Өсімдік клетка - осмостық жүйе

Лекция 2. Өсімдіктердегі су алмасу физиологиясы.

Жоспары

Судың өсiмдiк тiршiлiгiндеri маңызы

Судың осмостық ciңyi.

Өсімдіктегі су жылжудың механизмдері.

Су

Өсiмдiктер денесiнiң басым көпшiлiгi (70-85%) судан турады. Өзiнiң өте ғажайып қасиеттерiне байланысты су барлық тiршiлiк ерекеттерiнде негiзгi орын алады. Тiршiлiктiң ең алғашқы түрлерi сулы ортада пайда болған, кейiн осы орта организмдер клеткаларында тұйықталған күйге айналады. Жер бетiндегi белгiлi тipi организмдердiң барлық турлерi сусыз тiршiлiк ете алмады. Су демекшi эволюция барысында өciмдiк организмiнде судан салыстырмалы тәуелсiздiк қалыптасты. Балдырлар үшiн су әлi күнге дейiн негiзгi тiршiлiк ортасы болып қалды. Жер бетiндегi споралы өсiмдiктерде көбею кезеңiнде судан тәуелдiлiк сақталды. Тозаңдану арқылы жыныстық жолмен көбейетiн өciмдiктep бұл процеске суды қажет етпейдi. Олардың тiршiлiк әpeкeттepiнe қажеттi суды қабылдап жане үнeмдi шығындайтын тетiктepi күрделенiп, жетiлiп келедi.

Су

Жылу сиымдылығының

Және меншiктi булану

жылылығының өте

жоғарылығына байланысты

су ұлпалар температурасының кенет өзгеруiнен сақтайды.

Жоғары сатыдағы өсiмдiктердегi

ксилема және флоэмадағы

сuмпласт пен апопласт арқылы

заттардың таралуын жузеге

асыратын тасымалдау

жуйесiнiң негiзгi мушесi.

Клеткадағы қурылымдық бөлiктердi

қалыптастыруға қатысады.

Биохимиялық процестердiң тiкелей

сыңары. Ол фотосинтез процесiнде

электрондар доноры болса,

тыныс алуда тотығу-

тотықсыздану реакцияларына

қатысады.

Белок молекулаларындағы су

олардың құрылысын анықтайды.

Жақсы амортизатор ретiнде

организмдердi механикалық

әсерлерден қорғайды

Омос жане тургор қысымдарына

байланысты су өciмдiк клеткаларының,

ұлпаларының және мүшелерiнің

серпiмдiлiк күйiн қамтамасыз eтeдi.

Су көптеген заттардың ыдырау

және синтезделу процестерiне

қажет

Жақсы, күштi ерiткiш, байланысты

биохимиялық реакциялар

жузеге асатын негiзгi ортасы

2. Судың осмостық ciңyi.

ІРІГУ (ДИФФУЗИЯ) - кез келген ортадағы заттар бөлiктерiнiң бiр орынынан баск, а орындарға үздiксiз қозғалып араласуы.

ОСМОС - ерiткiштің өзiнен жартылай өткiзгiш мембрана арқылы бөлiнген epiтiндiгe өтуі. Осы құбылысты бiрiншi рет француз физиологы Г. Дютроше 1826 ж. жасанды осмометр арқылы зерттедi.

В. Пфеффер - осмометрдiң жетiлiңкiреген түрін ұсынды.

Осмометр

Жартылай өткiзгiш мембрана

арқылы судың ерсiлi-қарсылы

жылжуы да теңеседi. Бул

жағайдағы гuдростатuқ. алық

қысым Р потенцuалдық осмос

қысымына тең болады.

Кез келген организмнің тiршiлiк әрекеттерi қалыптагыдай жузеге асуы ушiн сыртқы ортадан жеткiлiктi мелшерде судың eнyi қажет.

Өciмдiк клеткасына судың eнyiнe биоколлоидтардың бөрту, гидраттану куштерi әсер етедi. Ол қасиет тұқымдарды суға малғанда байқалады. Бiрақ тipi клеткаға судың eнyi негiзiнен осмостық кушке байланысты болады.

Жартылай еткiзгiш мембрана арқылы судың ерсiлi-қарсылы жылжуы да теңеседi. Бул жағайдағы гuдростатuкалық қысым Р потенцuалдық осмос қысымына тең болады.

Р=π*

Ерітінділерде осмостық қысым тұрақты температурада еріген заттың концентрациясымен /көлемінің бірлігіндегі санымен/ белгіленеді.

S= π -Р

S - cу сорғыш күші

π - осмостық қысымы

Р - тургор қысымы

S=0, π =Р

π - осмос қысымы

Р - тургор қысымы

Вант-Гофф - осмостық заңшылықтар Бойль-Мариоттың газдың заңдылықтарына сәйкес. Ол потенциалдық қысымды есептеу үшiн тeңдeyдi ұсынды:

π = і. CRT,

с- ерітіндінің мольдік концентрациясы,

Т - температура,

R - газ турақтысы,

І - изотоникалық коэффициент

Потенциалдық қысым Паскаль деген өлшеммен өлшенеді.

Ол ерітіндігін максималды мүмкін қысымымен немесе ерітіндінің максимальды су соратын қабылетімен белгіленеді.

Заттың молекулаларының энергия деңгейі, оның диффузиясының жылдамдылығы, заттың химиялық потенциалы деп атайды (ψ) .

Судың химиялық потенциалы су потенциалы (ψН2О) деп аталады. Ол судың диффузияланатын, буланатын, сорылатын қабілетін көрсетеді, Паскальмен өлшенеді.

Ең жоғары судың потенциалы - химиялы таза таза судың потенциалы. Ол 0 -ге тең

Сондықтан әр бір ерітіндінің және биологиялық сұйықтықтардың су потенциалы теріс мәнінде.

Су потенциалына осмостық потенциал ψπ және гидростатикалық қысымымен байланысты потенциал ψр

кіреді

Өсімдік клетка - осмостық жүйе

Клеткаға кіретін судың күшін сорғыш күш S. деп атайды

Ол клетканың су потенциалына тең (ψН2О) .

Су сорғыш күші клетка сөлінің осмостық қысымымен (π*) және клетканың тургорлық (гидростатикалық) қысымымен (Р) белгіленедіі.

Ол клетка қабығының электростатикалық созылғандағы қарсы күшіне тең:

S = π*- Р

Осы белгілерді термодинамикалық ауқымдарына /мөлшерлеріне/ ауыстырғанда

бұл теңдіктің түрі мынадай болады:

- (ψН2О) = - ψπ - ψр

Клетка суға қанығып тұрғанда (тургесцентті) оның сорғыш күші 0-ге тең, ал тургорлық қысым осмостық потенциалдық қысымына тең

S=0; Р= π

Клеткада толық тургор топырақта және ауада су жеткілікті болғанад байқалады.

Клеткада су азайғанда (жел тұрғанада, топырақта су азайғанда), бірінші клетка қабығы су тапшылыққа ұшырайды, оның су потенциалы вакуольдың потенциалынан төмен болады, су клетка қабығына жылжиды

Вакуольдан су шыққыанда, клетканың тургор қысымы төмендейді, сорғыш күші ұлғаяды.

Ұзақ су тапшылықта өсімдіктер солып қалады.

Осындай жағдайда Р=0, S = π*

Тургорды жоғалтқан клетканы экспериментте көруге болады. Клетканы нипертоникалық ерітіндіге салғанда плазмолиз деген құбылыс байқалады.

Жас ұлпаларда су жоғалтқанда тургор қысымы теріс мәнінде болып, протопластардың көлемы азайып, клетка қабығынан айырылмай бүріседі. Ол құбылыс циторриз деп аталады.

Тамыр клеткалардың вакуоль сөлінің концентрациясы - 0. 3-1, 2 МПа.

Жер үсті мүшелердің клеткаларында вакуоль сөлінің концентрациясы - 1, 0-2, 6 МПа.

Ол осмостық концентрациясының және сорғыш күштің вертикальды градиентін қамтамасыз етеді.

. Галофит клеткаларында ең жоғары осмостық қысым: 15МПа.

Өсімдіктегі су жылжудың механизмдері.

Су алмасу 3 сатыдан тұрады:

Тамырмен су сору.

Сосудтар арқылы судың жылжуы

Транспирация, жапырақтар арқылы су булануы.

Осы процестер бір бірімен байланысты.

Су сору және радиальды тасмалдану.

Тамыр түтікшелері бар бөлікте су жақсы сорылады. Тамыр түтіктер

Тамыр түтікшелердің негізгі мақсаты - тамырдың соратын көлемін үлкейтеді.

