Транспирация что это у растений

Процесс транспирации у растений: роль и описание процесса

Каждый человек однажды наблюдал наличие жидкости на листьях и стеблях растений. Данное явление возникает благодаря биологическому свойству, называемому транспирацией.

Что такое транспирация?

Транспирация – это термин, отражающий процессы передвижения воды по организму растений с последующим её выведением через поверхность наружных органов (листья, стебель). Большая часть жидкости выводится через устьичные щели (порядка 95-99%) и только оставшиеся 1-5% процентов воды участвует в непосредственно метаболических реакциях организма растительных клеток.

Функции транспирации

Вода поглощается растением из почвы, откуда распределяется по всему организму благодаря наличию проводниковой ткани (ксилемы). Выводится вода через специальные устьицы, при выведении жидкости через органы транспирации растений происходит открытие устьиц, в результате чего в растительный организм может поступать углекислый газ.

Другая особенность трнаспирационных явлений заключается в том, что при протекании данного физиологического процесса происходит охлаждение растительного организма, улучшение тока питательных веществ к функциональным частям растительного организма, также изменяется осмотическое давление в растительные клетках, что в значительной мере определяет тургор. Помимо прочего благодаря протеканию транспирационных явлений реализуются процессы (обязательным условием протекание которых является наличие H20): фотосинтез, рост, развитие и метаболизм растительных клеток. Подытожим функции транспирации:

участвует в обеспечении фотосинтетических процессов водой;

участвует в испарении воды с листьев и стебля;

охлаждает растительного макроорганизма;

улучшает ток питательных веществ и воды к растительным клеткам;

изменяет осмотическое давление в растительные клетках;

открывает устьицы, что позволяет растению активно поглощаться углекислый газ.

Примеры транспирации

В зависимости от различия в органах испарения воды буду наблюдаться различные виды транспирационных явлений:

стоматальная и лентикулярная транспирации;

Стоматальная транспирация

При протекании данного процесса происходит выведение воды благодаря наличию специальных устьиц в поверхности листа. При выведении влаги с листьев вода на финальной части пути к наружной поверхности органа выделения превращается к парообразную форму существования (водяной пар) и выводит через поверхность устьиц. Данный вид выведения жидкости по-другому также может называться транспирацией листьев.

Кутикулярное дыхание

Кутикула – это воскообразное покрытие листьев растений. Кутикулярное испарение воды происходит в сухих условиях, когда устьицы листьев закрыты. Благодаря кутикулярному дыханию теряется порядка 5-10% воды.

Лентикулярная транспирация

Лентикулярное выведение влаги представляет собой процесс выделения жидкости посредством использования чечевиц. Чечевицы – это небольшие порообразные структуры, которые имеются далеко не у всех семейств растений. Процент выведенной воды при таком способе выделения значительно меньше, чем при других примерах данного процесса.

Факторы, которые влияют на транспирацию

Обозначим основные факторы окружающей среды, которые активно влияют на процессы транспирации:

соотношение влажности почвы и воздуха;

При значительном повышении температурного фактора происходит открытие устьиц, в результате чего скорость выделения воды (особенно стоматальной) значительно повышается.

При высокой влажности воздуха любой процесс испарения затрудняется, однако для процесса транспирации и его скорости важно соотношение влажности почвы и воздуха. При наличии в почве большего количества влаги, чем в воздухе скорость удаления жидкости повышается.

Ветер сдувает капли влаги с поверхности листьев, в результате чего образуются новые. Таким образом, чем выше скорость ветра, тем больше скорость транспирационных процессов.

Транспирация как часть круговорота воды

Транспирационные процессы растения участвуют в протекании круговорота воды в природе. Испарение с поверхностных органов растений является частью суммарного испарения. В последующем образуются осадки, из которых посредством дождей жидкость попадает в почву, откуда вновь всасывается в растения с последующим за этим испарением.

Биологический процесс распределения и испарения воды в растительном организме достаточно сложная теоретическая часть ботанической науки, однако понимание фундаментальные основ и принципов протекания транспирационных явлений в растениях, позволяет человеку понимать генез воды на поверхностях стеблей и листьев (а также чечевиц) растений в различные периоды времени.

