Водообмен у растений

источник: Физиология растений - 3-е изд., М: 1988 г. // Лебедев С.И.

Вода — необходимое условие существования всего живого. Без воды организмы погибают или впадают в состояние анабиоза. Содержание воды в растительных клетках достигает 70-80 и нередко 90%.

Значение воды в жизненном процессе определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются биохимические процессы. Кроме того, вода, будучи химическим соединением, непосредственно участвует в таких важнейших реакциях, как гидролиз, синтез, окислительно-восстановительные реакции.

Эволюционное развитие и структура живых систем в значительной степени определяются особенностями, свойственными атому углерода — важнейшего элемента в химическом составе организма и молекуле воды.

Вода является субстратом для ассимиляции углерода растением (фотосинтеза) и одним из продуктов процесса дыхания.

В жизни растения вода играет огромную роль. Минеральные питательные вещества почвы поглощаются корнями из растворов. Вода способствует охлаждению растений и предохраняет их от перегрева в жару. Все органы растений содержат много воды, и это обусловливает тургесцентное состояние оболочек клеток, что, в свою очередь, обеспечивает упругость растительных тканей.

Роль воды в организме во многом определяется следующими особенностями: она имеет большую теплопроводность, но более низкую, чем металлы; обладает способностью испаряться при любой температуре, даже ниже 0°С (в последнем случае испарение происходит медленно); на повышение температуры воды затрачивается значительно большее количество энергии по сравнению с каким-нибудь другим жидким или твердым телом; вода имеет чрезвычайно высокое поверхностное натяжение и уступает только ртути (эта особенность имеет очень большое значение для адсорбционных процессов, а также для передвижения растворов по тканям, для различных биохимических, физико-биохимических процессов, которые происходят в растительных организмах); пропускает лучи видимой части спектра и близкой к ней ультрафиолетовой области, что имеет большое значение для фотосинтеза; молекула воды обладает резко выраженным свойством полярности. Полярностью молекул Н2О обусловлено явление гидратации, свойственное большинству химических соединений.

Диэлектрическая проницаемость воды. Важной физической характеристикой воды является чрезвычайно высокая диэлектрическая проницаемость, которой обладают вещества, состоящие из молекул с сильно выраженными полярными свойствами. К таким веществам относится и вода. При высокой диэлектрической проницаемости электрические силы между растворенными в воде веществами относительно слабы. Количественные величины электрических эффектов, наблюдаемые в жидкости, можно иллюстрировать следующим примером. Между двумя частицами, имеющими заряды Q1 и Q2 и находящимися на расстоянии r, электрическая сила, возникающая в результате взаимодействия .зарядов, определяется по закону Кулона: $$\large \text{Электрическая сила} = \frac{Q_1Q_2}{4\pi E_0Dr^2},$$

где E0 — константа пропорциональности, называемая проницаемостью вакуума; D — диэлектрическая проницаемость, безразмерная величина, для вакуума равна 1, для воздуха при О°С и давлении 760 мм рт. ст.— 1,00058.

Диэлектрическая проницаемость воды 80,2 при температуре 20°С и 78,4 при 25°С. Это очень высокий показатель D для жидкости. Диэлектрическая проницаемость неполярной жидкости гексана СН3(СН2)4СН3 составляет 1,87. Малые величины D характерны для многих органических растворителей. Сила электрического притяжения, например таких ионов, как Na+ и Сl-, в гексане в 43 раза больше, чем в воде. Поэтому степень диссоциации NaCl в гексане значительно меньше, чем в водном растворе. В связи с этим большое количество ионов остается в органических растворителях недиссоциированными. Вода хороший растворитель для заряженных частиц и плохой для неполярных молекул. Известно, что молекулы некоторых веществ, например таких, как белки, фосфатиды, имеют полярные и неполярные группы. Эти вещества в водных растворах могут образовывать мицеллы, в которых неполярные группы находятся в центре, а полярные — снаружи и взаимодействуют с водой. Такая особенность мицелл придает биологическим мембранам способность ограничивать проникновение воды в клетку и органеллы и выход воды из них (П. Нобел).

На протяжении всего периода жизни растения испаряют большое количество воды. Например, растение кукурузы за вегетацию испаряет до 200 л. На создание 1 т сухого вещества пшеница затрачивает около 300 т воды. Для получения 16 т зерна и соломы затрачивается до 4800 т воды, 1 га посева овса за лето испаряет до 3400 т воды. Тридцатипятилетнее дерево яблони, по данным Млиевской опытной станции садоводства, за период вегетации испаряет 26,5 т воды, или 265 мм осадков.

В жаркие летние дни через растение идет непрерывный поток, воды, вследствие чего оно охлаждается.

К. А. Тимирязев отмечал, что процесс испарения воды растением в тех размерах, в которых оно обычно происходит в природе, можно скорее назвать необходимым физическим злом, чем необходимой физиологической функцией. Вместе с тем испарение такого большого количества воды растением является необходимым условием фотосинтеза — усвоения СО2 воздуха и солнечной энергии для образования различных веществ. Таким образом, вода имеет первостепенное значение для осуществления фотосинтеза.

Из 1000 частей воды, прошедшей через растение, в процессе питания усваивается лишь 1,5-2 части. Это значит, что 998-998,5 части поддерживают растение в состоянии достаточной насыщенности водой.

Поделиться: