Передвижение веществ по стеблю. Раздел vii

Вопрос 1.
Для поддержания нормальной жизнедеятельности организму необходимы питательные вещества (минеральные вещества, вода, органические соединения) и кислород. Обычно эти вещества передвигаются по сосудам (по сосудам древесины и луба у растений и по кровеносным сосудам у животных). В клетках вещества передвигаются от органоида к органоиду. Транспортируются вещества в клетку из межклеточного вещества. Отработанные и ненужные вещества выводятся из клеток и, затем, через органы выделения из организма. Таким образом, транспорт веществ в организме необходим для нормального обмена веществ и энергии.

Вопрос 2.
У одноклеточных организмов вещества переносятся движением цитоплазмы. Так, у амёбы цитоплазма перетекает из одной части тела в другую. Содержащиеся в ней питательные вещества передвигаются и разносятся по всему организму. У инфузории туфельки – одноклеточного организма, имеющего постоянную форму тела – передвижение пищеварительного пузырька и распределение питательных веществ по всей клетке достигается непрерывным круговым движением цитоплазмы.

Вопрос 3.
Сердечно-сосудистая система обеспечивает непрерывное движение крови, которое необходимо для всех органов и тканей. По этой системе органы и ткани получают кислород, питательные вещества, воду, минеральные соли, с кровью к органам поступают гормоны, регулирующие работу организма. Из органов в кровь поступает углекислый газ, продукты распада. Кроме того, система кровообращения поддерживает постоянство температуры тела, обеспечивает постоянство внутренней среды организма (гомеостаз ), взаимосвязь органов, обеспечивает газообмен в тканях и органах. Система кровообращения выполняет также защитную функцию, так как в крови содержатся антитела и антитоксины.

Вопрос 4.
Кровь - это жидкая соединительная ткань. Она состоит из плазмы и форменных элементов. Плазма - это жидкое межклеточное вещество, форменные элементы - это клетки крови. Плазма составляет 50-60 % объема крови и на 90 % состоит из воды. Остальное - это органические (около 9,1 %) и неорганические (около 0,9 %) вещества плазмы. К органическим веществам относятся белки (альбумин, гамма-глобулин, фибриноген и др.), жиры, глюкоза, мочевина. Благодаря наличию в плазме фибриногена кровь способна к свертыванию - важной защитной реакции, спасающей организм от кровопотери.

Вопрос 5 .
Кровь состоит из плазмы и форменных элементов. Плазма - это жидкое межклеточное вещество, форменные элементы - это клетки крови. Плазма составляет 50-60 % объема крови и на 90 % состоит из воды. Остальное - это органические (около 9,1 %) и неорганические
(около 0,9 %) вещества плазмы. К органическим веществам относятся белки (альбумин, гамма-глобулин, фибриноген и др.), жиры, глюкоза, мочевина. Благодаря наличию в плазме фибриногена кровь способна к свертыванию - важной защитной реакции, спасающей организм от кровопотери.
Форменными элементами крови являются эритроциты – красные кровяные тельца, лейкоциты – белые кровяные тельца и тромбоциты – кровяные пластинки.

Вопрос 6.
Устьица представляют собой щель, которая расположена между двумя бобовидными (замыкающими) клетками. Замыкающие клетки находятся над большим межклетником в рыхлой ткани листа. Устьица обычно располагаются с нижней стороны листовой пластинки, а у водных растений (кувшинка, кубышка) - только на верхней. У ряда растений (злаки, капуста) устьица есть на обеих сторонах листа.

Вопрос 7.
Для поддержания нормальной жизнедеятельности растение поглощает СО 2 (углекислый газ) из атмосферы листьями и воду с растворенными в ней минеральными солями из почвы корнями.
Корни растений покрыты, как пушком, корневыми волосками, которые поглощают почвенный раствор. Благодаря им поверхность всасывания увеличивается в десятки и даже сотни раз.
Передвижение воды и минеральных веществ в растениях осуществляется за счет двух сил: корневого давления и испарения воды листьями. Корневое давление - сила, вызывающая одностороннюю подачу влаги от корней к побегам. Испарение воды листьями - процесс, который происходит через устьица листьев и поддерживает непрерывный ток воды с растворёнными в ней минеральными веществами по растению в восходящем направлении.

Вопрос 8.
Органические вещества, синтезирующиеся в листьях, оттекают во все органы растения но ситовидным трубкам луба и образуют нисходящий ток. У древесных растений передвижение питательных веществ в горизонтальной плоскости происходит при участии сердцевинных лучей.

Вопрос 9.
При помощи корневых волосков происходит всасывание из почвенных растворов воды и минеральных веществ. Оболочка клеток корневых волосков тонкая - это облегчает всасывание.
Корневое давление - сила, вызывающая одностороннюю подачу влаги от корней к побегам. Корневое давление развивается при превышении осмотического давления в сосудах корня над осмотическим давлением почвенного раствора. Корневое давление наряду с испарением участвует в движении воды в теле растения.

Вопрос 10.
Испарение воды растением называется транспирацией . Вода испаряется через всю поверхность тела растения, но особенно интенсивно через устьица в листьях. Значение испарения: оно принимает участие в передвижении воды и растворенных веществ по телу растения; способствует углеводному питанию растений; защищает растения от перегрева.

Движение веществ по клеткам и тканям. Внутри живых клеток и между отдельными клетками постоянно перемещаются различные вещества. Одни из них поступают в клетку, другие выводятся из нее. Например, вещества, которые образуются в растении, перемещаются внутри клетки, между соседними клетками, от одного органа к другому. Так, продукты фотосинтеза от клеток листа транспортируются к не зеленым частям растения (корню, стеблю, цветкам).

Транспорту веществ способствует строение клеточной оболочки, через которую проходят определенные вещества. Цитоплазма соседних клеток сообщается между собой тончайшими канальцами, которые густо пронизывают клеточную стенку.

Движение минеральных и органических веществ между органами, Для того чтобы понять, каким образом перемещаются вещества между органами растения, вспомните внутреннее строение и функции корня, стебля и листа.

Водный раствор минеральных веществ из почвы поглощают корневые волоски всасывающей зоны корня. Далее через клетки коры корня этот раствор поступает к сосудам центрального цилиндра.

Благодаря корневому давлению, возникающему в клетках корня, почвенный раствор солей по сосудам поступает в надземную часть растения.

Корневое давление можно измерить, присоединив к пню свежесрезанного растения манометрическую трубку (прибор, измеряющий давление). У травянистых растений корневое давление достигает 2-3 атмосфер, у деревянистых – еще больше. По сосудам вода передвигается к листьям, из которых испаряется через устьица. Это направление движения растворов называют восходящим потоком.

На восходящий поток веществ значительно влияет испарение воды листьями, создающее так называемую присасывающую силу листьев. Чем больше воды испаряют листья, тем интенсивнее корневая система поглощает ее из почвы и тем скорее почвенный раствор поступает к надземным частям.

От листьев по стеблю в направлении корневой системы, цветков или плодов транспортируются органические вещества – продукты фотосинтеза. Количество органических веществ, образованных за один световой день в хлоропласте, превышает его массу в несколько раз. Органические вещества по ситовидным трубкам оттекают от листьев к другим частям растения, где они потребляются или откладываются про запас (корень, стебель, плоды). Этот поток называют нисходящим.

Вода и растворенные в ней минеральные и органические вещества могут передвигаться в растении также и в горизонтальном направлении. В корне, например, этот транспорт осуществляется по клеткам коры, а в стебле – по клеткам сердцевинных лучей.

Зная пути и механизмы передвижения веществ по растению, можно ими управлять. Так, чтобы ускорить созревание помидоров, удаляют боковые побеги. Укорачивая побеги, появившиеся после формирования гроздей винограда, можно изменить направление потоков питательных веществ к плодам, созревание которых при этом значительно ускорится.

Удаление избыточной воды из растения. Вы уже знаете, что в ходе транспирации вода передвигается по тканям и испаряется в атмосферу. Но, рассматривая движение водных растворов по растению, необходимо вспомнить и явление, которое вы неоднократно могли наблюдать. Так, рано утром на верхушках листьев некоторых растений (например, земляники) можно заметить крупные капли воды. Но это не роса. Иногда корни поглощают из почвы больше воды, чем успевают испарять листья, особенно ночью, когда устьичные щели закрыты. Избыток воды выдавливается через специальные отверстия по краям листовых пластинок. В частности, это явление можно наблюдать у комнатных растений – монстеры, арума, а также в лабораторных условиях у проростков овса, пшеницы, кукурузы.

Выделение избытка воды в виде капель необходимо для нормального функционирования организма растения. Попав в лист с восходящим током, вода должна или испариться, или выделиться в виде капель наружу, если испарение недостаточно интенсивное.