Источник

Транспирация

Вода поглощается корнями из почвы с помощью осмоса и движется в ксилеме наверх вместе с растворенными в ней питательными веществами. Движение воды от корней к листьям частично обеспечивается капиллярным эффектом, но в основном происходит за счет разности давлений. В высоких растениях и деревьях, гравитация может быть преодолена только за счет уменьшения гидростатического давления в верхних частях растения из-за диффузии воды через устьица в атмосферу.

Охлаждение достигается путём испарения с поверхности растения воды, у которой высокая удельная теплота парообразования.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Абиоти́ческий фа́ктор (др.-греч. α — отрицание, βίος — жизнь) — совокупность прямых или косвенных воздействий неорганической среды на живые организмы; подразделяется на физический (климат, орография), химический (состав атмосферы, воды, почвы). Приспособление растений и животных к жаре, холоду, атмосферному давлению, подводной глубине, зимняя или летняя спячка некоторых животных и прочее связано с абиотическими факторами.

Светолюби́вые расте́ния, гелиофи́ты (от др.-греч. ἥλιος — солнце + φυτόν — растение) — растения, приспособленные к жизни на открытых, хорошо освещаемых солнцем местах, плохо переносящие длительное затенение (у них проявляются признаки угнетённости и задержка развития). Гелиофитам для нормальной жизнедеятельности важно интенсивное освещение — солнечное в естественных местообитаниях или искусственное в условиях оранжерей или теплиц.

Диоскорéя кавкáзская (лат. Dioscoréa caucásica) — растение; вид рода Диоскорея (Dioscorea) семейства Диоскорейные (Dioscoreaceae).

Источник

Транспирация у растений. Что это такое, значение, виды, чему способствует

Естественный физиологический процесс водного обмена с окружающей средой у растений называется транспирацией. Это сложный механизм жизнедеятельности, в основу которого положена способность флористических организмов изменять агрегатное состояние поступающей жидкости.

Что такое транспирация?

Термин введен в обиход биологами для того, чтобы подчеркнуть отличие этого сложного биологического процесса от обычного испарения воды.

Транспирация обусловлена:

Расходование воды регулируется несколькими базовыми анатомо-физиологическими механизмами. Одно из важных значений этого процесса заключается в терморегулирующей функции. Транспирация у растений – это контролируемый биологический процесс движения поступающей из почвы и атмосферы влаги. Она насыщает стебли, листья и соцветия необходимыми для планомерного развития питательными веществами, а затем испаряется.

Процесс позволяет растению снизить температуру, что особенно актуально для знойного климата и летнего сезона. Транспирация предотвращает перегрев листьев и их ожог. Благодаря ей растение избавляется от излишков жидкости после сильного дождя или при произрастании в сильно увлажненном грунте.

Транспирация обеспечивает биологическую деятельность верхнего концевого двигателя водотока. В жаркий летний день температура листьев обычно на 3-8°С ниже окружающего атмосферного воздуха.

Транспирацию можно назвать своеобразной системой охлаждения, которая выполняет еще и питательную функцию. Этот жизненно важный физиологический процесс способствует доставке в клетки тканей минеральных веществ и микроэлементов, растворенных в воде.

Виды транспирации

Растения располагают 2-мя вариантами биологического механизма испарения воды – устьичным и кутикулярным. Приоритетность той или иной разновидности транспирации зависит от анатомического строения флористического организма и климатических условий. Главную роль в этом физиологическом процессе играют листья. От их строения зависит интенсивность испарения.

Анатомически листья сформированы 4-мя функциональными элементами:

Эпидермис листьев выполняет барьерную, терморегулирующую и защитную функции. Кожица оберегает внутренние ткани от механического воздействия, разнообразных повреждений, проникновения патогенных микробов и некоторых насекомых-паразитов. Эпидермис поддерживает фотосинтез и надлежащий водный баланс за счет транспирации, предотвращая пересыхание растения. Часто кожица покрыта восковым налетом (кутикулой), создающим дополнительную защиту и активно участвующем в переносе влаги.

