DLACZEGO ROŚLNIY SĄ CHŁODNE ?
Ros tracą duże ilości ciepła. Jeśli temp liścia jest wyższa od temp otoczenia, to ruchy powietrza obniżają ją w wyniku konwekcji. Ciepłe powietrze jest rzadsze od zimnego i unisi się. Powietrze ogrzane ciepłem promieniującym z powierzchni liści szybko isę przemieszcza. Wznosząc się w górę ochładza się ponownie, gęstnieje i opada.. Parowanie z liści obniża temp roś i ochładzają ją. Chłodzenie poprzez parowanie zachodzi nawet wtedy, gdy temp liści jest niższa od temp otoczenia. To czy konwekcja czy parowanie ma wieksze znaczenie dla ros zelży od środowiska. Jeśli wody jest pod dostatkiem, parwanie jest wspaniałym rozwiązaniem nie przynoszącym szkody roś - może ona tak oddawać duże ilości ciepła. Jeśli wody brakuje, roś potrafi magazynować nawet jej najmniejsze ilości. Parowanie z powierzchni gatunków pustynnych jest małe. Główna metodą usuwania ciepła są tu konwekcje.
Tkanki ros pustynnych, grube i mięsiste przeznaczone SA do magazynowania i stanowia dobry przykład cyrkulacji powietrza. Gatunki pustynne tracą ciepło możlwie wtedy gdy ich temp przekracza temp otoczenia. Wiele roś rozwiązanie problemu utraty nadmiaru ciepła słonecznego uzależniło od zdolności wyparowania wody z powierzchni liści. Są zatem dobrze przystosowane do szybkiego pobierania Wdy z gelby, transportowania jej i wydajnego wyparowywania do atmosfery.
Roś potrzbuja wody do utrzymania dobrej kondycji. Wykorzystuja ja bezpośrednio w procesie fotosyntezy. Dzieki wodzie komórki uzyskuja sztywność. Nie chodzi tylko o zachwanie sztywności roś i zapobieganie jej więdnięciu, ale o utrzymanie wydajnego funkcjonowania komórek. Ros pobieraja wodę, przemieszczaja ja w obrebie tkanek i wydalają na zew. Potrafia także ja zatrzymywać., pewną ilość mogą magazynować.
Roś z kilm umiar traci równoważnik 100masy swego ciała, wyparowując wodę. W rejonach tropikalnych na goracych pustyniach roś gromadza wodę i tracą jej mniej.
Dysponuja wydajnymi metodami pobierania wody z otoczenia, z gleby za pomoca korzeni, pewne gat korzystaja bezpośrednio z wody zawartej w powietrzu Np. w lasach trop jest wilgotno i korzenie powietrzne wyrastające z liści służą do pobierania wody z atmosf.
Korzenie znajdują się głównie pod ziemią i trudno je obserwować. Tempo wzrostu sys korzeniowego jest ogromne w porównaniu ze wrostem części nadziemnej co jest powodem słabego wzrostu swieżo posadzonej roś. Zaczyna ona rosnąć dopiero dobrze wtedy gdy umocni się w nowym miejscu. Podczas przesadzania wiele włośników zostaje oberwanych, a przez nie wnika aż 2/3 ilości wody pobieranej przez korzenie. Po przesadzeniu muszą wyrosnąć nowe by korzenie mogly znowu dobrze pełnić swą funkcje.
W czasie sezony wegetacyjnego korzenie stale się wydłużają w poszukiwaniu wody. Po wniknięciu do korzeni woda dociera do wszystkich części rośliny, zwłaszcza do liści z których wydostaje się do atmosfery.
Jak drzewo przenosi wode na tak wielkie wysokości wbrew sile ciężkości?
HALES Stephen uważany za ojca fizjologi roś badał podnoszenie się wody w roś ważąc roś przed, w trakcie i po różnych zabiegach. ROs przenoszą wode na dwa różne sposoby. By tak się stał jest potrzebana jakaś siła do przeniesienia wody, trzeba też uwzględnić prędkość przepływu i objętość przenoszonej wody. U drzew o twardym drewnie woda przenosi się w tempie 50 m/h. Wyrośniety klon na otwartej przestrzeni może tracić ponad 200l wody na godz. Przepływ wody odbywa się w zdrewniałych tk. Martwe kom drewna działaja jak drobniutkie rurki przez które woda jest rozprowadzana z korzeni do najdalszych gałęzi i liści. Te rurki tworzą sys b waskich ale otwartych kanałó biegnących wzdłuż całej roś przez wszystkie tk. W korzeniach roś działa popma wytwarzająca ciś wypychające sok w górę łodygi jest to parcie korzeniowe.
HALES badał szczegółowo zjawisko parcia korzeniowego. Czasami w korzeniach roś wzrasta ciś spowodowane ich zdolnością do szybkiego pobierani wody z gl i sugerował że powoduje ono unoszenie się soku w łodydze. Zdolność roś opiera się an osmozie. Zachodzi dzieki temu że każda żywą kom otacza delikatna bł ko. Pomomo swej delikatności ma ogromne znaczenie. Oddziela zawartość każdej żwyej kom od jej otoczenia, reguluje nieprzerwaną wymioana sub między kom a jej środ. Tylko woda może przekraczać swobodnie ta bariere w obu kierunkach. Bł kokm utrzymuje wew żywej kom stężony roztwór soli min i innych rozpuszczalnych zw i pozwala jedynie na jej bardzo powolne przemieszczanie się na zew. Roztwór ten przyciąga wodę z otoczenia. Osmoza to przemieszczanie się wody przez selektywną przeszkodę w kierunku mocnego roztworu soli i innych sub. W wyniku gromadzenia się wody w żywej kom powstaje ciś. Rosnące ciś spowodowane pobieraniem wody z gl wykorzystywane jest do tloczenia wody w gore lodygi i do liści np. agawa amerykańska -wódka pulque, syrop klonowy. U wielu gat pompa korzeniowa jest b słaba u innych dzaiła okrsowo w ciągu roku.
HALES podejrzewał że samo parcie korzeniowe nie wyjaśnia całkowicie przemieszczania się wody.
STRASBURGER Edward ściął tuz przy ziemi 20metrowy dąb,a koniec pnia zanurzył w wannie z kw pikrynowym. Po kilku dniach kwas zastępił wodą z dodatiem czerwonej farby. Liście zabarwiły się na czerwono. W ten sposób STRASBURGER zdobył niezbity dowód że przemieszcanie się wody do liści nawet najwyższych roś odbywa się bez udział mechanizmu żywej pompy, udowodnił że nawet martwa tk może pełnić rolę kanału.
Wyjaśnienie istoty szybkiego przewodzenia wodyna znaczne odległości daje transpiracja wody z liści. Zjawisko to zależy od właściwości kohezyjnych wody. Kohezja jest miara siły wiązań chemicznych utrzymujących razem atomy lub cząsteczki. Kohazja nawet w cienkim słupie roślinnego soku pozwala mu zachować ciągłość, mimo działania sił zasysających płyn. Siła kohezji jest więc wystarczająca do podniesienia soku do najdalszych pędów najwyższych drzew.
Jak się tworzy siła ssąca?
Tworzy ją powstające w górnej części roś ciśnienie ujemne, a nie oddtanie cisnienie w korzeniach. Podczas transpiracji ubytek wody powoduje nieskie ciśnienie wody w liściu. Uzupełnienie go przez proste zasanie wody z łodygi i korzeni, wzdłuż kanalików w ksylemie łączacyhc liście z korzeniami i za ich pośrednictwem z wodą w glebie. Powstaje duże cisnienie. Wysokie podcisnienie w kanalikach ksylemu stwarza problemy. Głównie to woda znajdująca się w stanie naprężenia jest niestabilna. W ciągu dnia tempo przepływu wody zwieksza się w odpowiedzi na zapotrzebowanie roś, wzrasta także naprężenie słupów wody. Ten wzrost powoduje tworzenie się pęcherzyków powietrza w rurkach przewodzących płyn do liści. Przerywają one ciągłość słupa wody i wstrzymują jej transport. W nocy gdy transpiracja jest słabsza, naprężenie w naczyniach zmniejsza się na tyle, że pęcherzyki gazu rozpuszcaja się i ciągłość słupów wody zostaje przywrócona.