В стебле различают кору, камбий, древесину и сердцевину. Кора — внешний слой стебля, совокупность его тканей, расположенных снаружи от камбия. Стебель покрыто покровной тканью, которая называется пробок (его состав — отмершие клетки, защищает от избыточного испарения и повреждений). Внутреннюю часть коры называют луб.

Луб — совокупность различных типов тканей: ведущей (ситоподибни трубки), механической (лубяные волокна) и основной. При поврежденные ситовидных трубок коры корень не получает органических веществ от надземной части, и растение может погибнуть. Лубяные волокна придают стеблю прочность. Камбий — образующая ткань, расположенная под корой. Клетки камбия делятся и образуют наружу кору, а внутрь — древесину: так стебель растет в толщину. Древесина расположена внутрь от камбия. Она состоит из ведущей, механической и основной тканей. Ведущая ткань образована мертвыми клетками с утолщенными одревесневающим стенками — сосудами, они имеют большие отверстия на поперечных стенках. Отмершие удлиненные клетки механической ткани образуют древесные волокна. Прочность древесине придают не только древесные волокна, но и время-тина сосудов, которые заполняются особым соединение-ми, теряют ведущую функцию и выполняют опорную функцию. В живых клетках основной ткани древесины могут накапливаться различные вещества (масла, крахмал, смолы и др.)..

Сердцевина состоит из крупных тонкостенных, рыхло расположенных клеток основной ткани в центре стебля. Ряд таких клеток проходит в виде луча от сердцевины к коре — это сердцевинный луч. Кроме запаса веществ, эти клетки обеспечивают горизонтальное перемещение различных соединений между слоями стебля.

Движение веществ в клетках и тканях. В процессе жизни внутри клеток растения и между ними постоянно происходит перемещение веществ. Одни из них поступают в клетки, другие выводятся из них. Вещества передвигаются от одного органа к другому: продукты фотосинтеза от клеток листа транспортируются по стеблю к корню и плодов, вода с минеральными веществами передвигается от корня до листьев. Перемещению веществ способствует строение клеточной оболочки, сквозь которую проходят только определенные соединения. Цитоплазма соседних клеток соединены между собой канальцами (плазмодесмам), которые густо пронизывают клеточную оболочку. Такое строение клеток способствует перемещению веществ между ними.

Растворы минеральных веществ из почвы в растение поступают через всасывательного зону корня, где корневые волоски поглощают почвенный раствор. Далее последовательно через клетки коры раствор поступает в сосуды центрального осевого цилиндра и уже по ним, благодаря корневом давления, попадает в надземную часть (восходящий поток). Испарение воды листьями через устьица создает присисну силу: чем быстрее идет испарение, тем быстрее почвенный раствор поступает в надземных частей. Органические вещества, которые во время фотосинтеза образовались в хлоропластах листьев, активно транспортируются в направлении корневой системы, цветков, плодов. Поток продуктов фотосинтеза от листа до всех остальных органов осуществляется по ситоподибних трубках — это нисходящая течение. Знание путей и механизмов передвижения веществ по растению позволяет человеку управлять ими. Когда испарение воды (транспирация) через устьица значительно затруднено, т.е. корни поглощают воды значительно больше, чем растение может ее удалить через устьица листа, избыток воды под давлением выходит через специальные отверстия по краям листовых пластинок в виде капель.

Различают ближний и дальний транспорт веществ по растению. Ближний транспорт – это передвижение ионов, метаболитов и воды между клетками по симпласту и апопласту. Дальний транспорт – передвижение веществ между органами в растении по проводящим пучкам и включает транспорт воды и ионов по ксилеме (восходящий ток от корней к органам побега) и транспорт метаболитов по флоэме (нисходящий и восходящий потоки от листьев к зонам потребления веществ или отложения их в запас).

Загрузка сосудов ксилемы наиболее интенсивно происходит в зоне корневых волосков. В паренхимных клетках проводящего пучка, примыкающих к трахеидам или сосудам, функционируют насосы, выделяющие ионы, которые через поры в стенках сосудов попадают в их полости. В сосудах результате накопления ионов увеличивается сосущая сила, которая притягивает воду. В сосудах развивается гидростатическое давление и происходит подача жидкости в надземные органы.