Не менее важна роль устьичных клеток в процессе транспирационного испарения. С их помощью растение осуществляет водный и газовый обмен с окружающим пространством. Это ключевые элементы своеобразной совмещенной кровеносно-дыхательной системы.

Устьичная

При таком варианте транспирационного обмена влага испаряется с поверхности эпидермиса. В результате отдачи жидкости капиллярные мениски изгибаются вовнутрь. Поверхностное натяжение листа возрастает и дальнейшее испарение замедляется. Это дает растению возможность существенно экономить живительную жидкость. Преобразованная в пар вода сквозь щелевые отверстия устьиц отводится в окружающее атмосферное пространство.

Такой тип транспирационного процесса характеризуется высокой интенсивностью, так как эти функциональные элементы листа обладают значительными способностями к диффузии. После закрытия высокоспециализированных клеток устьиц скорость влагообмена снижается в несколько раз. Таким способом растение регулирует процесс отвода жидкости. При сопоставимой площади листа влага быстрее улетучивается через несколько мелких клеточных щелей, чем через одно большое. После закрытия устьичных отверстий наполовину скорость влагообмена снижается незначительно.

Транспирация у растений – это управляемая скорость отдачи воды в окружающее пространство. Число устьичных образований различается в зависимости от типа, анатомического строения и классификационной принадлежности организма. У одних видов такие высокоспециализированные комплексы расположены только на внутренней поверхности листьев, у других – на тыльной и наружной сторонах. Различается и расстояние между устьичными щелями.

Кутикулярная

Эта функциональная часть листа, подобно предыдущему элементу, способна реагировать на уровень насыщенности внутренних тканей жидкостью. Разбросанные по всей поверхности влагообмена чувствительные волосковые рецепторы защищают растение от воздействия атмосферного воздуха и выжигающего влагу солнечного ультрафиолета. Такой естественный биологический механизм служит целям уменьшения потерь воды, что препятствует пересыханию листьев. Кутикулярная транспирация берет на себя основную роль в обмене влаги с окружающей средой в то время, когда устьичные щели находятся в закрытом состоянии.

Интенсивность отдачи преобразованной в пар жидкости зависит от площади и толщины этого функционального элемента. Чем тоньше кутикула, тем выше скорость протекания транспирационного процесса. Важен и возраст растения. Зрелые листья имеют показатель потери влаги не более 10%. Молодая зеленая масса способна обмениваться испаренной водой с окружающим пространством в 5 раз быстрее. Активная кутикулярная транспирация иногда свойственная старым деревьям и крупным кустарникам почтенного возраста.

Это объясняется:

У таких наземных растений наблюдается интенсификация газообмена, заключающаяся в ассимиляции (поглощении) атмосферного СО₂. Чем ниже водный потенциал окружающего воздуха, тем выше скорость кутикулярной транспирации.

Роль в физиологии растений

Такой биологический процесс обеспечивает нормальное функционирование систем растительного организма. Во многом благодаря транспирации созревают плоды и завязываются побеги. Этот процесс защищает растение от негативных внешних воздействий. Вместе с водой по тканям распространяются минеральные соединения. За счет транспирации снижается корневое натяжение и организм получает необходимые питательные вещества. В культивируемой зоне благодаря этому важному биологическому процессу распространяются удобрения, которые повышают урожайность.

В оранжерейных и парниковых системах, где атмосферный воздух зачастую характеризуется высоким показателем влажности, транспирационный механизм замедляется. В таких условиях не редкость ожоги листьев при искусственном досвечивании или прямом воздействии агрессивного солнечного ультрафиолета. Транспирация связана с биологическими свойствами воды и ее ролью в жизнедеятельности растений. У некоторых культур это физиологическое явление служит цели насыщения жидкостью коллоидов протоплазмы, что обуславливает активное плодоношение и созревание.

Роль испаряемой в результате транспирации воды в биологических процессах развития растительных организмов:

Для функционального состояния и планомерного развития растительного организма важна не только общая увлажненность, зависимая от интенсивности транспирационного процесса.