Parowanie wody z powierzchni liści powoduje zassanie jej z gleby przez korzenie.
Rośliny muszą pobierć z powietrza gazy potrzebne im do oddychania (tlen) i do fotosyntezy (CO2). Podczas wnikania ich do liścia uchodzi para wodna.
Co się dziej gdy roś brakuej wody? Jak spowalnia ten proces, jak ogranicza?
Roś osiągają kompromis, równoważąc te potrzeby. Po pierwsze nazdiemna częś roś pokrywa cieńka warstwa wosku, nieprzepuszczalnego dla gazów i wody. Jest to kutykula, która skutecznie ogranicza ubytki owdy, chroniąc ja przed odwodnieniem, a także przed atakiem owadów i innych wrogów. Sczelna osłona chroniąca przed utrata wody hamowałaby także pobór telnu i CO2. SZPARKI Dlatego na dolnej stronie liści znajdują się szparki składające się z dwóch komórek szparkowych. Dzieki specjalnej budowei komórki przszparkowe odsuwają się od siebie kiedy wypełnione SA do granic swych możliwości. Przez powstającą między nimi luką wymieniane są gazy i para wodna miedzy wnętrzem liścia i otoczeniem. Kiedy komórki szparkowe tracą wodę zbliżaja się do siebie i szparka się zamyka. WYmaina gazowa z atmosferą zostaje przerwana. Zdolność zamykania i otwierania szparek pozwala kontrolować ubytki wody. W nocy gdy ustaje fotosynteza i zapotrzebowanie na CO2 w liściu, szparki pozostaja niemal całowicie zamknięte. Zapobiega to niepotrzebnym stratom wody i parowanie nie jest potrzebne do chłodzenia. We wczesnych godz słonecznego dnia zapotrzebowanie na CO2 do fotosyn wew liścia jest duże i szeroko otwarte szparki pozwalją na swobbodną wymianę gazów. Straty pary wodnej sa wtdy bardzo buże, ale jeśli owdy nie barkuje, wymiana jej na pokarm jest dla roś korzystna.
FOTOSYNTEZA
Rośłiny z wydatną pomocą en słonecznej powstają z CO2 wody i skł min. Dzięki fotosyn roś są niewyczerpanym źrodłem cukrów, skrobi i celulozy
W jaki spoób roś wykorzystują en świetlną i zamieniją ją na cukry?
Wszystkei zywe orgkorzystają z zewnętrznego źróśła en lub paliwa. Produktem ubocznym spalania paliwa jest zawsze ciepło. 90% en zmienia ise na ciepło.
LAVOISIER Antonie jest autorem wuyjasnien procesu wykorzystania paliwa jako źródła en. Uważał że zwierzęta zawierają paliwo, które spalane podczas oddychania uwalnia energie. Pokarmy zawierające sacharozę lub skrobię to często wykorzystywane paliwa. Celuloza jest najmniej powszechnie wykorzystywanym paliwem, bo nie podlega trawieniu w przewodzie pokarmowym człowieka i wieszkości zwierząt. Sacharoza, skrobia, celuloza - powstaja w czasie fotosy. W organizmach wykorzystujących je jako paliwo początkowo rozkładane SA do glukozy. Skrobia i celuloza zbudowane są z wielu cząsteczek glukozy. Gdy ich długie łańcuchy pekają uwalniają się gotowe cząsteczki glukozy. Niezależnie od tego, czy paliwem jest sacharoza, skrobia czy celuloza wspólnym mianownikiem jest glukoza. Skrobia podstawowe paliwo - pszenicy, ryzu, kuk. W postaci skrobi zapasy paliwa magazynowane SA w bulwach, cebulach, kłączach, korzeniach. Celuloza natomiast wystepuje we wszystkich częściach ros zielonych. Węglowodany są wspaniałym paliwem, doskonałym źródłem en, a roś wytwarzaja ich pod dostatkiem. Glukoza jest najpowszechniej wykorzystywanym paliwem wśród węglowodanów. To własnie glukoza spalana w obecności atmosferycznego tlenu podczas oddychania daje CO2, wodę i wielka ilośc en. Z sacharozy, skrobi i celulozy tworzy się glukoza, która nastepnie spalana w procesie oddychania uwalnia niezwykle duzo en
Jak przebiega proces w przeciwnym kierunku?
