GOSPODARKA WODNA ROŚLIN

Budowa cząsteczki wody

Przyciąganie ujemnego bieguna jednej
cząsteczki wody przez dodatni biegun
drugiej cząsteczki tworzy wiązania
wodorowe.

Jest to układ dynamiczny – zmiany co 10

-11

sek.

Spolaryzowane cząsteczki
wody wskutek separacji
ładunków

Polarne właściwości wody

■ Duże powinowactwo do jonów (zdysocjowanych) i

substancji obdarzonych ładunkiem

(tworzenie otoczek

wodnych)

■ Duże ciepło właściwe i ciepło parowania

(umożliwia

utrzymanie stałej temperatury organizmu)

■ Duża wytrzymałość słupa wody na rozciąganie

(umożliwia przemieszczanie się wody w ksylemie,
zjawisko adhezji i kohezji)

„Nienormalne” właściwości wody

• Woda podczas topnienia zmniejsza swoją objętość, a

podczas krzepnięcia zwiększa objętość.

• Gęstość wody podczas ogrzewania zwiększa się od

C do 4

C, po czym ponownie zaczyna się

zmniejszać.

• Woda ma małą lepkość w zakresie temperatur 0-35

(cząsteczki wody napotykają względnie

mały opór

podczas przemieszczania się obok siebie).

Funkcje wody

• Środowisko

wielu reakcji chemicznych w komórce

• Funkcja metaboliczna

– bierze udział w wielu reakcjach

chemicznych (jako substrat w fotosyntezie, jako produkt w

oddychaniu)

• Podtrzymuje

turgor komórki

i całej rośliny (wakuola)

• Umożliwia szybki

wzrost elongacyjny

komórek i tkanek

• Funkcja transportowa

– przemieszczanie związków

pokarmowych i mineralnych

• Umożliwia

obniżanie temperatury

rośliny (rola transpiracji)

Jony lub cząsteczki obdarzone

ładunkiem tworzą otoczki wodne

NaCl

Powłoki hydratacyjne (płaszcze) tworzą się także na
powierzchni białek lub polisacharydów (skrobia,
pektyny, hemicelulozy)

Potencjał wody ()

1 POTENCJAŁ WODY W KOMÓRCE

2 



V

MOL

3  potencjał chemiczny wody w

komórce.

4 



- potencjał chemiczny czystej wody

w aktualnych warunkach ciśnienia.

5. V

MOL

– objętość molowa wody.

6 



– w warunkach normalnych = 0

Potencjał wody w komórce i jego

składowe

Potencjał wody

miara zdolności wody do wykonania pracy transportu (do ruchu)

w danym układzie w porównaniu do zdolności pracy czystej wody.

Wysoka aktywność

molekularna cząsteczek wody

Niska aktywność

molekularna cząsteczek wody

Ruch wody zawsze od wyższego do niższego potencjału
chemicznego

Osmoza

Potencjał wody

(

) jest wyrazem

swobodnej energii cząsteczek wody.
Jest miarą siły motorycznej ruchu wody
w każdym środowisku (w glebie,
roślinie, w atmosferze)

– jest uzależniony od wszystkich

czynników modyfikujących swobodna
energie cząsteczek wody (od ciśnienia,
temperatury, od stężenia roztworu).

Potencjał osmotyczny

(

) – jest składowa

potencjału wody w danym środowisku,
zdeterminowaną stężeniem roztworu.

Osmoza

jest to szczególny przypadek dyfuzji wody przez błony

półprzepuszczalne, czyli ruch wody zgodnie z kierunkiem
malejącego gradientu potencjału chemicznego cząsteczek
wody

Czynniki wpływające na zmiany

potencjału wody

WZROST

( Ψ )

SPADEK

( Ψ )

WZROST – turgoru

( Ψ

)

SPADEK – turgoru

( Ψ

)

WZROST - temperatury

SPADEK - temperatury

SPADEK – stężenia

roztworu

( Ψ

)

WZROST– stężenia

roztworu

( Ψ

)

SPADEK – sił imbibicji

( Ψ

)

WZROST – sił imbibicji

( Ψ

)

Model kanału wodnego - akwaporyny

Przepływu wody przez kanał jest kontrolowany przez motyw NPA

na zasadzie bramkowanie, decyduje układ 3 aminokwasów

Asparagina-Prolina-Alanina.

