Транспирация: суть процесса, схема, скорость и значение в жизни растений

Факторы, влияющие на испарение

К показателям внешней среды относятся:

1. Температура воздуха и почвы — при их повышении транспирация усиливается.
2. Влажность воздуха и почвы — увлажнение воздуха снижает интенсивность испарения.
3. Освещенность — нагревает листву, содержащую хлорофилл, увеличивает потерю влаги. Устьица на свету открываются шире.
4. Скорость ветра — с возрастанием циркуляции воздуха испарение увеличивается.
5. Содержание углекислого газа CO₂ — его влияние неоднозначно. Доказано, что недостаток влаги и жара угнетают растения даже при перенасыщении воздуха CO_2.

Анатомические, биологические особенности листа относятся к внутренним факторам:

• площадь — с широкого листа испаряется больше влаги, чем с узкого;
• габариты растения, количество устьиц — обширная площадь листвы обеспечивает усиленное испарение;
• восковая кутикула, пушок уменьшают расход воды.

Элементы, участвующие в перемещении влаги — корни, ксилема, капилляры, жилки, устьица.

Влага может испаряться с обеих сторон листа.

Определение уровня транспирации

В аграрной сфере оперируют понятием транспирационного коэффициента в качестве экономического показателя.

Для измерения таких значений применяют:

• потометр – специальный прибор, показывающий скорость поглощения влаги срезанными побегами либо молодыми сеянцами;
• лизиметр – переносное приспособление или стационарная конструкция, предназначенная сбора и анализа почвенного раствора;
• порометр – устройство для измерения размера устьичных щелей;
• фотосинтетические методы, изучающие особенности протекания ключевой для растений биологической реакции.

Испаренная в процессе транспирации влага изотопным составов существенно отличается от окружающих грунтовых вод. У всех растений это показатель разный. Коэффициент транспирации обычно составляет 200-600. Это вынуждает затрачивать на выращивание 1 кг сухой массы урожая 200-1000 л воды.

Лист как орган транспирации. Устьичная и кутикулярная транспирация

Основным транспирирующим органом является лист. Средняя толщина листа составляет 100—200 мкм. Паренхимные клетки листа расположены рыхло, между ними имеется система межклетников, которые занимают от 15 до 25% объема листа.

Эпидермис — покровная ткань листа, состоит из компактно расположенных клеток, наружные стенки которых утолщены. Кроме того, листья большинства растений покрыты кутикулой. Кутикула варьирует как по составу, так и по толщине. Более развитой кутикулой характеризуются листья светолюбивых растений по сравнению с теневыносливыми и засухоустойчивых по сравнению с влаголюбивыми.

Кутикула вместе с клетками эпидермиса образует как бы барьер на пути испарения паров воды. Удаление кутикулы во много раз повышает интенсивность испарения. Все эти особенности выработались в процессе эволюции как приспособление к сокращению испарения. Для соприкосновения листа с атмосферой имеются поры — устьица.

Устьице — это отверстие (щель), ограниченная двумя замыкающими клетками.

Устьица встречаются у всех наземных органов растения, но больше всего у листьев. Каждая замыкающая клетка устьица в отличие от клеток эпидермиса имеет хлоропласта. В них происходит фотосинтез, хотя с меньшей интенсивностью, чем в клетках мезофилла. Устьица — одно из оригинальных приспособлений, обладающих способностью открываться и закрываться в зависимости от насыщенности замыкающих клеток водой. Обычно устьичные отверстия ограничены двумя замыкающими клетками, стенки которых неравномерно утолщены.

У двудольных растений замыкающие клетки бобовидной, или полулунной, формы, при этом их внутренние прилегающие друг к другу клеточные стенки более толстые, а внешние — более тонкие. Протопласты замыкающих клеток связаны в единое целое перфорациями в основании граничащих общих стенок. Когда воды мало, замыкающие клетки плотно прилегают друг к другу и устьичная щель закрыта. Когда воды в замыкающих клетках много, то она давит на клеточные стенки, и более тонкие стенки растягиваются сильнее, а более толстые втягиваются внутрь, между замыкающими клетками появляется щель.