Tworzenie glukozy z CO2 i wody pochłania dokładnie tyle energii ile wydziela się podczas spalania węglow w trakcie oddychania. Produkty ubocze oddychania, CO2 i woda SA bardzo stabilnymi, mało aktywnymi związkami chemicznymi
Jak się dzieje że powstaje glukoza?
Konieczna jest duża ilość en dzięki której CO2 i woda połączą się w cząsteczkę glukozy i uwolni się tlen Wiązania chemiczne utrzymujące atomy wodoru i tlenu
Są mocne i mogą zostać rozerwane tylko przez użycie duzej siły. Mimo ze roś produkuja glukozę z CO2 i wody to z glukozy wytwarzają niekończące się zapasy sacharozy, skrobi, celulozy.
LAVIOSIER badał oddychanie i stwierdził ze roś potrzebuja en i potrzebują i zdobywają pokarm jak zwierzęta. VAN HELMONT obserwował imierzył wzrost wierzby. Zawżył drzewo na początku i pod koniec 5letniego okresu i stwierdził że zyskało na wadze 75 kg. W tym samym okresie ziemia w pojemniku, w którym hodował wierzbę stała się lżejsza jedynie o kilka gramów. Wnioski narzuciły się takie że drzewo nie pochodziło w całości z podłoża w którym było uprawiane. HELMONT zrobił błąd myśląc że jeśli nie z gleby to pochodzi z wody którą podlweał drzewo i dzięki temu zyskała na masy. Błędnie sądził że pochodzi głównie z wody. Dziwił się że sama gleba miałą tak niewielki udział w zyksniu masy
PRIESTLEY Joseph fasynował go fakt że spalanie w pewien sposób „uszkadza” powietrze. W naczyniu wypełnionym powietrzem zapalał świecę,płomień szybko gasł. Mysz wpuszczona następnie do tego pojemnika zdychała, bo pwoietrze było w nim „uszkodzone” przez palącą się świece. Odkrył ze gałązka mięty włożona do szczelnie zamkniętego naczynia z zapsutym powietrzem po pewnym czasie odświeżałą. Wywynioskowłą że roślinoość odtwarza powietrze oczyszczając je i w ten sposób usówa uszkodzenie. Nie wiedział że ta odświeżająca moc mięty zlaezy od obecności światła. Doświadczenia przeprowadzał w szklanych naczyniach by widzieć co się dzieje w srodku.
INGENHOUSZOWI przypadło odkrycie roli światła. Udowodnił żę roślinność oczyszca powietrze tylko w słońcu i ze tylko zielone części roś posiadają tą moc naprawczą. Stwierdził że roś przyswajają węgiel z CO2. Tu pierwsza wskazówka że świtało i CO2 łączą się w jakiś sposób prowadzący do uwolnienia tlenu, a własnie tlen odnawia uszkodzone powietrze. Poiwtrez jest źródłem węgla niezbędego w odżywianiu rośliny.
DE SAUSSURE udowodnił że na świetle roś uwalnia dokładnie tyle tlenu ile pobiera CO2. Wykazał także że przyrost masy roś jest większy nize wynikałoby to z ilości pobieranego węgla w formie CO2. Udowodnił ż eposzostały wkład musiał pochodzić z wody.
Van Helmont dobzr sądził że woda jest niezbędna do przyrostu suchej masy, ale by mogła być prdukowana z czegoś niematerialnego jak powietrze musi być jeszcze światło.
Gdy to już istalono całą uwagę zwrócona na badania fotosyntezy.
Najważniejszyk barwnikeim jest chlorofil absorbujący niebieskie i czerwone świtało. Światło niezaabsorbowane, odbite od powierzchni liścia lub przenikające przez niego, zabarwia ten pigment na charakterystyczny dal naszych oczu zielony. Pozsotałe pigmenty absorbują błękitno-fioletowe św więc widzimy je jako żółte, pomarańczowe lub czerwone.