Fosforylacja bezpośrednio aktywuje przewodnictwo hydrauliczne kanału.

Gospodarka wodna w roślinie 2.

• 1. Drogi przemieszczania się wody w roślinie

• 2. Pobieranie i transport wody

– transport bliski

– transport daleki

– udział kanałów wodnych (akwaporyn)

• 3. Czynniki transpiracji

• 4. Mechanizm ruchów aparatów szparkowych

– fotoaktywne otwieranie szparek

– udział jonów K

– udział ABA

• 5. Regulacja ruchów szparek

Transport wody w roślinie

Przepływ wody w układzie

gleba – roślina - atmosfera

jest wymuszony gradientem
potencjału wody:

gleba -0,3 MPa

   ksylem korzenia  -0,6 MPa
   ksylem liścia  -0,8 MPa
   międzykomórkowe przestrzenie

liścia -7,0

MPa
atmosfera -100,0 MPa

Pobieranie i transport wody w
roślinie:

korzeń

– transport bliski

(osmoza)

łodyga – transport daleki (przez

ksylem)

liść

– transport bliski (dyfuzja) -

transpiracja

Pobieranie wody przez różne części

korzenia

Adsorpcja wody przez korzeń zachodzi głównie w

strefie

włośnikowej

, gdzie komórki skórki mają cienkie ściany i liczne

włośniki.

Uszkodzenia tej części korzeni podczas przesadzania roślin

powoduje ich przejściowy zły stan fizjologiczny

Transport wody w roślinie

■

przez symplast (protoplasty + plasmodesmy)

■

przez

apoplast

(ściany komórkowe + przestwory

międzykomórkowe

■ transcelularny (protoplasty + akwaporyny)

Kawitacja

to krzyk więdnącej rośliny

• Przeżycie rośliny mimo zjawiska kawitacji

tłumaczy teoria, która zakłada, że ksylem
to system rurek zatopionych w wodzie i
połączonych mikroporami, z których nie
można usunąć wody.

• Kwiaty cięte więdną z powodu zjawiska

kawitacji

Pobieranie wody przez roślinę

• Bierne

–

motorem jest liść

tj. transpiracja

(osmotyczne, różnica potencjałów wody
pomiędzy liściem a atmosferą)

• Czynne

–

motorem jest korzeń

(brak

transpiracji, zanika różnica potencjałów
wody), zakłada

udział ATP

parcie

korzeniowe.

Transpiracja – bierny transport wody w

roślinie

Transpiracja jest uwarunkowana od:

• obecności wody w glebie (stres suszy obniża transpirację)

• czynników atmosferycznych (niskiego potencjału wody w

atmosferze)

• czynników endogennych - obecności aparatów szparkowych

(liczebności, rozwarcia)

STRES SUSZY

A) komórki epidermy. B)
komórka szparkowa. C)
komórka mezofilu.

Fotosyntetycznie czynna
radiacja

(phot. light) obniża

stężenie CO

w liściu co

powoduje dezaktywację
kanałów anionowych w
komórkach szparkowych.

Światło niebieskie

aktywuje

receptory

plazmolemy co zwiększa
aktywność H

-ATPazy. Obie

drogi prowadzą do
hyperpolaryzacji błony
komórkowej komórek
szparkowych i otwarcia

wpustowych kanałów

, co

prowadzi do wzrostu turgoru i

otwarcia aparatów
szparkowych.

ABA

indukuje zwiększony

wypływ

i K

z komórki

szparkowej, co prowadzi do

zamknięcia szparki

Mechanizm regulacji ruchów

aparatów szparkowych.

