Лекции по "Ботанике"

Фермент забирает энергию у АТФ. Делает он это, разрывая фосфатную цепочку  и присваивая себе одну из трёх фосфатных  групп. Таким образом адениновый нуклеотид превращается в аденозиндифосфат – АДФ. Митохондрия как раз и возвращает отданную фосфатную группу, и процесс повторяется вновь и вновь.

"Окислительно-восстановительный  потенциал (ОВП) является мерой  химической активности элементов  или их соединений в обратимых  химических процессах, связанных  с изменением заряда ионов  в растворах". ОВП, называемый также редокс-потенциал, характеризует степень активности электронов в окислительно-восстановительных реакциях, т.е. реакциях, связанных с присоединением или передачей электронов. При измерениях (в электрохимии) величина этой разности обозначается как Eh и выражается в милливольтах. Чем выше концентрация компонентов, способных к окислению, к концентрации компонентов, могущих восстанавливаться, тем выше показатель редокс-потенциала. Такие вещества, как кислород и хлор, стремятся к принятию электронов и имеют высокий электрический потенциал, следовательно, окислителем может быть не только кислород, но и другие вещества (в частности, хлор), а вещества типа водорода, наоборот, охотно отдают электроны и имеют низкий электрический потенциал. Наибольшей окислительной способностью обладает кислород, а восстановительной - водород, но между ними располагаются и другие вещества, присутствующие в воде и менее интенсивно выполняющие роль либо окислителей, либо восстановителей.  
 
Значение окислительно-восстановительного потенциала для каждой окислительно-восстановительной реакции может иметь как положительное, так и отрицательное значение.

В природной воде значение Eh колеблется от -400 до +700 мВ, что определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных процессов. В условиях равновесия значение ОВП определенным образом характеризует водную среду, и его величина позволяет делать некоторые общие выводы о химическом составе воды.

В зависимости от значения ОВП различают  несколько основных ситуаций, встречающихся  в природных водах:

Окислительная. Характеризуется значениями Еh> +(100-150) мВ, присутствием в воде свободного кислорода, а также целого ряда элементов в высшей форме своей валентности (Fe3+, Mo6+, As5-, V5+, U6+, Sr4+, Cu2+, Pb2+). Ситуация, наиболее часто встречающаяся в поверхностных водах.

Переходная окислительно-восстановительная. Определяется величинами Еh от 0 до +100 мВ, неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием сероводорода и кислорода. В этих условиях протекает как слабое окисление, так и слабое восстановление целого ряда металлов;

Восстановительная. Характеризуется  значениями Еh<0. Типична для подземных вод, где присутствуют металлы низких степеней валентности (Fe2+, Mn2+, Mo4+, V4+, U4+), а также сероводород.

9. Состояние воды в  растении в связи с особенностями  ее молекулярной структуры. Роль  воды в структуре и функциях  растительного организма

СОСТОЯНИЕ ВОДЫ в растениях, совокупность определенных параметров, характеризующих  водный обмен клеток и их составных  частей. Экспериментальный материал показывает связь С. в. с физиологическими процессами, происходящими в растении.  Параметрами С. в. в растениях являются: активность и соотношение "свободной" и "связанной" воды, водоудерживающая способность, количество водородных связей. Установлена связь С. в. с активностью ферментов, фотосинтезом, дыханием растений, ростом листьев. Введение в физиологию растений термодинамич. представления об активности воды (водного потенциала) способствует пониманию причин, вызывающих передвижение воды как в растении, так и в системе "почва — растение — атмосфера". Долгое время к числу физиологически показателей, характеризующих С. в., относили "свободную" и "связанную" воду, определяемую рефрактометрическим методом. При наступлении засухи снижается интенсивность транспирации и водного потенциала, возрастает водоудерживающая способность листьев и сосущая сила клеток.

Функции воды в метаболизме  растений

В среднем вода составляет 80-90% массы  растения. Однако ее содержание меняется и в значительной степени зависит  от видовых особенностей, ткани и  органа, возраста, функциональной активности, факторов внешней среды.

Основные функции воды в растениях:

1) Объединяет все части организма,  образуя непрерывную водную фазу;

2) Образует раствор и среду  для реакций метаболизма;

3) Принимает участие в различных  процессах как вещество реакции

4) Обеспечивает передвижение веществ  по сосудам растения, по симпласту и апопласту;

5) Защищает ткани растений от  резких колебаний температуры  (благодаря высокой теплоемкости  и большой удельной теплоте  парообразования);

6) Обеспечивает упругость тканей  и органов, выполняет роль амортизатора при механических воздействиях;

Функции воды обусловлены особыми  физико-химическими свойствами и  строением молекулы. Молекула воды полярная и представляет из себя диполь ( Нδ+ - Оδ-). Геометрия молекулы отвечает дважды незавершенному тетраэдру. Такая геометрическая форма вызывает разделение в пространстве «центров тяжести» отрицательного и положительного зарядов и образования диполя молекулы воды.

Диполи воды могут взаимодействовать  друг с другом за счет образования  водородных связей. Благодаря способности  молекул воды связываться друг с  другом вода обладает рядом свойств, имеющих важное значение для жизни:

Вода способна слипаться сама с собой (когезия). Когезия обусловливает поверхностное натяжение вод , из-за которого вода как бы покрыта кожицей. Благодаря когезии вода заполняет тонкие проводящие пучки.

Полярные молекулы воды притягиваются  любой поверхностью, несущей электрический  заряд (адгезия). Адгезия обусловливает  капиллярные свойства воды – способность  подниматься по мелким порам клеточной  стенки, сосудов, почвы. Молекулы воды прилипают к поверхности поры и благодаря сцеплению с нижележащими молекулами втягивают их в пору.

Вода является растворителем. Благодаря полярной природе вода обладает способностью взаимодействовать с ионами и другими полярными соединениями и смешивать их с молекулами растворителя (воды).

Вода обладает высокой  теплопроводностью. Теплопроводность – это мера способности теплоты распространяться по данному веществу. В организме постоянно идут реакции, сопровождающиеся выделением тепла.

Вода имеет высокую  температуру кипения. Для разрыва водородных связей требуется затратить много энергии. Достигнув температуры кипения, вода превращается в газ (водяной пар), в котором каждая молекула воды уже не связана ни с какой другой.

Состояние воды в растениях:

Вода по физическим свойствам бывает: твердая, жидкая, парообразная

В клетках вода находится в двух формах:

- свободная вода

- связанная вода

Свободная вода – подвижна, она имеет практически все физико-химические свойства чистой воды, хорошо проникает через клеточные мембраны. Существуют специальные мембранные белки, образующие внутри мембраны каналы, проницаемые для воды (аквапорины). Свободная вода вступает в различные биохимические реакции, испаряется в процессе транспирации, замерзает при низких температурах.

Связанная вода – имеет измененные физические свойства главным образом в результате взаимодействия с неводными компонентами. Условно принимают под связанной водой ту, которая не замерзает при понижении температуры до – 10°С.

Связанная вода в растениях бывает:

1) Осмотически- связанная

2) Коллоидно-связанная

3) Капиллярно-связанная

Осмотически-связанная вода – связана с ионами или низкомолекулярными веществами. Вода гидратирует растворенные вещества – ионы, молекулы.

Коллоидно-связанная вода – включает воду, которая находится внутри коллоидной системы и воду, которая находится на поверхности коллоидов и между ними, а также иммобилизованную воду.

10.  Почвенная вода, степень ее подвижности и доступности для растений.

В почве имеются водоудерживающие силы, которые определяют притяжение воды к почвенным частицам, поэтому  далеко не вся вода, находящаяся  в почве доступна растениям.

По степени доступности для  растения различают следующие формы  почвенной влаги:

Гравитационная - это вода, заполняющая большие почвенные капилляры, попадающая в почву при дожде или поливе, быстро двигающаяся вниз в глубокие слои почвы под действием силы тяжести собственного веса. Для растений существенного значения не имеет, так как хотя и поглощается ими, но быстро уходит из зоны почвы, где располагается корневая система.

Капиллярная - это вода, заполняющая узкие капилляры и удерживающаяся силами поверхностного натяжения менисков. Она находится в почве длительное время, незначительно притягивается к почвенным частицам, является наиболее доступной для растений формой.

Пленочная - это вода, покрывающая непосредственно почвенные частицы, удерживающаяся на их поверхности силами молекулярного притяжения или адсорбционными силами почвенных частиц. Эта вода труднодоступна для растений, поглощается в основном растениями, приспособленными к засушливым условиям, имеющими очень высокую концентрацию клеточного сока.

Гигроскопическая - это вода, находящаяся в воздушно-сухой почве, удерживаемая внутри почвенных частиц силой свыше 100000 килопаскаль. Ее количество колеблется от 5% в песчаной почве до 14% в глинистой почве. Для растений эта вода недоступна.

Имбибиционная - это вода, находящаяся внутри коллоидных частиц почвы, вызывающая их набухание, при этом в набухшей коллоидной частице создаются значительные водоудерживающие силы. Эта форма воды характерна для торфяников. Для растений она также практически недоступна.

Вода в растении состоит из фракций, различающихся по своей подвижности  из-за связи с различными соединениями. 85-90 % воды приходится на более подвижную фракцию. В эту фракцию входит резервная вода, заполняющая вакуоли и другие компартменты клетки. Она осмотически связана с сахарами, органическими кислотами, минеральными солями и другими растворенными в ней веществами. К подвижной фракции относят и интерстициальную воду, выполняющую транспортную функцию и находящуюся в клеточных стенках, межклетниках и сосудах растения.

Фракция малоподвижной воды составляет 10-15 % всей воды клетки. Это конституционная  вода, химически связанная и входящая в состав неорганических соединений, а также гидратационная вода, образующая оболочки вокруг молекул веществ. Воду, гидратирующую мицеллы, называют коллоидносвязанной, кот. необходима для нормального функционирования клетки и ее устойчивости при попадании в неблагоприятные условия.

11.  Передвижение воды в системе почва - растение - атмосфера. Понятие о водном потенциале. Гуттация и плач у растений.

В системе "почва - растение - атмосфера" водный потенциал изменяется от самого высокого значения в почвенном растворе до самого низкого в воздухе. Вода переходит из растения в окружающий воздух в парообразном состоянии. В  мезофилле листа имеются обширные межклеточные пространства, и каждая клетка мезофилла хотя бы одной стороной граничит с таким межклетником. Вследствие испарения воды с влажных клеточных  стенок воздух в межклетниках насыщен  водяными парами, часть которых через  устьица выходит наружу.

Водный потенциал выражает способность  воды в данной системе, в том числе  в почвенном растворе, или в  клетке растения, или в атмосфере, совершить работу по сравнению с  той работой, которую при тех  же условиях совершила бы чистая вода.

Водный потенциал, являясь фактически мерой активности воды, определяет термодинамически возможное направление ее транспорта. Молекулы воды всегда перемещаются от более высокого водного потенциала к более низкому, подобно тому, как вода течет вниз. Водный потенциал имеет размерность энергии, деленной на объем, поэтому его выражают в барах или паскалях (1 атмосфера = 1,013 бар = 105 Па.106Па равны 1 мегаПа).

Гуттация - это выделение капельножидкой влаги листьями через гидатоды (спец. образования, локализованные в зубчиках листьев),  в условиях затрудненного испарения, характерно для тропических растений, приспособленных к жизни в условиях повышенной влажности, при которых транспирация затруднена.

Плач растения - это вытекание пасоки (воды с растворенными в ней минеральными веществами, находящейся в ксилеме) из стеблей растений со срезанными побегами.  Явление «плача» свидетельствует о значительном корневом давлении, которое в этот период достигает не менее 10 атм.

 

12. Поступление воды в  растение. Корень как основной  водопоглощающий орган. Радиальное передвижение воды в тканях корня.

Наземные растения, в основном, поглощают воду из почвы. Однако некоторое  количество воды может попадать в  листья из воздуха. Есть даже растения, для которых атмосфера является главным источником влаги.

Корневая система является органом  поглощения воды из почвы.

Поглощение воды и питательных  веществ осуществляется корневыми  волосками ризодермы. Ризодерма – это однослойная ткань, покрывающая корень снаружи. У одних видов растений каждая клетка ризодермы формирует корневой волосок, у других она состоит из двух типов клеток: трихобластов, образующих корневые волоски, а атрихобластов, не способных к образованию волосков.

Из ризодермы вода попадает в клетки коры. У травянистых растений кора корня обычно представляет собой несколько слоев живых паренхимных клеток. Между клетками имеются крупные межклетники, обеспечивающие аэрацию корня. Через клетки коры возможны два пути транспорта воды и растворов минеральных солей: по симпласту и апопласту. Более быстрый транспорт воды происходит по апопласту, так как в цитоплазме вода отвлекается на нужды клетки.

Затем вода попадает в клетки эндодермы. Эндодерма – это внутренний слой клеток коры, граничащий с центральным цилиндром. Их клеточные стенки водонепроницаемы из-за отложения суберина и лигнина (пояски Каспари). Поэтому вода и соли проходят через клетки эндодермы по симпласту и транспорт воды в эндодерме замедляется. Это необходимо, так как диаметр стели (центрального цилиндра), куда попадает вода из эндодермы, меньше всасывающей поверхности корня.