Одан жоғары зоналарда су соратын қабілеті төмендейді, ұлпалар пробкаланады және суберинделенеді.

Тамырдың сыртынан тамыр қабығы, эндодерма, перицикл арқылы су ксилемаға дейін жылжиды.

Қабық клеткалар арқылы су мен минералдық заттардың жылжуына 2 жол бар :

- цитоплазмамен плазмодесмалар арқылы (симпласттық тасмалдау)

- клетка қабықтар арқылы (апопласттық тасмалдау) .

Су ризодерма және паренхима клеткалардың цитоплазмаларына арқылы осмос заңдары бойынша жылжиды.

Клетка қабығының суға қарсылысы цитоплазмаға қарағанда төмен, судың радиальды тасмалдануы тамыр арқылы апопласт арқылы жүреді.

Эндодерма деңгейінде Каспари белдеушілер бар жерде апопластық тасмалдау түрі мүмкін емес. Олар су жібермейді.

Су эндодермаға тек симпластық жолымен өтуге болады.

Су тасымалдануы эндодерма деңгейінде реттеледі, жылдам апопластық тасмалдау баяу жүретін симпласты тасмалдауға ауысады.

Тамыр қысымының механизмдері.

Ксилемаға су осмостық қысым арқасында кіреді.

Сосудтардағы және олардың клетка қабықтарындағы осмотық активті заттар - минеральды заттар мен паренхима клеткалардың плазмалеммасындағы активті ион насостармен бөлінетін метаболиттер.

Осы заттардың жинақталуы сорғыш күшін түзеді, ол ксилемаға судың осмостық тасмалдануына себеп болады.

Тамыр қысымы

(төменгі қозғаушы куш)

Судың өciмдiк бойымен тамыр қысымының ьқпалымен көтерiлу механизмiн төменгi шеттiк қозғаушы куш деп аталады.

Тамыр қысымы - тамырдағы иондық насостардың жұмысының және ксилема түтіктетepiнe судың осмостық (ырықсыз) eнуінің нәтижесiнде түтiктepдe пайда болатын гидростатикалық қысымы.

Ол ксилема ерiтiндiсiн түтіктер арқылы тамырдан жерустi бөлiктерiне көтерiлуiн қамтамасыз етедi.

Төменгi шеттiк қозғаушы күш - судың өciмдiк бойымен тамыр қысымының ықпалымен көтерiлу механизмi.

Гуттация - клеткаларда судың жоғары бағытта жылжып, оның жапырақ ұштарындағы ерекше клеткалар - гuдатодтар- арқылы бөлiнуiнiң нәтижесi.

Транспирация (судың булануы) . Жоғарғы шеткi қозғаушы күш

Транспирация - судың өciмдiк дeнeciнeн булануын mраnспuрацuя

Траспирацияны сипаттайтын көрсeткiштeрі

Транспирацияның қарқындылығы

Транспирацияның өнiмдiлiгi

Транспирациялық коэффициенті

Салыстырмалы транспирация

Су қорының пайдаланылу жылдамдығы

Транспuрацuяның қарқындлығы - жапырақтың белгiлi ауданынан белгiлi уақытгың iшiнде буланған судың мөлшерi

Оны 1 м2 немесе 1 дм2 ауданнан 1 caғaттa буланған судың г мөлшерiмен бейнеленедi. Көптеген өciмдiктepдe транспирация қарқындылығы күндiз 15-250 г/м2, түнде 1-20 г/м2

Транспирацuяның өнiмдiлiгi - бiр кг су булaнғанда пайда болған құрғақ заттың мөлшерi. 1 кг су буланғанда 1-8 г (орташа 3 г) қурғақ зат пайда болады.

Транспuрацuя коэффuцuенmi - құрғақ заттың белгiлi мөлшерiне жұмсалған судың мөлшерi. Бул шама транспирацияның өнiмдiлiгiне кepi көрсеткiш. Өciмдiктepдeгi транспирациялық коэффициенті - орташа 300-ге тең, 1 т түciмгe 300 т су жумсалады.

Салысmырмалы mранспuрацuя - жапырақтың белгiлi ayдaнынан белгiлi уақыттың iшiнде буланған су мөлшерiнің сондай ауданы ашық су бетiнен, сондай уақыттың iшiнде буланған су мөлшерiнің қaтынacы. Орташа 0, 4-0, 5-ке тең.