При насыщении водой более тонкие стенки на концах растягиваются и раздвигают замыкающие клетки, благодаря чему образуется щель.

Число устьичных отверстий колеблется в зависимости от вида растений от 10 до 600 на 1 мм2 листа. У многих растений (75% видов), в том числе для большинства древесных, устьица расположены на нижней стороне листа.

Устьица соединяют внутренние пространства листа с внешней средой. Вода поступает в лист через сеть жилок, в которых расположены сосудистые элементы. Возможны три пути испарения: через устьица — устьичная, кутикулу — кутикулярная и через чечевички — лентикулярная транспирация.

Впервые разграничение на кутикулярную и устьичную транспирацию было введено в 1877.

Кутикулярная транспирация. В том, что действительно испарение идет не только через устьица, но и через кутикулу, легко убедиться.

Так если взять листья, у которых устьица расположены только с нижней стороны (например, листья яблони), и замазать эту сторону вазелином, то испарение воды будет продолжаться, хотя и в значительно меньших размерах.

Следовательно, определенное количество воды испаряется через кутикулу. Интенсивность этого процесса прежде всего определяется толщиной слоя кутикулы. Имеет значение также возраст листа. Молодые листья, как правило, имеют слабо развитую кутикулу и, следовательно, более интенсивную кутикулярную транспирацию.

У старых листьев юля кутикулярной транспирации снова возрастает, так как, хотя кутикула и сохраняет достаточную толщину, в ней появляются трещины, через которые легко проходят пары воды.

Трещины в кутикуле могут появляться и после временного завядания листьев, благодаря чему транспирация усиливается. Кутикулярная транспирация зависит от оводненности листа. При насыщении кутикулы водой испарение идет интенсивнее, а при подсыхании кутикулы — снижается.

Тест на тему: «Значение воды в жизни растений. Испарение воды листьями»

Лимит времени:

из 15 заданий окончено

Вопросы:

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
5. 5
6. 6
7. 7
8. 8
9. 9
10. 10
11. 11
12. 12
13. 13
14. 14
15. 15

Информация

Проверочное тестовое задание включает в себя вопросы с одним и несколькими правильными ответами

Вы уже проходили тест ранее. Вы не можете запустить его снова.

Тест загружается…

Вы должны войти или зарегистрироваться для того, чтобы начать тест.

Вы должны закончить следующие тесты, чтобы начать этот:

Результаты

Правильных ответов: из 15

Ваше время:

Время вышло

Вы набрали из баллов ()

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
5. 5
6. 6
7. 7
8. 8
9. 9
10. 10
11. 11
12. 12
13. 13
14. 14
15. 15

1. С ответом
2. С отметкой о просмотре

1. Задание 1 из 15
   • кальция
   • воды
   • азота
   • калия
   • водорода

   Правильно Неправильно

2. Задание 2 из 15
   • фотосинтезу
   • дыханию
   • росту растения
   • продвижению воды по стеблю
   • размножению растений

   Правильно Неправильно

3. Задание 3 из 15
   • защищает листья от перегрева солнечными лучами
   • замедляет процесс фотосинтеза
   • усиливает деление клеток
   • ускоряет процесс дыхания
   • увеличивает количество глюкозы в клетках

   Правильно Неправильно

4. Задание 4 из 15
   • трансляция
   • транскрипция
   • фотосинтез
   • транспирация
   • дыхание

   Правильно Неправильно

5. Задание 5 из 15
   • столбчатую ткань листа
   • хлоропласты
   • эпидермис
   • межклеточное вещество
   • устьица

   Правильно Неправильно

6. Задание 6 из 15
   • влага не испаряется вообще
   • уменьшается образование глюкозы
   • больше испаряется влаги
   • меньше испаряется влаги
   • замедляется процесс дыхания

   Правильно Неправильно

7. Задание 7 из 15
   • открываются
   • закрываются
   • увеличиваются в количестве
   • превращаются в колючки
   • превращаются в чешуйки

   Правильно Неправильно

8. Задание 8 из 15
   • в почках
   • в стеблях
   • в корнях
   • в листьях
   • в плодах

