TRANSPIRACJA
Jest procesem wyparowania wody z rośliny. Zjawisko to ma na naturę fizyczną, gdyż polega na dyfuzji cząsteczek pary wodnej z powierzchni wewnętrznej - transpiracja szparkowa lub z zewnętrznej liści - transpiracja kutikularna.
Rodzaje transpiracji:
Kutukula nabłonki bez postaciowe warstwa pokrywająca epiderma.
tk. kutikularna- okrywają całą powierzchnię liścia prze kutikulę, stanowi mały % ogólnej transpiracji 5-20% . jest intensywna w młodych liściach zależy od wieku. Zależność roślin do higrofitów, hydrofitów, mezofitów, kserofitu.
1. hydrofity- rośliny wodne
2. higrofity - rośliny miejsc wulgotnych
3. mezofity - pośrednie
4. kserofity - rośliny miejsc suchych.
U hydrofitów jest obszerna transpiracja a u kserofitów bardzo niska.
Tk. szparkowa (przetchlinowa) - transpiracja jest wprospropocjonalna do sumy średnic rozwarcia aparatów szparkowych a odwrotnie propocionalna do drogi jaką przebywa woda do aparatów szparkowych. Transpiracja odbywa się przy udziale szparek (aparaty szparkowe). Jest to wypasowywanie wody z miękisza do przetworów międzykomórkowych z tych przetworów przez szparkę do atmosfery. Jest to transpiracja wewnętrzna.
Ilość organów szparkowych na powierzchni liścia jest różna i zależy od gatunku.
Czynniki zewnętrzne- nasłonecznienie. Liczba aparatów szparkowych zależy od blaszki liściowej, u dwuliściennych aparaty szparkowe przewężane są po stronie dolnej, a górna ma mało aparatów szparkowych. Wynika to z ułożenia liścia na łodydze, bo światło pada prostopadła na blaszkę liściową. U jednoliściennych światło pada ostro na blaszkę liści i aparaty szparkowe są albo równomiernie rozmieszczone albo przewężają w górnej części liścia. Aparat szparkowe stanowią 1-3% na powierzchni liścia wydajność posiadania przez szparki duży około 50%.
Pasowanie brzeżne- intensywne przy młodych liściach i otworkach, jest to pasowanie , tu jest większe efekt brzeżnej. Parowanie przez jeden duży otwór jest słaby
Reguła Stefana- intensywność parowania nie zależy od większości powierzchni.
Tk. przetchlinkowa- parowanie zachodzi przez przetchlinki w korku dotyczy drzew i krzewów gdzie korek jest tk. okrywającą.
Wskaźniki transkrypcji:
1.intensywność transkrypcji wyróżniamy w g wody x dm³x n¯²
wartość od 0,1-3,0 g H2O· dm³·n¯² informacje o tym ,że np. kukurydza może wypasować 4kg H2O a w ciągu całej wegetacji 180.
2. współczynnik transkrypcji wyrażamy jako liczbę uwarunkowaną. Mówi ile roślina zużywa wody w ciągu całej wegetacji na wyprodukowanie 1g suchej masy, dotyczy znajomości używania H2O przez roślinę, niska wartość transpiracji oznacz, że roślina oszczędza gospodarkę wodną, a wysoka transpiracja oznacza, że roślina ma dużą gospodarkę wodną.
Czynniki wpływające na wartość transkrypcji:
temperatura- im wyższa temperatura tym łatwiejsze jest rozprowadzenie wody na powierzchni liścia.
Wilgotność względna atmosfery - im wyższe tym transpiracja jest ograniczona.
Ruch powietrza - im wyższy ruch tym lepsza transpiracja
Światło - podwyższa temperaturę atmosfery, rozszerza aparaty szparkowe
Stężenia CO2 w atmosferze- nadmierne CO2 zamyka aparaty szparkowe
Czynniki glebowe - odpowiedni dopływ wody ok. 80%, dotlenienie - dobre warunki areabowe.
Znaczenie transpiracji dla roślin:
Korzystne
transpiracja obniża temperaturę organizmu
mechanizm biernego pobierania i transportu wody
dzięki transpiracji zachodzi rozproszenie soli mineralnych i wody
utrzymuje roślinę w gotowości metabolicznej
dzięki regulacji transpiracji mamy szybsze lub wolniejsze wzrosty roślin
Niekorzystne:
gdy bilans wodny jest ujemny dochodzi do więdnienięcia roślin
niedotlenienie gleby - ok. 4C i zasolenie - ograniczają pobieranie wody z gleby.
Rodzaje transportu wody:
Wodę pobira się prze kom. włośników ułożonych poprzecznie do centrum (walca osiowego). kanał apalastyczny- oznacza transport H2Oz komórki do komórki.
migracja przez cytoplazmę 1 komórki do cytoplazmy 2 komórki przez plazmodesnę w kanałach synplastycznych
migracje z wakuoli do wakuoli drogą osmatyczną.
Mechanizm pobieranie wody:
Mechanizm aktywny - ujawnia się w przypadku braku lub silnego ograniczania transpiracji. Jest on umiejscowiony w korzeniu i nosi nazwę parcia korzeniowego. Widocznym objawem tego zjawiska jest gutacja i płacz roślin. Procesy te mają naturę fizjologiczną, ustają więc w przypadku zahamowania aktywności enzymatycznej komórki wywołane np. chloroformem. Siły parcia korzeniowego są najczęściej rzędu 0,1-0,2 MPa i tylko u niektórych gatunków roślin mogą być wyższe. Mechanizm aktywny spełnia pomocniczą rolę w gospodarce wodnej roślin. Istotne znaczenie odgrywa wiosną, w okresie rozwijania się pąków drzew i krzewów, kiedy nie zachodzi proces transpiracji szparkowej. Potencjał osmotyczny jest największy w liściach najniższy w korzeniu. Energia roślin powstaje w procesie oddychania.
Mechanizm bierny (transpiracja liściowa) - zachodzi dzięki transpiracji wywołyjące spadek potencjału wody w liściach i wzrost różnicy potencjału między komórkami miękiszu liści i włośników. Również na skutek transpiracji powstaje ujemne ciśnienie hydrostatyczne w naczyniach, a ciągłość nitkowatych słupów wodnych w ksylemie, warunkujących przepływ zapewniają siły kohezji i adhezji.
Jest to zasadniczy proces determinacji szybkości przepływu wody przez transpirujące liście.
Siły kolrezji- siły spójności między cząsteczką H2o
Siły adhezji- siły przylegania cząsteczek wody do ścian naczyń.
Gutacja- wpychanie wody przez zakończenia naczyń przewodzących na liściu lub na komórkach „hydrotaty”. Występuje gdy roślina ma dobry dostęp do wody i kiedy pod ciepłym dniu jest chłodna noc i wilgotność względna wzrasta. Jej motorem jest parcie korzeniowe.
Płacz roślin- zbieranie się soku brzoskwionowego na wiosnę (koniec II). Jest to najczęsciej przed deszczem.
Tkanka przewodząca- w przeciwieństwie do większości tkanek jest zbudowana z niejednorodnych komórek. Dzieli się na łyko i drewno.
Łyko (floem)- elementami łyka są przede wszystkim rurki sitowe, służą one do przeprowadzani produktów asymilacji z liści do łodygi i korzenia.
Rurki sitowe- składają się z szeregu komórek. Komórki rurek są żywe, silnie zwakuolizowane, jednak zachowany protoplast pozbawiony jest jądra komórkowego.
Komórki przyrurkowe
Włókna łykowe- komórki o charakterze wzmacniającym
Miękisz łykowy- gromadzi substancje zapasowe.
Drewno (ksylem)- tkanka, której podstawową rolą jest przeprowadzanie wody wraz z solami mineralnymi z korzenia do łodygi i liści. Składa się z:
Naczynia- to długi powstałe w wielu leżących jedno na drugiej komórek, gdzie stopniowo zanikał protoplast i ściany poprzeczne. Są to elementy martwe, ich ściany często są wzmocnione zdrewniałymi zgrubieniami. Wyróżniamy naczynia: pierścieniowate, spiralne, siatkowate i z jamkami. Jaki są charakterystycznym elementem ściany komórkowej, ponieważ nie ulega zdrewnieniu, i pozostają one jako otwory zapewniające kontakt z sąsiadującymi komórkami. Charakterystyczne dla roślin okrytonasiennych.
Cewki- to pierwotne komórki przewodzące wodę wraz z solami mineralnymi. Są typowe dla paprotników i roślin nagonasiennych. Cewki to komórki o ostro zakończonych końcach zachodzących na siebie klinowo. Cewki nie mają protoplastu i są przez to martwe. Mają silnie zdrewniałe ściany komórkowe z wieloma jamkami, przez które woda przepływa do innych komórek.
Włókna drzewne- są to elementy martwe będące główną częścią składową szkieletu podtrzymującego całość rośliny, stanowi podstawą masę drewna drzew liściastych, decydując o jego grubości.
Miękisz drzewny- zbudowany z żywych komórek przechowujących substancje zapasowe. Np. skrobię.
ODDYCHANIE- proces kataboliczny polegający na oksydacyjnym rozkładzie związków organicznych z wydzielaniem i częściowym wykorzystywaniem zawartej w nich energii. Odbywa się on w każdej komórce żywej, a większość jego reakcji przebiega w mitochondriach. Energia uwalnianie w procesach oddychania zatrzymywana jest przez komórki w postaci wysokoenergetycznych wiązań fosforowych ATP, a częściowo ulega rozproszeniu.
Substratami oddechowymi są związki powstające w procesie fotosyntezy, bądź przetwarzanie w późniejszych metabolicznych procesach- węglowodany, tłuszcze, białka.
Oddychanie tlenowe
Przebiega w warunkach dużego dostępu tlenu i dostarcza komórkom znacznej ilości energii ATP. Energia ta następnie wykorzystywana do czynności życiowych: syntezy związków organicznych, pobieranie wody i soli mineralnych oraz ich transport, przewodzenie substancji organicznych, wzrost i ruch. Metabolity powstające podczas przemian oddechowych stanowią surowce wyjściowe dla syntezy innych organicznych składników komórkowych.
Oddychanie beztlenowe
Odbywa się w przypadku ograniczenia lub braku dostępu tlenu.
fermentacja właściwa (beztlenowa)- przebiega bez udziału tlenu i prowadzi do powstania prostych związków organicznych, CO2 i małych ilości energii np. rozkład glukozy do etanolu prowadzony przez drożdże. Dzięki energii uzyskanej z tych przemian, okresowo zalewane wodą rośliny mogą przetrzymać swe procesy życiowe.
Fermentacja utleniająca (oksydacyjna)- zachodzi przy ograniczonym dostępie tlenu , a jej wynikiem jest częściowe utlenienie substratu prostsze związki organiczne i wodę. Proces ten jest bardziej wydajny niż fermentacja właściwa.
Pomiary szybkości oddychania- metody te oparte są na pomiarach wymiany gazowej i najczęściej oznacza się albo szybkość zużywania tleny, albo szybkość uwalniania CO2.
pomiar zmian objętości, ciśnienia gazów
rejstracja zmian składu powietrza przepływającego przez kamerę w której znajduje się żywy materiał roślinny.
Współczynnik oddechowy- stosunek objętościowy wydzielanego CO2 do ilości pobranego tleny RQ. Informuje nas o rodzaju utleniającego substratu.
Szlak przemian oddechowych
glikoliza- przemiana hektozy do piranozy
cykl Krebsa- przemiana pirogfranoanu w czynny octan acetylo CoA i włączenie go w łańcuch 9 reakcji. Następuje całkowity rozpad substratu oddechowego na CO2 i wodór.
łańcuch oddechowy - ostatni etap oddychania, służący do wykorzystywania energii uwalniającej w reakcji utleniania wodoru przez tlen atmosferyczny do cząsteczki wody. Etap ten dostarcza komórkom roślinnym najwięcej fizjologicznej użytecznej energii ATP.
Czynniki oddychania:
Temperatura - przy wzroście tem. O 10C temperatury normalnej do optymalnej szybkość oddychania zwiększa się 2- 2,5 razy. Przy temperaturze min i max proces ustaje. Zbyt wysoka temp. Doprowadza do nadmiernych strat suchej masy.
Tlen- 21% tleny jest procesem właściwym, spadek do 10% silnie hamuje oddychanie tlenowe.
CO2- wzrasta stężenia CO2 powoduje zmniejszenie intensywności oddychania, kiełkowania nasion jest hamowane przy wysokim stężeniu CO2
Woda- niedobór wody w nasionach powoduje zarówno zahamowanie oddychania jak i uniemożliwia ich kiełkowanie
Światło- uruchamia proces fotooddychania, powoduje zahamowanie oddychania ciemnego.
Składniki mineralne- rośliny wygłodzone- zawierające niewielkie ilości materiałów zapasowych oddychają znacznie wolniej.
Rodzaj i wiek tkanek i organów i rośliny - młodsze organy oddychają intensywniej niż starsze.
Etylen- stymuluje oddychanie tkanek roślinnych, spełnia rolę hormonalnego regulatora syntezy enzymów oddechowych.
Urazy mechaniczne, zranienie i choroby- wywołują wzrost intensywności oddychania.
Inne czynniki:
Wiatr- silny wiatr powoduje przymykanie się szparek, ogranicza tempo oddychania
Inhibitory oddychania- związki, które występują nawet w ilości śladowych stężeniach, wywiera hamujący wpływ na oddychanie. Są to: HCN, Co, H2S, NaF, jony metali ciężkich np. miedź.
Symulatory oddychania- związki które potęgują proces oddychania nawet gdy występują w bardzo niskich ilościach stężeń. Należą do nich: regulatory wzrostu : auksyna, etylen oraz związki próchnicze.
Klimaterium- zbiega się z okresem pełnej dojrzałości owoców, zmianom barwy skórki, nabieraniu lepszego smaku i stymulowane jest przez etylen.
Znaczenie oddychania:
Odzyskanie energii w formie ATP zawartej w związkach zapasowych
Wykorzystanie metabolitów pośrednich tworzących się w przemianach oddechowych do syntezy wielu związków organicznych.