Absorbcja światła przez barwniki powoduje wybicie elektronów z jego cząsteczki. Elektrony te tworzą w kom liścia b słaby prąd elektryczny. W ten sposób roślina wykorzystuje en pochodzącą ze światła do zasilania reakcji chem. Ostatecznym wynikiem jest rozpad cząsteczki wody na wodór i tlen, a następnie przeniesienie wodoru do cząsteczek CO2. W wyniku tych reakcji liście uwalniają do atmosfery tlen pochodzący z wody a z CO2 i wodoru powstaje glukoza.
Roś otrzymuje w ciągu dnia dość en by wytworzyć znacznie więcej glukozy niż wynoszą ją bieżące potrzeby. Z nadwyżek glukozy powstają zapasowe ęglowodany pełniące fun strukturalną. Zapotrzebowanie na pkarm, zapasy paliwa, elementy struktury pochodzą z glukozy wytwarzanej podzcas fotosyntezy.
Liście są płaskie i cieńki dzięki czemu zyskują maksymalną powierzchnię przy minimalnej objętości - zwiększając obszar który efektowenie pochłania światło i CO2 z otoczenia. Wnętrze liścia tez jest specjalnie przystosowane do przysfajania światłą. Pod górną powierzchnią liścia znajdują się ciasno ułożone komórki tworzące mięksiz palisadowy. Wąski przestrzenie miękiszu palisadowego dzaiłąją niczym światłowody. Ponizej tej warstwy znajduje się miękisz gąbczasty z luźno ułożonymi kom. Taki układ zwiększa efekt odbijania i rozpraszania światłą. Światło przechodzące między komórkami miękiszu palisadowego odbija się od powierzchni gąbczastej tkanki i rozprasza we wszystkich kierunkach. Moza to zaobserwować , gdyż dolna strona liści niż górna. Kontrastujące ułożenie komórek w warstwie palisadowej i gąbczastej - pierwsza przepuszczająca część światła i druga wychwytująca światło - pozwala liściowi zatrzymać i wykorzystać w fotosyn jak największą ilość docierającegodo niego światła..
Ważne jest wychwytywanie CO2 z powietrza i pzrnoszenie go do miejsc gdzie odbywa się fotosyn. CO2 wnika do roś przez szparki. Następnie gaz ten dociera do komórek warstwy gąbczastej i palisadwoej liscia w których przrbiega fotosyntaza. W pierwszej fazie u roś dzaiła pompa która zwiększa wydajność zasysania atmosferycznego CO2.. Jets to pompa natury chemicznej. Sposoby na bardzo efektywne wiązanie CO2, a drugiej fazie następuje uwalnianie go wewnątrz liścia
Roś takie jak trzcina cukrowa, kukurydza pochodza z tropikalnych obszarów trawiastych. Są to środowiska gdzie występują długie okresy gorącej, suchej pogody. Podczas przedłużającego się upału i suszy szparki są wtedy całkowicie albo częściowo zamknięte przez większość dnia by chronić wodę. Wtedy mozłwiość pobierania CO2 przez szparki na długo jest ograniczona. Wzrost byłby osłabiony gdyby CO2 nie docierał do liści. Te roś wykształciły bardzo wydajny sposób zasysania CO2 mimo częściowo zamkniętych szparek, a następnie dostarcza stężonego CO2 do miejsc przbiegu fotosyn. Pozwoliło to roś rosnąć w warunkach wysokije temp i ograniczonego dostępu wody. Korzyścią jest zmiejszenie strat wody dzięki częściowo zamkniętym szparkom.
U kaktusów gdzie brakuje wody w środowiski szparki pozostają zamknięte cały dzień. Wiele gat pustynnych redukuje straty wody otwierając szparki wyłącznie w nocy. Szparki są zamkniete w ciągu dnia,a fotosynteza może przebiegać na świetle. Dzieje się tak gdyż w nocy otwierają szparki i pobierają CO2 który magazynują. W ciągu następnego dnia przy zamkniętych szparkach powoli uwalniają gaz do miejs w których jest potrzebny.
Więgiel i CO2 są zamkniete w dwóch nabardziej stabilnych, nieraktywnych subtancjach - CO2 i wodzie. Pod tym względem rośliny odgrywają kluczową rolę. Sa zdolne do pochłaniania światła i zmieniania go w en chem, zużywa tę en wytwarzając weglowodany. Jednocześnie jest uwalniany tlen, skałdnik w końcowym spalaniu pokarmu, dzieki czemu potrzby energetyczne wszystkich wierząt mogą być zaspokojone.
