Транспирация — что это такое в жизни растений

Растения обладают своеобразной «кровеносной системой», позволяющей обеспечивать их всеми необходимыми для развития веществами. Ее венец – освобождение от воды через листья и стебли, которое биологи назвали «транспирация».

От чего зависит транспирация у растений

Зависит транспирация у растений от:

• количества и размеров проводящих сосудов,
• числа устьиц,
• толщины кутикулы,
• состояния коллоидов протоплазмы,
• концентрации клеточного сока и других причин.

Вода передвигается вверх по стеблю, так как в результате транспирации в клетках листьев возникает сосущая сила, которая передается от них до корневых волосков корня, поглощающих воду из почвы. Если поместить срезанную ветку или какое-либо растение в сосуд с водой, в течение долгого времени растение не вянет, что указывает на присасывающее действие транспирации.  

Схема водного транспорта в растении

  Вода поступает в растение благодаря отрицательному давлению, создающемуся в сосудах ксилемы. Движущей силой этого процесса является транспирация. Другой движущей силой будет пассивный, осмотический транспорт.

Регуляция

Растение регулирует свой уровень транспирации с помощью изменения размера устьичных щелей. На уровень транспирации также влияет состояние атмосферы вокруг листа, влажность, температура и солнечный свет, а также состояние почвы и её температура и влажность. Кроме того, надо учитывать и размер растения, от которого зависит количество воды, поглощаемой корнями и, в дальнейшем, испаряемой через листья.

Особенность	Влияние на транспирацию
Количество листьев	Чем больше листьев, тем больше поверхность испарения и больше количество устьиц для газообмена. Это увеличивает потери воды.
Количество устьиц	Чем больше на листе устьиц, тем больше воды испаряет лист.
Размер листа	Лист с большей площадью испаряет больше воды, чем лист с маленькой.
Наличие растительной кутикулы	Воскоподобная плёнка кутикулы плохо проницаема для воды и водяных паров и снижает испарение с поверхности растения, за исключением испарения через устьица. Блестящая поверхность кутикулы отражает солнечные лучи, снижая температуру листа и уровень испарения. Небольшие волоски (трихомы) на поверхности листа также снижают потерю воды, создавая рядом с поверхностью зону высокой влажности. Такие приспособления для сохранения воды можно наблюдать у многих растений из засушливых мест — ксерофитов.
Содержание CO2	У многих растений понижение уровня углекислого газа в воздухе приводит к повышению тургора замыкающих клеток и открытию устьиц.
Уровень света	Помимо понижения уровня углекислого газа в процессе фотосинтеза свет может оказывать и непосредственное влияние на замыкающие клетки, заставляя их разбухать.
Температура	Увеличение температуры увеличивает скорость испарения и уменьшает относительную влажность окружающей среды, что также увеличивает потерю воды.
Относительная влажность	Сухой воздух вокруг листьев повышает уровень транспирации.
Ветер	В стоячем воздухе рядом с поверхностью испарения образуется область с высокой влажностью, что замедляет потерю воды.

Во время сезона роста лист может испарить количество воды во много раз превышающее его собственный вес. Один гектар посева пшеницы испаряет за лето 2000—3000 тонн воды. В сельском хозяйстве оперируют понятием транспирационного коэффициента, это соотношение между затраченной массой воды и приростом сухой массы. Обычно он составляет от 200 до 600 (1000), т.е для образования одного килограмма сухой массы сельхозкультуры необходимо от 200 до 1000 литров воды.

Для измерения уровня транспирации растений существует множество техник и приборов, включая потометры, лизиметры, порометры, фотосинтетические системы и термометрические сенсоры. Для измерения эвапотранспирации применяют главным образом изотопные методы. Недавние исследования показывают, что вода, испарённая растениями, отличается по изотопному составу от грунтовых вод.

У пустынных растений есть специальные приспособления, позволяющие снизить транспирацию и сохранить воду, такие как толстая кутикула, уменьшенная площадь листьев и волоски на листьях. Многие из них используют так называемый CAM-фотосинтез, когда днём устьица закрыты, а открываются только ночью, когда температура ниже, а влажность больше.

Какую роль выполняет транспирация в физиологии растений

Процесс транспирации играет огромную роль в жизни растений.

Прежде всего, следует понимать, что именно транспирация обеспечивает растениям защиту от перегрева. Если в яркий солнечный день мы измерим у одного и того же растения температуру здорового и увядшего листа, разница может составлять до семи градусов, причем если увядший лист на солнце может оказаться горячее, чем окружающий воздух, то температура транспирирующего листа обычно бывает на несколько градусов ниже! Это говорит о том, что проходящие в здоровом листе процессы транспирации позволяют ему самостоятельно охлаждать себя, в противном случае лист перегревается и погибает.

Наконец, транспирация является той удивительной силой, которая может заставить воду подняться внутри растения по всей его высоте, что имеет огромное значение, например, для высокорослых деревьев, верхние листочки которых благодаря рассматриваемому процессу могут получать необходимое количество влаги и питательных веществ.

Влияние внешней среды

Влияние факторов внешней среды на процесс транспирации и ее суточный ход, выражается действием следующих  факторов:

•  влияние света,
• температуры воздуха,
• сила ветра,
• степень насыщения воздуха парами воды.

Влияние факторов внешней среды на процесс транспирации у растений. Свет способствует открытию устьичных щелей и повышает проницаемость протоплазмы испаряющих клеток для воды. Хлорофилл энергично поглощает солнечные лучи, что повышает температуру листа и усиливает испарение. Увеличение транспирации снижает температуру листа, в результате чего испаряющие листья: не перегреваются. Даже рассеянный свет повышает транспирацию на 30—40% по сравнению с транспирацией, идущей в темноте. По данным Визнера, 100 кв. см листа кукурузы испаряют в темноте 97 мг воды, на рассеянном — 114 мг, на прямом солнечном свету —785 мг. Температура воздуха, окружающего растение, также, влияет на транспирацию. С повышением температуры транспирация увеличивается, так как при этом усиливаются движение молекул воды и скорость диффузии водяного пара с поверхности коллоидов клеточных оболочек. Сила ветра может играть двоякую роль в процессе транспирации. Роль ветра сводится к замене влажных слоев воздуха над листьями растений сухими, т. е. ветер влияет только па вторую фазу транспирации — выход пара из межклеточников листа. Сильный ветер треплет листья, что вызывает замыкание устьичных щелей и тем снижает транспирацию. На транспирацию оказывает большое влияние и степень насыщения воздуха парами воды. Чем больше сухость воздуха, тем интенсивнее идет процесс транспирации, и наоборот.

Корневое давление

  Поверхность корня состоит из тонкого слоя клеток, мембраны которых содержат транспортные поры. Это позволяет ионам, таким как Са2 К+, проникать внутрь клеток корня. Энергия для этого активного транспорта ионов поступает от сжигания Сахаров в процессе дыхания, но важнее то, что внутри клеток корня образуется кон-центрированный раствор Сахаров и ионов. По закону осмоса вода будет всегда перемещаться в сторону с более высокой концентрацией ионов, поэтому в этих условиях будет происходить пассивный процесс поступления воды в корневую систему растения. Само растение не может противостоять такому поступлению воды внутрь клеток и одним из проявлений данного процесса является феномен гуттации (выделение капельной влаги на листьях у некоторых растений). Агроном, должен принимать во внимание данный процесс, поскольку он может привести к физиологическим нарушениям (вертикальное и концентрическое растрескивание плодов и стеблей), а также к развитию заболеваний. Действенный инструмент влияния на процесс водопоглощения и корневого давления — стратегия управления влажностью субстрата, включающая мониторинг влажности, концентрации, температуры и т.д.

