Транспорт веществ в растении

Корни растения поглощают воду и минеральные вещества, но, находясь под землей, т. е. в темноте, они не могут полностью обеспечить себя всем необходимым. Корни снабжают растение водой и минеральными веществами,



а листья в свою очередь обеспечивают корни продуктами фотосинтеза.

Такое «разделение труда» возможно благодаря наличию у растений проводящей ткани транспортной системы, соединяющей различные части растения и обеспечивающей перенос различных веществ от одних его частей к другим.
Два типа проводящей ткани растения - ксилема и флоэма-расположены обычно очень близко друг к другу. Так, древесина дерева представляет собой ксилему, а его флоэма расположена непосредственно под корой; если снять с дерева кору, то примыкающая к ней флоэма также отделяется от древесины. В 1679 г. итальянский ученый Марчелло Мальпиги (Marcello Malpighi) поставил эксперимент, продемонстрировавший функции этих двух тканей. Мальпиги удалял с дерева кольцо коры (эта процедура носит название кольцевания) и таким образом, нарушая непрерывность флоэмы, оставлял нетронутой ксилему. После этой процедуры над оголейным участком наблюдалось разрастание коры, из которого выделялась жидкость, сладкая на вкус (теперь мы знаем, что она содержит сахар). В течение многих дней листья казалось бы, не испытывали никакого неблагоприятного воздействия. Однако постепенно они начинали увядать и отмирать, а вскоре погибало и все дерево (рис. 18.13).
Из этих наблюдений Мальпиги сделал вывод, что по флоэме к корням транспортируются питательные вещества, такие, как сахар, который содержится в эксудате из коры. (Теперь мы знаем, что по флоэме питательные вещества из листьев или запасающих тканей транспортируются также к верхушке растения - к растущим листьям, стеблям, цветкам или плодам.) Отрезанные от источника поступления питательных веществ корни используют собственные запасы этих веществ, а затем гибнут. Из того факта, что листья некоторое время могут нормально функционировать, Мальпиги заключил, что по ксилеме в них поступает вода. Это подтверждалось и тем, что отделенные от растения листья, если их не помещали в воду, увядали в течение нескольких часов.
По ксилеме транспортируется вода с растворенными в ней минеральными веществами; этот раствор носит название ксилемного сока. Но как может такой раствор подниматься от корней к листьям при том, что высота некоторых




деревьев достигает почти 100 м? Это ставило в тупик, особенно в свете наблюдений Мальпиги и других микроскопистов, обнаруживших, что ксилема состоит из множества тоненьких мертвых и пустых трубок, тянущихся от одного конца дерева к другому (рис. 18.14).
Как ксилемный сок может преодолевать такой длинный путь? У некоторых растений ксилемный сок поднимается вверх под действием корневого давления. Это можно продемонстрировать, срезав растение и надев на пенек стеклянную трубку (рис. 18.15); ксилемный сок поднимается по этой трубке иногда на высоту 30 см и более. Для этого корням необходимо хорошее снабжение кислородом, поскольку активный транспорт минеральных веществ вверх по стеблю требует затрат энергии, а вместе с транспортируемыми веществами в силу осмоса быстро поступает в ксилему и вода. Чем больше воды поступает снизу, тем на большую высоту поднимается ксилемный сок (рис. 18.16).
Однако не все растения способны развивать корневое давление, а кроме того, многие растения достигают гораздо большей высоты, чем та, на которую может подняться ксилемный сок под действием этого давления.

Рассмотрим другой механизм, позволяющий соку подниматься к верхушкам высоких деревьев.
В 1724 г. английский священник Стефан Хейлз (Stephen Hales) показал, что ксилемный сок может подниматься вверх по растению благодаря процессу транспирации, т. е. испарению воды с поверхности листьев. Хейлз срезал с дерева ветки с примерно одинаковым числом листьев, удалял с каждой из них разное число листьев и помещал ветки в сосуды с измеренным объемом воды. Оказалось, что ветки с листьями поглощали гораздо больше воды, чем ветки без листьев. Более того, количество поглощенной воды было примерно пропорционально общей площади листовой поверхности на каждой ветке



(рис. 18.17). Хейлз сделал вывод, что ксилемный сок перемещается вверх по растению именно в результате активной деятельности листьев.
В другом эксперименте предприимчивый Хейлз выкопал рядом с деревом груши глубокую яму, обнажив один из его корней. Он присоединял к корню трубку с водой, опущенную в сосуд с ртутью, и измерял сосущую силу корня (рис. 18.18). В солнечные сухие дни корень поглощал воду более активно, чем в облачные или пасмурные, а ночью сосущая сила ослабевала. Именно таких результатов следовало ожидать, если движущей силой, поднимающей воду вверх по дереву, служит испарение воды с поверхности листьев.
Современные исследования строения растений и свойств воды позволили установить последовательность событий, в результате которых происходит движение ксилемного сока вверх (рис. 18.19). Многие свойства воды обусловлены когезией и адгезией. Процесс транспирации начинается с испарения воды со стенок клеток листьев сначала в воздушные полости, находящиеся внутри листа, а затем через устьица листа в окружающую атмосферу. Потеря воды в результате ее испарения из листьев создает дефицит воды в клеточных стенках, но этот дефицит быстро ликвидируется за счет притока воды от стенок соседних клеток. Эти клетки в свою очередь получают



воду от соседних клеток и т. д. Вода благодаря своей капиллярности движется между целлюлозными волокнами через пористые клеточные стенки (см. разд. 9.5). В конечном итоге вода, испарившаяся из клеток листа, возмещается за счет воды, поступающей от самого кончика одной из жилок листа, т. е. из клетки ксилемы. Так как между молекулами воды существует сильное взаимное притяжение (когезия), они как бы образуют единое целое. Испарение воды у вершины водяного столба, заполняющего ксилему, тянет за собой весь этот водяной столб, как если бы мы потянули за кончик каната, проходящего через все растение до самых корней и уходящего в почву. При этом вся вода в ксилеме немножко подтягивается вверх, и процесс этот продолжается непрерывно.
Поскольку весь этот процесс запускает транспирация, а когезия между мо-




лекулами воды обеспечивает его непрерывность, можно сказать, что механизм ксилемного транспорта обусловлен сочетанием присасывающего действия транспирации с когезией между молекулами воды.

Еще по теме Транспорт веществ в растении:

1. Поступление веществ в растение
2. Железнодорожный транспорт вытеснил лошадей-почтальонов…
3. 7.2. ПРАВИЛА ПЕРЕВОЗКИ ЖИВОТНЫХ РАЗНЫМИ ВИДАМИ ТРАНСПОРТА
4. 7.4. ПРАВИЛА ТРАНСПОРТИРОВКИ ПРОДУКТОВ И СЫРЬЯ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ РАЗНЫМИ ВИДАМИ ТРАНСПОРТА
5. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВЫ
6. Передвижение веществ и их обмен
7.    Болезни обмена веществ
8. ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВАЖИВОГО ВЕЩЕСТВА И БИОМАССЫ
9. Влияние химических веществ. 
10. Прозрачность вещества
11. РОЛЬ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА