concentrație mai mare în zone cu concentrație mai mică printr-o membrană semipermeabilă. Acest proces este similar cu difuzia obișnuită, dar are loc mai rapid. Numeric se caracterizează osmoza presiune osmotica– presiunea care trebuie aplicată pentru a preveni curgerea osmotică a apei în soluție.

La plante, rolul unor astfel de membrane semi-permeabile îl joacă membrana plasmatică și tonoplastul (membrana care înconjoară vacuola). Dacă o celulă intră în contact cu o soluție hipertonică (adică o soluție în care concentrația de apă este mai mică decât în ​​celula însăși), atunci apa începe să curgă din celulă. Acest proces se numește plasmoliză. În același timp, celula se micșorează. Plasmoliza este reversibilă: dacă o astfel de celulă este plasată într-o soluție hipotonă (cu un conținut mai mare de apă), atunci apa va începe să curgă înăuntru și celula se va umfla din nou. În acest caz, părțile interne ale celulei (protoplast) exercită presiune asupra peretelui celular. Într-o celulă vegetală, umflarea este oprită de un perete celular rigid. Celulele animale nu au pereți rigizi, iar membranele plasmatice sunt prea delicate; este necesar un mecanism special pentru reglarea osmozei.

Să subliniem încă o dată că presiunea osmotică este mai degrabă o valoare potențială decât o valoare reală. Ea devine reală doar în anumite cazuri - de exemplu, atunci când este măsurată. De asemenea, este necesar să ne amintim că apa se mișcă în direcția de la presiunea osmotică mai mică la cea mai mare.

Cea mai mare parte a apei este absorbită de zonele tinere ale rădăcinilor plantelor din zona firelor de păr rădăcină - excrescențe tubulare ale epidermei. Datorită acestora, suprafața de absorbție a apei este crescută semnificativ. Apa intră în rădăcină prin osmoză și se deplasează până în xilem prin apoplast (de-a lungul pereților celulari), prin simplast (prin citoplasmă și plasmodesmate) și, de asemenea, prin vacuole. Trebuie remarcat faptul că în pereții celulelor există dungi numite Centuri caspariene. Ele constau din suberina impermeabilă și împiedică mișcarea apei și a substanțelor dizolvate în ea. În aceste locuri, apa este forțată să treacă prin membranele plasmatice ale celulelor; Se crede că în acest fel plantele sunt protejate de pătrunderea substanțelor toxice, ciuperci patogeneși așa mai departe.

A doua forță importantă implicată în creșterea apei este presiunea rădăcinii. Este de 1–2 atm (în cazuri excepționale – până la 8 atm). Această valoare, desigur, nu este suficientă pentru a asigura singură mișcarea lichidului, dar aportul ei în multe plante este neîndoielnic.

Trecând prin xilem în frunze, apa și mineralele sunt distribuite printr-o rețea extinsă de mănunchiuri conducătoare prin celule. Mișcarea prin celulele frunzelor se realizează, ca și în rădăcină, în trei moduri: de-a lungul apoplastului, simplastului și vacuolelor. Planta folosește mai puțin de 1% din apa pe care o absoarbe pentru nevoile sale, restul se evaporă în cele din urmă prin stratul ceros de la suprafața frunzelor și tulpinilor - cuticula (aproximativ 10% apă) - și pori speciali - stomatele (90). % de apa). Plantele erbacee pierd aproximativ un litru de apă pe zi, iar pentru copacii mari această cifră poate ajunge la sute de litri. Evaporarea apei (transpirația) se realizează folosind energia soarelui. Cel mai simplu mod de a observa transpirația este să acoperiți planta în ghiveci cu un capac; Picăturile de lichid se vor aduna pe suprafața interioară a capacului.

Mulți factori influențează viteza de evaporare; atât condițiile externe (lumină, temperatură, umiditate, prezența vântului, disponibilitatea apei în sol), cât și caracteristicile structurale ale frunzelor (suprafața frunzei, grosimea cuticulei, numărul de stomi). O serie de factori externi duc la scăderea difuziei apei din frunze, alții (de exemplu, lipsa luminii sau vântul puternic) provoacă închiderea stomatelor (datorită muncii celulelor speciale de gardă). Plantele din regiunile aride au dispozitive speciale pentru a reduce transpirația: stomatele îngropate adânc în frunze, pubescența densă a părului sau solzilor, o acoperire groasă de ceară, transformarea frunzelor în țepi sau ace și altele. Căderea frunzelor de toamnă la latitudini temperate are, de asemenea, scopul de a reduce evaporarea apei atunci când se instalează vremea rece.

Unele minerale, după ce și-au îndeplinit funcția utilă, se pot deplasa mai departe în sus sau în jos în floem. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, înainte ca frunzele să fie vărsate, când frunzele acumulate material util sunt conservate prin depunerea în alte părți ale plantei.

Plantele pluricelulare au un alt sistem de transport conceput pentru distribuirea produselor fotosintetice – floemul. Spre deosebire de xilem, materia organică poate fi transportată atât în ​​sus, cât și în jos prin floem. 90% din substanțele transportate sunt zaharoză, care practic nu participă direct la metabolismul plantelor și, prin urmare, este un carbohidrat ideal pentru transport. Viteza de mișcare a zahărului este de obicei de 20–100 cm/h; Într-o zi, mai multe kilograme de zahăr (în masă uscată) pot trece pe trunchiul unui copac mare.

Cum pot apărea fluxuri atât de mari de nutrienți în tuburile floemice subțiri asemănătoare unei site (diametrul lor nu depășește 30 de microni) nu este complet clar. Aparent, substanțele sunt distribuite prin floem mai degrabă prin flux de masă decât prin difuzie. Mecanismele posibile de transport sunt presiunea normală sau electroosmoza.

Când floemul este deteriorat, tuburile de sită se înfundă ca urmare a depunerii de caloză pe plăcile de sită. Pierderea ireversibilă a nutrienților se oprește de obicei în câteva minute de la deteriorare.