Большое значение имеют физико-химические характеристики воды:

Важна роль транспирации в прохождении фотосинтеза. Он лучше всего протекает в температурном диапазоне +20…+25°С, который обеспечивается биологической системой терморегуляции.

Влияющие факторы

Транспирация в живой природе протекает под различными внешними воздействиями. На ее интенсивность и качество влияет множество факторов окружающей среды.

Среди них выделяются:

Солнечный свет способствует раскрытию щелевых отверстий устьичных образований. В культивируемых зонах, парниковых, тепличных и оранжерейных комплексах эту функцию выполняют искусственные светодиодные или галогенные источники электромагнитного излучения.

Поглощаемые растением фотоны увеличивает проницаемость протоплазмы ответственных за испарение клеточных структур для водного конденсата. Это важнейший фактор транспирации.

Солнечное изучение энергично впитывается хлорофиллом – зеленым пигментом, задействованным в химической реакции фотосинтеза. В результате такого процесса возрастает температура листьев и усиливается парообразование. Активизация транспирации охлаждает поверхность, что лежит в основе ее терморегулирующей функции. Даже рассеянное излучение низкой интенсивности усиливает парообразование примерно на 30-40% в сравнении с показателем процесса, проходящего в ночное время или при вечерних сумерках.

Научные данные гласят, что 100 см 2 кукурузных листьев в полной темноте испаряют 0,097 г жидкости за 1 ч. При мягком рассеянном освещении это показатель возрастает до 0,114 г, а под воздействием прямого солнечного излучения – до 0,785 г/ч. Не менее важный фактор влияния на естественный ход транспирации – температура атмосферного воздуха. По мере его нагревания испарительный процесс ускоряется, поскольку молекулы воды разгоняются и усиливается диффузия пара с коллоидной поверхности клеточных мембран.

Транспирация у растений – это процесс, подверженный многофакторному как естественному, так и техногенному влиянию. Промышленные загрязнения воздуха повышают его плотность, а выбросы в атмосферу углекислых соединений создают парниковый эффект. Это приводит к резкому росту температуры и ускорению транспирации. Важный естественный фактор – сила ветра, которая играет неоднозначную роль в физиологических реакциях растительных организмов. В результате интенсивного движения атмосферных потоков тяжелые влажные слои заменяются легкими сухими.

Это оказывает существенное влияние на отвод испаренной воды из межклеточного пространства листьев. Порывы ветра провоцируют преждевременное замыкание устьичных щелей, что приводит к замедлению физиологической реакции.

Описание процесса транспирации

Обобщенно такое биологическое явление, свойственное всем представителям растительного мира, представляет собой продвижение водной жидкости от корней к листьям с испарением в конечной фазе. Лишь незначительная часть влаги используется для роста, развития и метаболизма. В результате транспирации растение теряет 99% впитанной воды. Протекание базовой физиологической реакции зависит от анатомического строения устьичного комплекса и вида флористического организма.

Важная функция транспирационного процесса – раскрытие щелей для доступа содержащего в атмосфере углекислого газа, который необходим растениям для дыхания. Физиологическая реакция поддерживает нормальный уровень осмотического давления в клетках. Протекание транспирационного процесса частично обеспечивает капиллярный эффект прожилков. Но большей частью он проходит благодаря разнице давлений в корневой системе, стебле, листьях и других анатомических структурах.

В высоких деревьях гравитационное сопротивление преодолевается за счет снижения гидростатического напряжения в верхних участках, обеспечиваемого устьичными комплексами и их диффузными способностями. В жаркий сезон растительный лист испаряет объем воды, многократно превосходящий его собственную массу. Например, 1 га пшеничных посевов прогоняет в течение летних месяцев транспирационным путем 2-3 тыс. т воды. Пустынная растительность оснащена особым физиологическим механизмом испарения влаги, направленным на ее максимальную экономию.