   Поэтому мы рекомендуем не использовать значительное снижение ЕС питательного раствора в связи с освещенностью (Вт/м2) и прекращать поливы в определенное время до захода солнца. Все это позволяет перед переходом к темному времени суток иметь стабильно высокий уровень ЕС субстрата, что будет ограничивать пассивное поступление воды в корневую систему. ЕС субстрата должна быть минимальной именно в периоды с наиболее высоким уровнем солнечного излучения.

   Корнеобитаемая зона может быть представлена в виде своеобразного двигателя, а транспирация — в виде маховика. Раскрутив маховик путем создания активного климата в первой половине дня, вы получите хороший уровень водопотребления и, соответственно, потребления элементов минерального питания, а так же высокий уровень фотосинтеза. Следует помнить, что в дневное время уровень транспирации в основном зависит от микроклимата в теплице, что в первую очередь обусловлено взаимосвязанной правильной работой отопления и вентиляции.

Регуляция

Растение регулирует свой уровень транспирации с помощью изменения размера устьичных щелей. На уровень транспирации также влияет состояние атмосферы вокруг листа, влажность, температура и солнечный свет, а также состояние почвы и её температура и влажность. Кроме того, надо учитывать и размер растения, от которого зависит количество воды, поглощаемой корнями и, в дальнейшем, испаряемой через листья.

Особенность	Влияние на транспирацию
Количество листьев	Чем больше листьев, тем больше поверхность испарения и больше количество устьиц для газообмена. Это увеличивает потери воды.
Количество устьиц	Чем больше на листе устьиц, тем больше воды испаряет лист.
Размер листа	Лист с большей площадью испаряет больше воды, чем лист с маленькой.
Наличие растительной кутикулы	Воскоподобная плёнка кутикулы плохо проницаема для воды и водяных паров и снижает испарение с поверхности растения, за исключением испарения через устьица. Блестящая поверхность кутикулы отражает солнечные лучи, снижая температуру листа и уровень испарения. Небольшие волоски (трихомы) на поверхности листа также снижают потерю воды, создавая рядом с поверхностью зону высокой влажности. Такие приспособления для сохранения воды можно наблюдать у многих растений из засушливых мест — ксерофитов.
Содержание CO2	У многих растений понижение уровня углекислого газа в воздухе приводит к повышению тургора замыкающих клеток и открытию устьиц.
Уровень света	Помимо понижения уровня углекислого газа в процессе фотосинтеза свет может оказывать и непосредственное влияние на замыкающие клетки, заставляя их разбухать.
Температура	Увеличение температуры увеличивает скорость испарения и уменьшает относительную влажность окружающей среды, что также увеличивает потерю воды.
Относительная влажность	Сухой воздух вокруг листьев повышает уровень транспирации.
Ветер	В стоячем воздухе рядом с поверхностью испарения образуется область с высокой влажностью, что замедляет потерю воды.

Во время сезона роста лист может испарить количество воды во много раз превышающее его собственный вес. Один гектар посева пшеницы испаряет за лето 2000—3000 тонн воды. В сельском хозяйстве оперируют понятием транспирационного коэффициента, это соотношение между затраченной массой воды и приростом сухой массы. Обычно он составляет от 200 до 600 (1000), т.е для образования одного килограмма сухой массы сельхозкультуры необходимо от 200 до 1000 литров воды.

Для измерения уровня транспирации растений существует множество техник и приборов, включая потометры, лизиметры, порометры, фотосинтетические системы и термометрические сенсоры. Для измерения эвапотранспирации применяют главным образом изотопные методы. Недавние исследования показывают, что вода, испарённая растениями, отличается по изотопному составу от грунтовых вод.

У пустынных растений есть специальные приспособления, позволяющие снизить транспирацию и сохранить воду, такие как толстая кутикула, уменьшенная площадь листьев и волоски на листьях. Многие из них используют так называемый CAM-фотосинтез, когда днём устьица закрыты, а открываются только ночью, когда температура ниже, а влажность больше.

Почему в жаркую погоду я больше поливаю растения, а им ещё хуже ?

При большом дефиците водяных паров в воздухе устьица закрываются и растение старается сберечь ту воду, что еще в нем остается. Поэтому транспирация резко затормаживается и растение уже не в силах потреблять воду из корневой части. Природный насос не работает. Повышение относительной влажности воздуха (ее легче измерить, чем дефицит водяных паров, хотя ДВП величина абсолютная, а ОВВ относительная) при перегревах позволяет вновь запустить этот «насос» или предотвратить его остановку.

В любительских теплицах летом очень часто можно видеть, как растения от жары вянут, а усиленный полив при этом только ухудшает положение — листьям не хватает воды, а корням воздуха.

Показатели транспирации

Транспирация у растений характеризуется следующими показателями:

• интенсивность транспирации,
• относительная транспирация,
• транспирационный коэффициент,
• продуктивность транспирации.

Интенсивность транспирации

Для сравнения транспирации растений ее обычно относят к единице площади и времени. Количество испаренной воды в единицу времени единицей поверхности листа называется интенсивностью транспирации. Интенсивность транспирации у разных растений неодинакова в течение суток: днем у большинства растений она равна 15— 250 г. в час на 1 кв. м, ночью — 1—20 г.

Относительная транспирация

Чтобы иметь представление о скорости отдачи воды листовой поверхностью, ее сравнивают со скоростью испарения с открытой водной поверхности. Полученная величина называется относительной транспирацией. Относительная транспирация колеблется от 0,01 до 1,0.

Транспирационный коэффициент

Показателями транспирации могут также служит транспирационный коэффициент. Транспирационный коэффициент показывает, сколько граммов воды расходует растение за время накопления 1 г. сухого вещества. Для правильного определения коэффициента необходимо учитывать не только сухой вес листьев, но обязательно и сухой вес стеблей и корней. Транспирационный коэффициент неодинаков для различных видов растений и даже для одного и того же вида растения, так как величина его зависит от условий произрастания. Транспирационный коэффициент растений неодинаков и зависит от условий произрастания. Транспирационный коэффициент достаточно точно определен для однолетних растений; средняя его величина для травянистых растений равна 300—400 г. Транспирационный коэффициент до известной степени характеризует потребность растения в воде и в какой-то мере может быть использован при расчетах количества поливной воды.

Продуктивность транспирации

Продуктивность транспирации — это количество граммов сухого вещества, накапливаемого растением за время транспирации 1 кг воды. Продуктивность транспирации колеблется от 1 до 8 г, а в среднем примерно равна 3 г. Зная величину транспирационного коэффициента, легко рассчитать продуктивность транспирации, и наоборот.

Суточный ход транспирации

В течение суток уровень испарения влаги у растений меняется:

1. Ночью, процесс водообмена между растением и окружающим воздухом практически останавливается. Это обусловлено отсутствием солнца, закрытием отверстий эпидермиса, снижением температуры атмосферного воздуха и увеличением уровня его влажности.
2. На рассвете, устья открываются. Степень их раскрытия увеличивается с изменением освещенности, климатических и физических показателей воздушных масс.
3. Максимальная интенсивность транспирации у растений наблюдается в полдень, к 12-13 часам. На данный процесс влияет напряженность солнечного света.
4. При недостаточной влажности в дневной период, интенсивность водообмена может снижаться. Этот механизм позволяет растению значительно сократить потерю влаги, защитив себя от увядания.
5. При снижении солнечной инсоляции в вечерние часы интенсивность транспирации вновь возрастает.

Суточный процесс влагообмена также зависит от вида и возраста растений, региона произрастания, схемы расположения листьев.

У кактусов, повышение уровня транспирации происходит исключительно ночью, когда устья полностью раскрыты. У растений, листва которых повернута боковой частью к горизонту, данный процесс начинается непосредственно с первыми лучами солнечного света.

Определение транспирации в биологии — видео

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...