   Правильно Неправильно

9. Задание 9 из 15
   • крупные и светло-зеленые, на них очень мало устьиц
   • крупные и темно-зеленые, на них очень мало устьиц
   • мелкие и темно-зеленые, на них очень много устьиц
   • крупные и темно-зеленые, на них очень много устьиц
   • мелкие и светло-зеленые, на них очень много устьиц

   Правильно Неправильно

10. Задание 10 из 15
    • замедлить фотосинтез
    • ускорить дыхание
    • окончательно прекратить испарение
    • ускорить процесс испарения
    • замедлить процесс испарения

    Правильно Неправильно

11. Задание 11 из 15
    • на колючках
    • на чешуйках
    • на плодах
    • в молодых побегах
    • на нижней стороне листа
    • на верхней стороне листа
    • на корнях
    • отсутствуют

    Правильно Неправильно

12. Задание 12 из 15
    • эфирными маслами
    • восковым налетом
    • ядовитыми волосками
    • густыми волосками
    • столонами
    • усиками
    • колючками
    • чешуйками

    Правильно Неправильно

13. Задание 13 из 15
    • минеральных солей
    • сахаров
    • жиров
    • белков
    • нуклеиновых кислот
    • фосфолипидов
    • целлюлозы
    • пектиновых веществ

    Правильно Неправильно

14. Задание 14 из 15
    • устьица закрываются
    • транспирация прекращается
    • транспирация усиливается
    • устьица открываются
    • устьица исчезают
    • листья изменяют свою форму
    • выделяется много кислорода
    • выделяется много углекислого газа

    Правильно Неправильно

15. Задание 15 из 15

    Насыщенность воздуха и почвы влагой способствует

    • превращению листьев в чешуйки
    • превращению листьев в колючки
    • исчезновению листьев
    • увеличению размеров листьев
    • уменьшению размеров листьев
    • уменьшению количества устьиц
    • увеличению количества цветков
    • уменьшению количества цветков

    Правильно Неправильно

Транспирация – что это такое

Если говорить об этом понятии подробнее, то транспирация – не что иное, как испарение в атмосферу влаги из листьев и стеблей живых растений. Это явление помогает воде, которую всасывает корневая система, иногда из достаточно глубоких слоев грунта (в пустынях корни могут уходить вглубь даже на двадцать метров), подниматься по стеблям или стволам к листьям, цветам, плодам, доставляя ко всем частям растительного организма нужные минералы и элементы. И новая порция воды с питательными веществами «подсасывается» благодаря транспирации у растений: место освобождается испарением использованной влаги через мелкие поры на листьях, расположенные с тыльной стороны. Интенсивность движения воды зависит от внешних факторов – времени суток, температуры и влажности воздуха. Другими словами, растение транспирирует, когда влажность воздуха внутри него выше влажности окружающей атмосферы. Доказано, что десять процентов всей влаги, которая испаряется на поверхности Земли, относится на счет именно растительного мира нашей планеты.

Влияющие факторы

Транспирация в живой природе протекает под различными внешними воздействиями. На ее интенсивность и качество влияет множество факторов окружающей среды.

Среди них выделяются:

• суточные циклы;
• количество солнечных дней в году;
• объем и агрессивность рентгеновского и ультрафиолетового излучения;
• экологическая обстановка в ареале произрастания;
• влажность и температура воздуха;
• уровень загрязнения атмосферной смеси вредными выбросами промышленного производства;
• сила ветра;
• активность вредителей.

Солнечный свет способствует раскрытию щелевых отверстий устьичных образований. В культивируемых зонах, парниковых, тепличных и оранжерейных комплексах эту функцию выполняют искусственные светодиодные или галогенные источники электромагнитного излучения.

Солнечное изучение энергично впитывается хлорофиллом – зеленым пигментом, задействованным в химической реакции фотосинтеза. В результате такого процесса возрастает температура листьев и усиливается парообразование. Активизация транспирации охлаждает поверхность, что лежит в основе ее терморегулирующей функции. Даже рассеянное излучение низкой интенсивности усиливает парообразование примерно на 30-40% в сравнении с показателем процесса, проходящего в ночное время или при вечерних сумерках.

Научные данные гласят, что 100 см2 кукурузных листьев в полной темноте испаряют 0,097 г жидкости за 1 ч. При мягком рассеянном освещении это показатель возрастает до 0,114 г, а под воздействием прямого солнечного излучения – до 0,785 г/ч. Не менее важный фактор влияния на естественный ход транспирации – температура атмосферного воздуха. По мере его нагревания испарительный процесс ускоряется, поскольку молекулы воды разгоняются и усиливается диффузия пара с коллоидной поверхности клеточных мембран.

Транспирация у растений – это процесс, подверженный многофакторному как естественному, так и техногенному влиянию. Промышленные загрязнения воздуха повышают его плотность, а выбросы в атмосферу углекислых соединений создают парниковый эффект. Это приводит к резкому росту температуры и ускорению транспирации. Важный естественный фактор – сила ветра, которая играет неоднозначную роль в физиологических реакциях растительных организмов. В результате интенсивного движения атмосферных потоков тяжелые влажные слои заменяются легкими сухими.

Это оказывает существенное влияние на отвод испаренной воды из межклеточного пространства листьев. Порывы ветра провоцируют преждевременное замыкание устьичных щелей, что приводит к замедлению физиологической реакции.

Проект «Что такое транспирация у растений»

Транспирация
– это испарение воды
листьями. Она, испаряясь,
выходит через устьица (маленькие поры
на поверхности листьев). Этот процесс
важен для выживания любого растительного
организма. Его скорость зависит от
температуры воздуха и солнечного света.
Испарение воды листьями
способствует ее движению внутри
растения, а также растворению минеральных
солей, необходимых для питания и
охлаждения.

Большая часть поглощаемой влаги выделяется в процессе транспирации. Сложно разделить процессы испарения и транспирации, поэтому данное явление зачастую называется «эвапотранспирацией». Название сочетает два понятия: первое происходит от латинского слова «evaporatio» (испарение), суть второго описана выше.

Транспирация происходит у всех растений. Ее скорость также зависит от их физических особенностей и условий окружающей среды. Поскольку влага выделяется, главным образом, через листья, то процесс транспирации у растений с крупными листьями выражен ярче, чем у тех, у которых они небольшие.

Такие
факторы, как влажность воздуха и
температура, также влияют на скорость
транспирации. Почва тоже должна быть
достаточно влажной. Благодаря этому
проекту вы сможете сопоставить то, что
видите, с процессом проникновения влаги
в ткани растительных организмов и ее
выделения путём испарения.

Этот
опыт по биологии поможет
вам определить, сколько влаги способно
поглотиться и выделиться через испарение
воды листьями за определённый
промежуток времени. Две трубки для
тестирования или два продолговатых
трубчатых контейнера на три четверти
заполняются водой. В одну из них помещается
стебель. Нужно следить за уровнем воды,
делая записи. Измерять ее уровень нужно
через определённый промежуток времени.
На основе полученных результатов
подготовьте таблицы и графики. Этот
проект поможет подтвердить или
опровергнуть идею о том, что
растения выделяют влагу во время процесса
под названием «транспирация», вследствие
которого происходит испарение.

Что нам понадобится:

• 2 тестовые трубки;
• пустая металлическая банка;
• пластиковый пакет;
• вода;
• ручка;
• линейка;
• изолента;
• секундомер или часы;
• свежая ветка или небольшие веточки с листьями (не меньше 5 на каждой из них).

За
исключение ветки и тестовых трубок, все
материалы для данного проекта можно
приобрести в магазинах или по интернету.
2 тестовые трубки можно взять на время
в лаборатории школы или приобрести в
магазине. Большинство детских наборов
юного химика включает инструменты,
которые пригодны для этого проекта.