Этой цели служат:

Некоторые пустынные представители флоры используют САМ-фотосинтез – особый метаболический способ связывания углерода. Их устьица в дневное время плотно замкнуты, а раскрываются только ночью после снижения температуры.

Транспирация на протяжении суток

Наиболее ослаблена физиологическая реакция ночью и ранним утром до восхода Солнца. Транспирация четко привязана к суточному циклу и биологическому ритму растения. С появлением светила над горизонтом и увеличением объема поглощаемого солнечного излучения биологическая реакции интенсифицируется. Этому способствуют попутные факторы – повышение температуры атмосферной смеси, уменьшение концентрации в воздухе скопивших за ночь водяных испарений, усиливающиеся под воздействием излучения порывы ветра. Чем выше светило в зените, тем интенсивнее транспирация.

К вечеру она замедляется и падает до суточного минимума в ночные часы. Это теоретическая модель транспирационного процесса, которой практически невозможно достичь в естественных условиях.

Здесь не учитываются:

Наиболее интенсивно физиологическая реакция протекает при безоблачном небе в теплое время года.

Показатели процесса

Измерение значений и особенностей транспирации имеет важное значение для биологической науки и представляет большой практический интерес для аграрного сектора. Для определения базовых показателей существует специальные методики, приборы и инструменты. Транспирация у растений – это важно для изучения, производства урожая в промышленных масштабах, эстетического и лечебного культивирования. Определение значений интенсивности и продуктивности физиологической реакции позволяет повысить плодоношение, создать эксклюзивный парковый дизайн, обустроить сад.

Регулировка водного баланса

Влагообмен растений можно условно разделить на 3 последовательные фазы – поглощение, продвижение и испарение. Они составляют единый механизм регулировки водного баланса. Каждое растение реализует его по-своему. Водный баланс – это отношение поступления жидкости из почвы и атмосферы либо путем искусственного орошения к ее расходу. В регионах с умеренной влажностью и средним количеством осадков эта величина оптимальна, что выражается в бурном развитии растительности, разнообразии и плодоношении.

В жарком климате и в знойные дни водный баланс не столь благоприятен. Относительное равновесие нарушается интенсивной транспирацией. Дефицит может достигать при достаточной увлажненности почвы 5-10%, а при ее сухости – 25%. Корневая система не успевает поставлять влагу, интенсивно расходуемую транспирационным испарением. Нормальный явлением считается полуденный дефицит жидкости, который имеет кратковременный характер и не наносит вреда растению.

Возникновению критического водного дисбаланса препятствует механизм биологического регулирования. В определенный момент растение замедляет транспирационное испарение, восстанавливая равновесие. Такой эффект достигается повышением водоудерживающих свойств тканей и плотным смыканием устьичных щелей. Транспирационная регулировка имеет собственный предел возможностей.

При постоянном сильном дефиците влаги упругость растительных тканей снижается, клеточный тургор заметно уменьшается. Это приводит к увяданию, которое бывает временным и восстанавливаемым либо продолжительным и критическим для жизнедеятельности.

Интенсивность

Ночью стандартная интенсивность транспирации составляет 1-20 г/ч в пересчете на аналогичную площадь испарения.

Продуктивность

Такой показатель отражает объем сухой полезной массы, накопленной растением в течение учетного периода транспирационного процесса, на протяжении которого испарен 1 кг жидкости. Это имеет особое значение для сельскохозяйственных культур, цветов, специально выращиваемых лечебных трав и кустарников. Продуктивность транспирации варьируется в весовом диапазоне 1-8 г. Средний показатель для типичных культурных растений составляет 3 г.

Определение уровня транспирации

В аграрной сфере оперируют понятием транспирационного коэффициента в качестве экономического показателя.

Для измерения таких значений применяют:

Испаренная в процессе транспирации влага изотопным составов существенно отличается от окружающих грунтовых вод. У всех растений это показатель разный. Коэффициент транспирации обычно составляет 200-600. Это вынуждает затрачивать на выращивание 1 кг сухой массы урожая 200-1000 л воды.

Видео о транспирации у растений

Коротко о том, что такое транспирация у растений:

Источник