ODDYCHANIE BEZ PŁUC
Wiemy ze en jest niezbędna przez 24 godz na dobę. Sama en świetlna nie zaspokaja nieustannego na nią zapotrzebowania. Wiedzę o oddychaniu zapoczatkował wiek XVII odkryciem że nasiona by zaczęły keiłkować należy wystaić na powietrze. W latach 70 tego wieku wiedziano że naisona pobierają tlen i uwalniają CO2 co udowodnił Lavisier, Priestley i ch następcy. Pod koniec XVIII Ingenheusz wykazał że wsyztskie zywe roś wydzielają CO2 w ciemności, a niezielone też na świetle. Wyjaśnienie tego dokonał de SAUSSURE który zapoczątkował szczegółowe badania oddychania. Udowodnił że wszytskei części roś wymieniając teln i CO2 z otaczającym je powietrzem. Zmierzył wszystkie rożnice w pobieraniu i uwalnianiu każdego z tych gazó na świetle i ciemnoości.. Wiele roś nie uwalnia CO2 w ciągu dnia bo gaz wytowrzony podaczas oddychania na świetle zostaje natychmaist zużyty w trakcie fotosyn. Tlen powstający w trakcie fotosyn od razu wykorzystywany jest przez oddychające liści. Wiadomo ze CO2 może pochodzić też z FOTOODYCHANIA, ale nie dostarcza en, ale powoduje ponowne uwolninie CO2 związanego w fotosny, zanim zostanie on zużyty do syntezy węglowodanów.
Głównym źródłem materiału do spalania są węglowodany.
Dlazego oddychanie jest tak złożonym procesem?
Wystarczy podpalić glukozę to spali się całkiem szybko, oddając niemal całą swą en w postaci ciepła. Głównym celem oddychania jest uwięzienie jak nawiększej ilości en wydzielanej podczas spalania węglow i tłuszczów w formie przydatnej dla org. Związki o wikszych cząsteczkach są rozkłądane do zw o mniejszych cząst, CO2 i wody. W procesie tym pewna część uwolnionej en (ok. 40%) zaostajke zatrzymana w formie którą org wykorzystuje gdy tylko potrzebuje en. Największe zapotrzebowanie na en pochodzi z miejsc intensywnego wzrostu i rejonów powstawania kwiató, owocó i nasion. Pozstała część en ok. 60% uwalniana jest do środowiska w postaci ciepła.
Główny szlak oddechowy skłąda się z dwóch części. Pierwszy to częściowy rozkłąd glukozy w trakci m/w 9etapów. Wtedy jest uwolniona bez udziału tlenu niewielka ilość en. Drugi etap to częściowy rozkład glukozy kończący siępowstaniem CO2 i wody. W tym procesie bierze udział tlen i uwalnia się wielka ilość en. Część nasion tuż po rozpoczęciu kiełkowania wew grubej twardej łupiny rośnie w warunkach organiczonej ilości tlenu do momentu, gdy młoda siewka pprzebije szczelną okrywę i zetknie się z otaczającym powietrzem. W warunkach beztlenowych rozpad glukozy przebiega tak jak pierwsza część etapu tlenowego, rozkład jest tylko częściowy. Zamiast rozpadu całkowitego na CO2 i wodę częściowo rozłożona glukoza jest zamieniana na inne produkty, zwylke etanol.
Wytwarzanie etalonu naz FERMENTACJĄ. W trakcie tego procesu przbiegającego be zudziału tlenu powstaje CO2. Uwalniana jest pewna ilosć en użytecznej. Wydziela się także ciepło. Ferm dla wielu drobnoustrojów jest ważnym systemem wytwarzania en, nie jest na tyle wydajna by zaspokoić potrzeby enegetyczne roślin zielonych.
Oddychanie tlenowe szybko ustaje pod wpływem cyjanku i tlenku węgla. Na wiele roś trucizny te nie działają. Takanki roślinne poddane np. działaniu cyjanku przez pewnie czas kontynuują oddychanie niemal bez zmian