Ход эксперимента:

1. Заполните две трубки водой приблизительно на три четверти. Поставьте их в пустую металлическую банку.
2. Для того чтобы контролировать испарение, накройте одну тестовую трубку чистым целлофаном. Закрепите его при помощи изоленты.
3. Проткните стеблем целлофан. Он должен находиться в прямом положении. Отверстие запечатайте при помощи изоленты.
4. Линейкой измерьте количество воды в каждой трубке. Убедитесь, что верно измерили ее уровень. Держите ее прямо и проведите измерение от верхней границы до дна. Запишите полученные данные в таблицу.

1. Подождите 15 минут. Измерьте уровень воды в каждой трубке ещё раз. Запишите полученные данные в таблицу.
2. Повторите шаг 4 ещё три раза. Каждый раз записывайте полученные результаты.
3. Подождите 24 часа. Измерьте уровень воды в каждой трубке. Запишите результаты.
4. Используя полученные данные, составьте гистограмму (в виде столбцов) или линейную диаграмму. На оси X обозначьте скорость транспирации (в минутах), а на оси Y – уровень воды (высота в мм).
5. Подсчитайте скорость, выполняя следующие операции:

Тест с веткой:

Начальный уровень – Уровень через 24
часа = Разница уровня (A)

Тест без ветки:

Начальный уровень – Уровень через 24
часа = Разница (B)

Разница уровня воды благодаря транспирации:

Разница A — Разница B = Потеря воды через транспирацию

1. Чтобы подсчитать скорость транспирации и испарения в час, используйте следующие формулы: Количество потерянной воды ÷ 24 часа = ________ испарения воды/час.

Вывод:

Вследствие чего уровень воды в трубке со стеблем уменьшается? Происходит ли то же самое в трубке, заполненной водой, но без растения? Какова скорость транспирации по вашим подсчётам? Используя графики, сравните ее скорость со скоростью испарения. Что служило контрольной точкой для данного исследования?

Роль в физиологии растений

Такой биологический процесс обеспечивает нормальное функционирование систем растительного организма. Во многом благодаря транспирации созревают плоды и завязываются побеги. Этот процесс защищает растение от негативных внешних воздействий. Вместе с водой по тканям распространяются минеральные соединения. За счет транспирации снижается корневое натяжение и организм получает необходимые питательные вещества

В культивируемой зоне благодаря этому важному биологическому процессу распространяются удобрения, которые повышают урожайность

В оранжерейных и парниковых системах, где атмосферный воздух зачастую характеризуется высоким показателем влажности, транспирационный механизм замедляется. В таких условиях не редкость ожоги листьев при искусственном досвечивании или прямом воздействии агрессивного солнечного ультрафиолета. Транспирация связана с биологическими свойствами воды и ее ролью в жизнедеятельности растений. У некоторых культур это физиологическое явление служит цели насыщения жидкостью коллоидов протоплазмы, что обуславливает активное плодоношение и созревание.

Роль испаряемой в результате транспирации воды в биологических процессах развития растительных организмов:

Для функционального состояния и планомерного развития растительного организма важна не только общая увлажненность, зависимая от интенсивности транспирационного процесса.

Большое значение имеют физико-химические характеристики воды:

• концентрированность;
• энергетический уровень;
• показатель текучести;
• реакционные способности.

Важна роль транспирации в прохождении фотосинтеза. Он лучше всего протекает в температурном диапазоне +20…+25°С, который обеспечивается биологической системой терморегуляции.

Транспирация на протяжении суток

Наиболее ослаблена физиологическая реакция ночью и ранним утром до восхода Солнца. Транспирация четко привязана к суточному циклу и биологическому ритму растения. С появлением светила над горизонтом и увеличением объема поглощаемого солнечного излучения биологическая реакции интенсифицируется. Этому способствуют попутные факторы – повышение температуры атмосферной смеси, уменьшение концентрации в воздухе скопивших за ночь водяных испарений, усиливающиеся под воздействием излучения порывы ветра. Чем выше светило в зените, тем интенсивнее транспирация.

К вечеру она замедляется и падает до суточного минимума в ночные часы. Это теоретическая модель транспирационного процесса, которой практически невозможно достичь в естественных условиях.

Здесь не учитываются:

• пора года;
• географическая широта;
• тип почвы;
• уровень экологической загрязненности;
• особенности региона;
• наличие рек и других водоемов вблизи места произрастания;
• переменчивость погоды;
• влияние циклонов, прочие факторы.

Наиболее интенсивно физиологическая реакция протекает при безоблачном небе в теплое время года.

Механизм транспирации

Процесс жизнедеятельности любого растения неразрывно связан с потреблением влагой. Из суточного объема полученной воды для фотосинтеза и физиологических потребностей растению необходимо только 10%. Оставшиеся 90% испаряются в атмосферу.

Транспирация – это процесс перемещения жидкости по растительному организму и ее испарения наземной частью растения. В транспирации участвуют листья, стебли, цветы, плоды, корневая система растительного организма.

Зачем растению нужно испарять влагу? Транспирация позволяет растению получать из грунта питательные вещества и микроэлементы, растворенные в воде.

Механизм действия следующий:

1. Освобождаясь от лишней влаги, в водопроводящих тканях растений создается отрицательное давление.
2. Разряжение «подтягивает» влагу из соседних клеток ксилемы, и так, по цепочке, непосредственно до всасывающих клеток корневой системы.

Благодаря процессу испарения растения естественным образом регулируют свою температуру, защищая себя от перегрева. Доказано, что температура транспирирующего листа ниже не испаряющего влагу. Разница достигает 7°С.

У растений различают две разновидности влагообмена:

• посредством устьиц;
• через кутикулы.

Чтобы понять принцип действия данного явления необходимо вспомнить строение листа из школьного курса биологии.

Лист растения состоит из:

1. Клеток эпидермиса, которые образуют основной защитный слой.
2. Кутикула – восковой (внешний) защитный слой.
3. Мезофилл или «мякоть» – основная ткань, расположенная между внешними слоями эпидермиса.
4. Прожилки – «транспортные магистрали» листа, по которым перемещается влага насыщенная питательными веществами.
5. Устья – отверстия в эпидермисе, контролирующие газообмен растения.

При устьичной транспирации, процесс испарения происходит в две стадии:

1. Переход влаги из жидкой фазы в парообразную. Вода в жидком состоянии находится в клеточных оболочках. Пар формируется в межклеточном пространстве.
2. Выделение газообразной влаги в атмосферу через устья эпидермиса.

При устьичном влагообмене растение может регулировать уровень испарения. Далее рассмотрим механизм действия данного процесса.

Кутикулярная транспирация регулирует испарение влаги с поверхности листьев при закрытых устьях. Интенсивность испарения жидкости зависит от толщины кутикулы и возраста растения.

Важно знать, что уровень устичной транспирации составляет от 80 до 90 % от объема испарения всего листа. Именно поэтому такой механизм является основным регулятором интенсивности испарения у растений

викторина

1. Какой тип транспирации НЕ является?A. Лентикулярная транспирацияB. Мезархальная транспирацияC. Кутикулярная транспирацияD. Стоматальная транспирация

Ответ на вопрос № 1

В верно. Лентикулярная, кутикулярная и устная транспирация – это формы транспирации, при которых вода теряется через линзу, кутикулу и устьицу соответственно. Мезархальная транспирация не существует. Месарх описывает путь развития ксилемы.

2. Когда температура повышается, что происходит со скоростью транспирации?A. Транспирация увеличивается.B. Транспирация уменьшается.C. Транспирация остается с той же скоростью.

Ответ на вопрос № 2

верно. Когда температура увеличивается, транспирация также увеличивается. Растения больше открывают свои устьицы в горячих средах, так что вода может испаряться, что охлаждает растение. Поэтому растения в горячих средах обычно переносят больше, чем растения в более холодных средах.

3. Когда _____________ увеличивается, скорость транспирации уменьшается.A. ветерB. Влага в почвеC. Влага в воздухеD. температура

Ответ на вопрос № 3

С верно. Когда относительная влажность высокая, транспирация уменьшается. Меньше воды испаряется в окружающий воздух, если в воздухе больше влаги. Когда влажность низкая, а воздух сухой, транспирация увеличивается. Вода проникает в воздух через диффузию; он перемещается из области с более высокой концентрацией (лист) в область с более низкой концентрацией (воздух).