Разгрузка ксилемы, то есть выход воды и ионов через поры сосудов ксилемы в клеточные стенки и в цитоплазму клеток мезофилла листа или клеток обкладки, обусловлена гидростатическим давлением в сосудах, работой насосов в плазмалемме клеток и влиянием транспирации, повышающей сосущую силу клеток листа.

Ассимиляты из клеток листьев поступают во флоэму, состоящую из нескольких типов клеток. В ситовидных трубках флоэмы плазмалемма окружает протопласт, содержащий небольшое число митохондрий и пластид, а также агранулярный эндоплазматический ретикулум. Тонопласт разрушен. Зрелая ситовидная трубка лишена ядра. Поперечные клеточные стенки – ситовидные пластинки – имеют перфорации, выстланные плазмалеммой и заполненные полисахаридом каллозой и фибриллами актиноподобного Ф-белка, которые ориентированы продольно. Ситовидные трубки связаны с клетками-спутниками плазмодесмами. Клетки-спутники (сопровождающие клетки) – это небольшие вытянутые вдоль ситовидных клеток паренхимные клетки с крупными ядрами, цитоплазмой, с большим количеством рибосом, других органелл и, особенно, митохондрий. Число плазмодесм в этих клетках в 3-10 раз больше, чем в стенках соседних мезофильных клеток. В клеточных стенках клеток-спутников много инвагинаций, выстланных плазмалеммой, что значительно увеличивает ее поверхность. Самые мелкие проводящие пучки включают один-два ксилемных сосуда и одну ситовидную трубку с сопровождающей клеткой. У многих С 4 -растений проводящие элементы листа окружены плотно сомкнутыми клетками обкладки, отделяющими пучки от мезофилла и от межклетников. Проводящая система листа представлена проводящими пучками, которые объединены в жилки разных размеров. Жилки расположены по листу так, чтобы обеспечить равномерный сбор ассимилятов по всей площади листа. Транспорт ассимилятов в листе строго ориентирован: ассимиляты передвигаются из каждой микрозоны клеток мезофилла радиусом 70-130 мкм в сторону ближайшего к ней малого пучка и далее по клеткам флоэмы в более крупную жилку.

Основной транспортной формой ассимилятов у большинства растений является сахароза (до 85 % от общего сухого вещества). Активность инвертазы – фермента, расщепляющего сахарозу на глюкозу и фруктозу – в проводящих тканях очень низка. Также транспортируются олигосахара, азотистые вещества, органические кислоты, витамины, гормоны. Неорганические соли составляют 1-3 % от общего количества веществ сока, особенно много ионов калия.

В клетках мезофилла осмотическое давление ниже, чем в тонких проводящих пучках. По мере продвижения от тонких пучков к средней жилке содержание сахаров возрастает. Поэтому загрузка проводящей системы ассимилятами идет против градиента концентрации с затратой энергии. Источником АТФ служат клетки-спутники. В плазмалемме клеток-спутников функционирует протонная помпа, выводящая наружу протоны. Она активируется ауксином и блокируется абсцизовой кислотой. Закисление апопласта в результате работы этой помпы способствует отдаче ионов калия и сахарозы клетками листа и поступлению их в клетки флоэмных окончаний. Трансмембранный перенос протонов происходит по концентрационному градиенту, а сахарозы – против градиента с помощью белков-переносчиков. Поступившие в клетки протоны вновь выкачиваются протонной помпой, работа которой сопряжена с поглощением ионов калия. Сахароза и ионы калия по плазмодесмам переносятся в полости ситовидных трубок.

В 1926 г. Э. Мюнх предложил гипотезу тока ассимилятов по ситовидным элементам флоэмы под давлением. Согласно этой гипотезе между фотосинтезирующими клетками листа, где накапливается сахароза, и тканями, использующими ассимиляты, создается осмотический градиент и возникает ток жидкости во флоэме от донора к акцептору. Предполагается также, что движущей силой перемещения жидкости из одной ситовидной трубки в другую через поры в ситовидной пластинке может быть транспорт ионов калия. Ионы калия активно входят в ситовидную трубку выше ситовидной пластинки, проникают через нее в нижележащую ситовидную трубку и пассивно выходят из нее в апопласт. В результате на ситовидных пластинках возникает электрический потенциал, способствующий транспорту веществ. Кроме того, фибриллы актиноподобного Ф-белка в порах ситовидных пластинок обладают сократительными свойствами и периодическими сокращениями способствуют передвижению жидкости по флоэме.

Разгрузка флоэмы происходит из-за высокого гидростатического давления в ситовидных трубках и аттрагирующей (притягивающей) способности органа-акцептора. Его аттрагирующая способность зависит от интенсивности роста органа, в ходе которого используются транспортируемые ассимиляты и тем самым снижается их концентрация в клетке. Следовательно, возникает градиент концентрации между элементом проводящей системы и клеткой акцептора. Интенсивность роста контролируется балансом регуляторов роста. В плазмалемме клеток акцептора функционирует протонная помпа, которая воздействует на ситовидные трубки и клетки-спутники, закисляя апопласт и тем самым способствует отдаче ими ионов калия и сахарозы в клеточные стенки. Затем сахароза поглощается клетками акцептора с участием мембранных переносчиков в симпорте с протонами, а ионы калия – по электрическому градиенту.

Вопрос 1. Какое значение имеет транспорт веществ для многоклеточных живых организмов?

Транспорт веществ для многоклеточных организмов участвует почти во всех жизненно важных процессах: дыхание - гемоглобин переносит кислород к каждой клеточке для её дыхания, а затем углекислый газ выходит из нашего организма через легкие; питание - продвижение продуктов питания через желудочно-кишечный тракт.

Вопрос 2. Вспомните особенности строения растительной клетки и объясните, каким образом и благодаря каким структурам перемещаются вещества из одной клетки в другую в тканях растительного организма.

Клетка состоит из оболочки с порами, внутри вязкое вещество-цитоплазма, она содержит ядро с ядрышком и вакуоли.

Передвижение веществ (в виде растворов) происходит через клеточную оболочку, благодаря порам - это более тонкие участки клеточной оболочки.

Вопрос 3. Выясните, какие вещества передвигаются внутри растений в процессе обмена веществ, и подпишите их названия на рисунке.

1 - вода с растворенными в ней минеральными веществами,

2 - кислород

3 - углекислый газ

4 - растворенные органические вещества

Вопрос 4. Чем различается транспорт веществ у низших и высших растений?

Транспорт веществ и низших и у высших растений различается, в том что: у высших растений транспорт воды минеральных и органических веществ осуществляется через корни и сосуды по проводящим тканям а у низших растений нет тканей и вещества передвигаются между клетками.

Вопрос 5. Заполните таблицу «Транспорт веществ у высших растений».

Вопрос 6*. Ранней весной из зарубок на стволе березы собирают березовый сок. Как вы думаете, что он собой представляет по составу и откуда берется, если на растении еще нет листьев?

Березовый сок – это очищенная вода из почвы земли обработанная и пропущенная через корневую систему березы уже с добавлением микроэлементов из ствола березы.

Вопрос 7*. Зимой зайцы обгрызли кору у молодой вишни, а через некоторое время выяснилось, что дерево погибло. Выскажите предположения, почему и как это произошло.

Зайцы повредили сосуды и ситовидные трубки. Транспорт веществ был нарушен, из-за этого дерево и погибло.

Вопрос 8. Рассмотрите рисунок и прочитайте описание изображенного на нем опыта. Взяли два стакана с водой, в одном оставили чистую воду, а в другой добавили несколько капель красных чернил. В каждый стакан поместили по одному растению одного вида с белыми цветками. Через пять часов во втором стакане некоторые части растения окрасились.

Ответьте на вопросы:

1) Какой процесс можно изучить с помощью данного эксперимента?

С помощью данного опыта можно изучить процесс транспорта веществ.

2) Какие части (органы) растения окрасились?

Окрасились листья и цветки растений.

3) Какие структуры этих органов окрасились наиболее интенсивно и почему?

Наиболее интенсивно окрасились лепестки цветков. Так как они изначально были белыми, то их окраска наиболее заметна.

4) Можно ли вернуть органам растения первоначальный цвет? Ответ обоснуйте.

Данному растению безусловно можно вернуть изначальный облик, надо просто вернуть обычную воду, когда окрашенные вещества покинут растение, то оно станет обычного цвета.

Вопрос 9*. Объясните результаты опыта с окольцованной веткой, описанного в учебнике на с.114. Как вы думаете, почему повреждение коры у деревьев опасно для их жизни?

В коре дерева, проходят ситовидные трубки, по которым проходят необходимые для жизнедеятельности вещества. При повреждении коры, повреждаются и трубки. Соответственно, поступление питательных веществ уменьшается, что губительно влияет на растение.