Mechanizm ruchów aparatów szparkowych

OTWIERANIE aparatów szparkowych

• aktywacja pompy protonowej (ATP-azy) zlokalizowanej

w plazmalemie

wyrzut protonów H

do apoplastu, zakwaszenie apoplastu,

hyperpolaryzacja błony

• aktywacja wpustowych kanałów jonowych dla jonów K

napływ

jonów K

• napływ również jonów Cl

• transport do wewnątrz sacharozy

• ATP-aza zlokalizowana

w tonoplaście

pompuje protony do wakuoli

• PPi-aza (pirofosfataza) również transportuje jony H

do wakuoli

• transport jonów K

do wakuoli

• transport jonów Cl

do wakuoli

pobranie wody ---- zwiększenie turgoru ---- zwiększenie objętości

-----OTWARCIE aparatu szparkowego

ZAMYKANIE aparatów szparkowych

• odpływ jonów K

• zahamowanie ATP-azy

• ABA indukuje szlak transdukcji sygnałów związanych z IP3

• w cytoplazmie wzrasta stężenie jonów Ca

• odpływ wody ---- spadek turgoru ------ ZAMKNIĘCIE aparatu

szparkowego

Udział ABA w zamykaniu aparatów

szparkowych

Stres suszy

powoduje 50-krotny

wzrost stężenia ABA

w ciągu 4-8 godzin

brak wody

+ woda

Mechanizm zamykania aparatów

szparkowych

(synteza ABA de novo)

Annual Review of Plant Biology, 2005, Vol. 56 Issue 1,
p165-185

Wizualizacja ekspresji białka
AAO3 (katalizującego ostatni
etap szlaku biosyntezy ABA)
w komórkach szparkowych
liści poddanych stresowi
suszy

W zamknięciu aparatu
szparkowego bierze
udział ABA:

■ syntetyzowany de novo

w
     liściach
   ■ transportowany z

korzeni

Mechanizm zamykania aparatów

szparkowych

(udział RFT)

A - kontrola

B-F – wizualizacja powstawania
H

w wyniku podania ABA (1-

5 min).

+ABA

Udział

hormonów w regulacji ruchów

szparek

• ABA

– stymuluje zamykanie aparatów szparkowych

(blokuje aktywność pompy protonowej, blokada
wpustowych kanałów potasowych)

• IAA

– stymuluje otwieranie aparatów szparkowych

(indukuje aktywność pompy protonowej, otwarcie
wpustowych kanałów potasowych)

• CK

– nośnik informacji o dostępności wody w podłożu

(synteza w korzeniu, transport do liści)

Parcie korzeniowe =

aktywny transport

wody w ksylemie

• W przeciętych naczyniach, z których wydziela się sok

płaczu ciśnienie wynosi około 0,05 - 0,5 MPa

• Jest to związane z transportem jonów (lub innych

substancji osmotycznie czynnych) z komórek

parenchymatycznych do naczyń ksylemu

• Obniża się 

soku ksylemu (bo obniża się 

), podwyższa

się 

w komórce, z której pochodziły jony

• Powstała różnica 

pozwala na przepływ wody zgodny z

gradientem potencjałów

• Energia jest potrzebna do transportu jonów, a nie wody.

Kiedy można obserwować zjawisko gutacji?

• Dostępność wody w glebie wysoka

• Transpiracja ograniczona

• Zjawisko częste dla roślin klimatu wilgotnego

• Dotyczy głównie młodych roślin

charakteryzujących się wysoką aktywnością

metaboliczną

• W klimacie umiarkowanym w lecie w pogodne

rześkie poranki i zimne wieczory (gdy spada

temperatura a powietrze jest bardzo wilgotne)

Gutacja- płacz roślin

Rośliny klimatu umiarkowanego
wykazujące gutację: szczawik
zajęczy, orlik, przywrotnik
pasterski, mak, pokrzywa,
nasturcja, fasola, kapusta,
truskawka.

Rośliny doniczkowe - najbardziej znane
„płaczki”: difenbachia, filodendron,
aglonema, kolokazja, scindapsus. Kolokazja
może mieć 50 hydatod na 1 cm

powierzchni

liścia i wydzielać w ciągu minuty 200 kropli
wody

truskawka

skalnica

kolokazja

Document Outline