В среднем растение на 80 процентов состоит из воды. У типичных ксерофитов (растений засушливых областей, пустынь или безводных почв) содержание влаги низко, у растений, запасающих воду впрок, оно нередко достигает 95% общего веса. Как это вообще свойственно живой природе, вода играет большую роль в жизни растений. Она регулирует прочностные свойства их тканей: является растворителем для питательных солей, которые затем разносятся по всему растению; оказывает прямое воздействие на электрические процессы, протекающие в растении. При обязательном участии воды в живом организме осуществляются все химические реакции, и, наконец, без нее невозможен синтез твердых неводных растительных веществ. Поэтому для растения регулярное снабжение его водой составляет одну из жизненно важных проблем вообще.

Водным растениям в этом отношении намного легче: они могут вбирать всю столь необходимую для их существования влагу всей своей поверхностью. Наземные растения, как правило, усваивают воду из влажной почвы с помощью сосущих корней. Корневая система растений устроена в высшей степени рационально и даже у одного и того же растения обладает очень высокой приспособляемостью - сайт. Например, если растение пересадить в водный питательный раствор, в котором полностью отсутствует почва, то структура его корневой системы изменится исключительно быстро. Образуется широко разветвленная сеть дополнительных корневых волосков, которая дает возможность корням выполнять их основную функцию - активно всасывать воду и направлять ее под давлением в проводящую систему растения.

Возможности подобной системы лучше всего проявляются в экстремальных ситуациях, на переходе от еще возможного к уже невозможному. Необходимость - мать изобретений. Поэтому нас не должно удивлять, что там, где растения испытывают острую потребность в воде, мы обнаруживаем наиболее интересную и самую совершенную технологию ее получения .

Крайнюю нехватку воды растения ощущают прежде всею в тех местообитаниях, где они непосредственно не соприкасаются ни с водой, ни с почвой. В подобных условиях произрастают эпифиты, в частности большинство видов тропических орхидей. Они живут в кронах высоких деревьев девственных лесов, но не пользуются ни их влагой, ни их питательными веществами, а лишь прикрепляются к ним. У этих растений нет и корней, которые бы спускались до самой почвы, а стволы и листья деревьев-опор бывают нередко настолько гладкими, что дождевая вода беспрепятственно тотчас же стекает по ним на землю. Проточной водой орхидеи не имеют возможности постоянно пользоваться, или же ее нет в достаточном количестве.

Но существенно то, что воздух в дождевых тропических лесах очень влажен. Частью ливни и интенсивная в условиях высоких температур транспирация листьев способствует созданию тепличной атмосферы, когда необходимая для жизни вода буквально висит в воздухе. Орхидеи добывают ее сравнительно традиционным способом. Для этой цели они обзавелись корнями, правда воздушными, которые свободно висят в пространстве, сильно ветвясь и плотно сплетаясь между собой. Но для того чтобы корни не высыхали и могли бы безотказно поглощать воду, им недостает совсем немногого: влажной почвы. Растения поступают здесь просто и эффективно: они сами для себя создают искусственную «почву». Воздушные корни орхидей покоятся в веламене, представляющем собой относительно толстый; слой рыхлой ткани. Эта ткань состоит из отмерших клеток и очень похожа на пористую губку. В сухую погоду «губка» сжимается и становится совершенно белой из-за большого числа пустот, наполненных воздухом. Но уже при самой незначительной влажности воздуха она, словно промокательная бумага, начинает жадно впитывать атмосферную влагу. Если чересчур влажно и все поры заполнены водой, ткань приобретает сероватый оттенок. Корни могут свободно забирать воду из веламена и направлять ее в систему водоснабжения растения.

Некоторые представители ластовневых, также обитающих высоко в кронах деревьев-хозяев, выработали технологию сбора воды, которая с функциональной точки зрения похожа на технику, применяемую орхидеями. Однако конструктивно их механизм отличен. Как и орхидеи, эти растения «защищают» свои корни от высыхания и в то же время «заботятся» о том, чтобы в непосредственной близости от корней постоянно находился воздух, насыщенный парами воды. Особой губчатой ткани у ластовневых нет. Вместо того они своими листьями, создающими густую тень, заслоняют от солнечных лучей плотно прилегающие к стволу дерева-опоры корни. Чем теснее прижимаются листья к коре, тем более влажным становится находящийся между ними и стволом дерева воздух - сайт. Исключительно ярко выражено это защитное приспособление у весьма распространенного на Яве Conchophyllum imbricatum. Его утолщенные хрящевидные листья имеют форму створки раковины, а своими краями вплотную проникают к коре дерева, по ней же стелется корень растения. Под каждым листом образуется наполняемая влажным воздухом полость, в которую, ветвясь, врастает корень, выпущенный стеблем. Остается лишь восхищаться тем, как рационально взаимоувязаны между собой местоположения листа и корня.

Истинную изобретательность в использовании принципа корневой полости проявил еще один вид лиан, относящийся к тому же семейству. Речь идет об обитающей там же на Яве дисхидии (Dischidia rafflesiana). Ее стебель выпускает листья двух видов: обычные листья зеленого цвета и пустотелые, мешковидный формы и линялой желтовато-зеленой окраски образования, напоминающие по внешнему виду сплющенные по продольной оси клубни. Там, где эти урнообразные листья отходят от стебля растения, имеется отверстие, края которого заметно подогнуты внутрь. Изнутри «урны» выстланы толстым слоем растительного воска черно-фиолетового цвета. Через располагающиеся в восковом налете микроскопические устьица растение транспирирует. В тех местах, где формируются урнообразные листья, стебель пускает корни, проникающие сквозь узкое отверстие в полость урны. В полной темноте корни плотно прилегают к ее стенкам и усиленно ветвятся.

Обобщим наши наблюдения.

Во-первых, конструкция в целом со многих точек зрения представляет собой великолепное техническое решение проблемы накопления, хранения и использовании воды. В результате перепада температур, обусловленного сменой дня и ночи, чередования яркого освещения и затенения на внутренних стенках листа-урны легко конденсируются нары воды, которую без труда поглощают проникающие сюда снаружи корни растения. Заметим, кстати, что водой-конденсатом, полученной за счет разницы температур, пользуются жители некоторых островов вулканического происхождения (например, Канарских). Крестьяне покрывают свои поля 20-сантиметровым слоем грубозернистого пемзового песка или вулканического пепла. При понижении температуры в ночное время в порах этих материалов скапливается конденсационная влага, усваиваемая затем сельскохозяйственными растениями. Без такого пористого покрытия было бы немыслимо ведение сельского хозяйства в районах, где осадки выпадают не чаще одного раза в три года.

Во-вторых, даже в засушливые периоды относительная влажность воздуха внутри урнообразного листа остается все еще настолько высокой, что корни растения не высыхают.

В-третьих, объем испаряемой этими листьями воды сводится до минимума, поскольку внутри них постоянно имеется влажный воздух и царит полный «штиль» - два обстоятельства, которые резко ограничивают интенсивность транспирации.

И наконец, в-четвертых, взамен израсходованной влаги может быть незамедлительно сконденсирована новая, которая опять же будет поглощена корневой системой. В целом это весьма напоминает механизм снабжения водой крупного промышленного центра, когда происходит многократное использование потребленной и регенерированной воды.

Но там, где человек осуществляет водоподготовку с помощью химии, дисхидия применяет дистилляцию, метод, не вызывающий практически никаких возражений с точки зрения физиологии. Более эффективного способа получения воды для ее повторной утилизации трудно придумать. Если воспользоваться терминологией из области охраны окружающей среды, то можно сказать, что в урнообразных листьях тропической лианы происходит настоящая рециркуляция водного ресурса (иными словами, повторное включение воды в существующий круговорот ее потребления).

Мы, люди, должны научиться тому, что в состоянии делать дисхидия, и как можно скорее, поскольку уровень загрязнения водной среды на нашей планете все возрастает. В комплексе неотложных мер по предотвращению возможной катастрофы одна из наиболее важных - это организация производства по принципу рециркуляции природных ресурсов. Запасы питьевой воды у человечества столь же ограничены, как и у дисхидии с ее урнообразными листьями. Поэтому мы должны обходиться с водой столь же бережно и рационально. Приступать к регенерации воды нам следует не тогда, когда мы вновь ощутим потребность в ней, а уже в тот момент, когда мы производим промышленные и бытовые стоки. Заметим попутно, что растение никогда не выделяет загрязненной воды, в процессе испарения оно расстается с уже очищенной влагой. Итак, только практика возврата воды в круговорот ее потребления (рециркуляция) позволит обеспечить нас достаточным ее количеством.

В тех случаях, когда урнообразные листья дисхидии висят среди ветвей строго вертикально, отверстием вверх, они дополнительно играют роль цистерн и резервуаров для сбора воды и питательных веществ - сайт. В них скапливается дождевая вода, а также продукты разложения попавших внутрь и погибших там насекомых. Если же учесть, что эти растения предпочитают более сухие и более открытые солнечному свету места обитания в отличие от эпифитных орхидей с их тканью, способной впитывать влагу воздуха, словно губка, то не трудно понять, почему дисхидии стремятся крайне экономно расходовать воду.

В климатически сходных условиях растут многие американские виды семейства бромелиевых. Они также предпочитают селиться в кронах высоких деревьев, где они полностью открыты горячим лучам тропического солнца и одновременно воздействию жарких ветров. Ввиду скудости дождевых осадков в этой местности бромелиевые вынуждены покрывать все свои потребности в воде за счет атмосферной влаги, содержащейся в воздухе, в первую очередь влаги, приносимой столь частыми здесь ночными туманами. Именно по этой причине она выработали совершенно иную, чем у орхидей и ластовневых, технологию получения воды. Одни из них вовсе отказались от корней, другие используют их лишь в качестве прикрепительных органов, которые нередко выдерживают на себе значительный по весу груз.

Большинство же избрало самый прямой путь получения воды: непосредственно из воздуха в листья . Для этого, разумеется, необходимы специальные приспособления. И они есть. Это - микроскопические чешуйки, постоянно поглощающие воду из воздуха.

Пример - эхмея (Aechmea chantinii), одно из комнатных растений семейства бромелиевых. Ее узкие, длинные и сочные листья украшены белыми поперечными полосками. Если рассматривать эти полоски в лупу, можно заметить, что они образованы множеством мельчайших круглых пластиночек, диаметр каждой из которых едва достигает одной четверти миллиметра. И лишь под микроскопом становится видно, что пластинки на самом деле имеют форму крошечных воронок, серединой своей уходящих в глубь листа. Их края свободно лежат на поверхности листа, не прирастая к нему, но при этом они многократно перекрывают друг друга. В свою очередь каждая из воронок состоит из отдельных клеток.

Диаметр этих микросозданий природы составляет одну сотую миллиметра, и их с полным правом можно считать самыми маленькими в мире вакуумными насосами. Это пустотелые, сжимающиеся в сухую погоду клетки. При увлажнении их стенки быстро набухают и распрямляются; вся клетка вытягивается, и внутри нее образуется разрежение, проявляющее по отношению к внешней среде всасывающий эффект. Клетка жадно впитывает влагу из воздуха. Разница в концентрации клеточного сока в клетках воронки заставляет поглощенную воду передвигаться внутрь листа. Очень часто воронки располагаются на поверхности листа чрезвычайно плотно, и тогда растение способно вобрать в себя огромное количество влаги, приносимой туманом или росой. Сухая воронка может всосать целиком каплю воды.

Некоторые виды бромелиевых (например, тилландсия Tillandsia usneoides), свисающие, словно бороды великанов, с ветвей дерева-опоры, в сухом состоянии настолько легки, что можно предположить, что они не тонут в воде. На самом же деле стоит им оказаться на поверхности водоема, как их воронки начинают весьма быстро вбирать воду. Вес растения возрастает, и оно идет ко дну. В засушливых районах тропиков тилландсии, используя только воздух и воду, производят огромное количество растительного вещества, которое местные жители применяют в качестве упаковочного материала.

Совершенно иную систему утилизации атмосферной влаги выработали некоторые растения пустынь и полупустынь. Чтобы сделать описание этой системы более наглядным и понятным для читателя, я вначале вкратце расскажу о технологии лакокрасочного покрытия, которая активно используется в последние годы в промышленности.. Этот метод позволяет, применяя специально сконструированный для подобных целей пистолет-распылитель, покрывать краской или лаком изделия либо его детали буквально из-за угла. При этом полет мельчайших частичек краски происходит не по произвольной траектории, а таким образом, что все они подлетают к предмету, который необходимо покрасить, с нужной стороны: спереди, с боков и даже сзади.

В рекламных текстах столь соблазнительные для пользования достоинства электростатического метода покрытия расхваливаются весьма назойливым образом, но тем не менее без излишнего преувеличения. В них, в частности, говорится о том, что частички краски летят вдоль «силовых линий электрического поля». А это, в свою очередь, означает, что они, подобно маленьким магнитам, притягиваемым крупной металлической деталью, испытывают притяжение со стороны окрашиваемой поверхности. Поэтому они не пролетают мимо нее по прямой линии, как это происходит при наиболее распространенном способе нанесения краски распылением ее сжатым воздухом, а приобретают в пистолете-распылителе сильный электромагнитный заряд, который и направляет их к окрашиваемой детали. Попав на нее, частички краски теряют свой заряд.

В сравнении с традиционной технологией метод покрытия в электростатическом поле позволяет сберечь до 60 процентов распыляемого красителя. Его применение приносит народному хозяйству значительную экономическую выгоду. Что касается растений, то им этот метод известен с древнейших времен. Желательную для них ситуацию, несколько изменив суть дела, можно описать таким образом: если бы удалось взвешенные в воздухе мельчайшие частички влаги с помощью электростатических сил доставить растению, иными словами, притянуть их к растению как бы магнитом, то тогда появилась бы возможность во много раз повысить эффективность использования атмосферной влаги. Полезный эффект был бы здесь намного больше тех 60 процентов, о которых шла речь выше. Но эта цифра рассчитана, исходя из допущения, что предварительно вся система была тщательно отрегулирована, то есть оптимально определены диаметр струи распыла и ее направление на окрашиваемую поверхность.

Разумеется, на предварительную «наладку» растения рассчитывать не могут. Самое большее, что в их силах, - это случайное соприкосновение с водяными парами. Тем не менее и они научились электростатическим способом «распылять» на себя влагу, содержащуюся в атмосфере, например влагу туманов. В отличие от пистолетов-распылителей растения не в состоянии придать частицам воды электрический заряд, поскольку последние для них вначале попросту недосягаемы. Но и здесь выход был найден: растения заряжают самих себя! Происходит это следующим образом. На одревесневевших колючках и волосках кактусов и других растений пустынь в ветреную погоду накапливаются электрические заряды - сайт. Этот процесс аналогичен тому, с которым мы сталкиваемся, когда расчесываем свои волосы пластмассовым гребешком. Наэлектризованный гребень начинает притягивать волосы, при этом слышится легкое потрескивание, а в полной темноте можно видеть даже небольшие искорки. Точно так же заряженные шипы кактусов притягивают к себе из воздуха капельки воды. Более того, они способствуют конденсации водяного пара в атмосфере.

Насколько нам известно, никто еще не пытался определить то количество влаги, которое растения могут добыть из воздуха, используя подобную «технологию». Но оно, несомненно, должно быть значительным. В тех климатических зонах, в которых но ночам отмечается активное образование туманов (например, прибрежные пустыни Чили), кактусы, на 95 процентов состоящие из воды, в состоянии успешно развиваться, даже если годами с неба не надает ни капли дождя.

20. Полное давление дыхания у растений приводит к …

1) гибели растения

21. У большинства растений преобладает …

1) на свету – фотосинтез, в темноте – дыхание

22. Механические раздражители вызывают _______________ дыхания.

1) стимуляцию

23. Поглощение воды сухими семенами растений вызывают _______________ интенсивности дыхания.

1) увеличение

24. В условиях засухи интенсивность дыхания клеток листа растений …

1) увеличивается

25. В условиях засухи эффективность дыхания клеток листа растений …

1) уменьшается

26. У растений, произрастающих на тяжелых и влажных почвах, происходит …

1) активация гликолиза и подавление аэробного дыхания

27. Зависимость дыхательных процессов у растения от соотношения количества АТФ и АДФ называется …

1) дыхательным контролем

28. Увеличение интенсивности дыхания _______ величину биологического урожая

1) уменьшает

29. Усиление дыхания _________________ обмен веществ у растения.

1) ускоряет

30. Представленный на рисунке опыт показывает …

1) необходимость воздуха для дыхания корней

31. Назовите цифру, которой на рисунке обозначены воздушные корни …

32. Назовите цифру, которой на рисунке обозначены дыхательные корни …

33. Назовите цифру, которой на рисунке обозначены ходульные корни …

34. Назовите цифру, которой на рисунке обозначены втягивающие корни …

35. Интенсивность дыхания прорастающих семян составляет _______ мг /г. ч.

36. Дыхательный коэффициент прорастающих семян пшеницы равен …

37. Дыхательный коэффициент прорастающих семян подсолнечника равен …

38. Дыхательный коэффициент меристемы _______ единицы.

1) значительно больше

39. Температурный оптимум дыхания составляет _______ градусов.

40. Критическая влажность семян масличных культур равна ______ %.

41. Критическая влажность семян зерновых культур равна ______%.

42. Значительно возрастает интенсивность дыхания при созревании сочных плодов …

43. Для биосинтеза аминокислот дыхание поставляет …

1) кетокислоты

ВОДНЫЙ ОБМЕН РАСТЕНИЙ

Водный обмен растительной клетки

1. Валентные связи атомов водорода и кислорода в молекуле воды расположены под углом ________ градусов.

2. Водородная связь имеет энергию __________ кДж/моль.

3. Благодаря высокой ____________ воды растение может поглощать значительные количества тепла без больших колебаний температуры ткани.

1) теплоемкости

4. В межфибриллярных полостях клеточной оболочки содержится ___ процентов всей клеточной воды.

5. Благодаря высокой __________ молекул воды она разъединяет анионы и катионы.

1) полярности

6. Вода имеет высокую плотность при ______ градусах С.

7. Вода составляет в среднем _________ % сырой массы растения.

8. Семена растений в воздушно-сухом состоянии содержат ___ % воды.

9. Около ________ % содержащейся в растении воды принимает участие в биохимических превращениях.

10. Диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в сторону раствора большей концентрации, называется.

1) осмосом

11. Молекулы воды в живых тканях ….

1) образуют кластеры с упорядоченной структурой

12. Эффективное передвижение минеральных веществ и продуктов фотосинтеза по сосудам растений обеспечивает высокая ________ воды.

1) растворяющая способность

13. Максимальное количество внутренней энергии молекул воды, которое может быть превращено в работу называется …

1) химическим потенциалом

14. Молекулы воды двигаются в сторону более низкого …

1) водного потенциала

15. Давление протопласта на клеточную стенку называется …

1) тургорное давление

16. Осмотическое давление будет равно тургорному при …

1) полном насыщении клетки водой

17. Давление клеточной стенки на протопласт называется …

1) тургорное натяжение

18. При полном насыщении клетки водой осмотическое давление будет …

1) равно тургорному по величине и противоположно по знаку

19. Давление, обусловливающее приток воды в вакуоль, называется …

1) сосущая сила

20. Если растительную клетку поместить в гипотонический раствор содержание воды в ней …

1) увеличивается

21. Больше всего воды в растительной клетке находится в …

1) вакуоли

22. Процесс диффузии воды в раствор, отделенный от нее полупроницаемой мембраной, которая пропускает только молекулы воды, называется …

1) осмосом

23. Силу, с которой вода поступает в клетку растения, называют …

1) сосущей

24. Вода, находящаяся в клетке в свободном состоянии, …

1) обладает высокой подвижностью

25. Вода в растительной клетке может иметь структуру, за счет возникновения _____________ между ее молекулами.

1) водородных связей

26. Давление протопласта на клеточную стенку называется …

1) тургорным

27. Явление потери тургора клетками растения в гипертонической среде называется …

1) плазмолизом

28. Одной из функций воды у растений называется …

1) регуляция температуры тканей

29. Одной из важнейших функций воды у растений является …

1) создание среды для протекания всех процессов метаболизма

30. Вода, связанная молекулами биополимеров клетки растения, называется...

1) коллоидно-связанной

31. Вода, связанная с ионами и низкомолекулярными соединениями клетки растения, называется …

1) осмотически-связанной

32. Разность между свободной энергией воды внутри и вне клетки при той же температуре и атмосферном давлении называется ____________ клетки.

1) водным потенциалом

33. У растения осмотически активными веществами являются …

1) органические кислоты

34. У растения осмотически неактивными веществами являются …

1) ксантофилы

35. Минимальное количество воды, при котором растение способно поддерживать постоянство своей внутренней среды, называется …

1) гомеостатическим

36. Разность между содержанием воды при максимальном насыщении ею тканей растения и ее содержанием в данный момент называется …

1) водным дефицитом

37. Скорость химических реакций и интенсивность физиологических процессов у растения зависит в первую очередь от содержания _________ воды.

1) свободной

38. Осмотическое поступление воды в растительную клетку в основном определяется содержанием осмотически активных веществ в …

1) вакуоле

39. Если растительную клетку поместить в изотонический раствор содержание воды в ней …

1) не изменится

40. Если растительную клетку поместить в гипертонический раствор содержание воды в ней …

1) уменьшится

41. Ассосиации молекул воды образуются за счет _______ связей.

1) водородных

43. За счет набухания коллоидов поглощают воду в основном …

44. Вода, находящаяся внутри макромолекулы или между молекулами, называется …

1) иммобилизованный

45. Свободное вытекание клеточного сока из промороженного клубня картофеля объясняется …

1) нарушением мембранных структур клеток

46. Осмос – это …

1) транспорт воды через мембрану по градиенту активности

47. Гидрофильные свойства клетки обеспечивают …

48. Вода обеспечивает поддержание теплового баланса растения за счет высокой (ого) …

1) теплоемкости

49. Вода обеспечивает транспорт веществ в растении за счет высокой (ого) …

1) растворяющей способности

1) водного

51. Максимальную способность вакуолизированной клетки поглощать воду характеризует _______________ потенциал.

1) осмотический

52. Степень насыщенности клетки водой характеризует ________ потенциал.

1) гидростатический

53. Способность клеток поглощать воду за счет набухания коллоидов характеризует __________ потенциал.

1) матричный

Поступление и передвижение воды по растению

1. Вода, находящаяся в почве в доступном для растений состоянии, называется…

1) гравитационная

2. Вода, находящаяся в почве в доступном для растений состоянии, называется…

1) капиллярная

3. Передвижение воды по капиллярам обусловлено ее …

1) высоким поверхностным натяжением

4. Длина корневых волосков в среднем равна _________ миллиметров.

5. Главным осмотическим пространством зрелых растительных клеток является …

1) вакуоль

6. Основная водопоглащающая часть корня – это зона …

1) корневых волосков

7. Корневые волоски в среднем живут ___________ дней.

8. В продукты фотосинтеза включаются ________ % прошедшей через растение воды.

9. Значительную долю воды за счет набухания коллоидов поглоща(ет)ют …

10. Плазмолиз в клетке вызывает ___________ раствор.

1) гипертонический

11. Наибольшее сопротивление току жидкой воды в растении оказывает …

1) корневая система

12. Общая поверхность корней превышает поверхность надземных органов в среднем в ____________ раз.

13. О наличии корневого давления в растениях свидетельствует …

1) плач растений

14. Плазмолиз можно использовать для определения _________ клеточного сока.

1) осмотического давления

15. Величину осмотического потенциала клетки в основном определяет …

1) концентрация вакуолярного сока

16. В растительной ткани движение воды …

1) направлено от клеток с более высоким водным потенциалом к клеткам с меньшим водным потенциалом

17. Давление, развиваемое корневой системой при подаче воды в надземные органы называется ______________ давлением.

1) корневым

18. Механизм, создающий корневое давление называется _________ двигателем воды.

1) нижним концевым

19. Факторы, тормозящие дыхание корней, ___________ величину корневого давления.

1) снижают

20. Основной водопроводящей тканью сосудистых растений является …

1) ксилема

21. У растения вода поглощается из почвы преимущественно клетками зон _____________ корня.

1) растяжения и корневых волосков

22. После дождя водный потенциал почвы ______ и корни растения легко поглощают воду.

1) увеличивается

23. Работа нижнего концевого двигателя водного тока у растения обеспечивается …

1) корневым давлением

24. Вода по стеблю растений транспортируется в виде …

1) непрерывных водных нитей

25. Поглощение воды корнем сопровождается __________ свободной энергии растительной системы.

1) снижением

26. Положительный гидротропизм – это рост корня в сторону_________ участков почвы.

1) влажных

27. Силу, поднимающую пасоку вверх по сосудам растения, называют …

1) корневым давлением

28. Для поглощения воды корнем необходимо, чтобы _____________ клеток эпиблемы был меньше аналогичного показателя почвенного раствора.

1) водный потенциал

29. Одним из механизмов создания градиента водного потенциала между почвой и клетками корня растения является …

1) работа ионных насосов мембраны

30. Одним из важнейших механизмов создания градиента водного потенциала между почвой и клетками корня растения является …

1) транспирация

31. Движение воды по растению происходит потому, что существует большая разница между водным потенциалом атмосферы и …

1) почвенного раствора

32. Вода поднимается по ксилеме, так как сцепленные молекулы воды создают непрерывный поток благодаря явлению …

1) когезии

33. Явление, когда полярные молекулы воды притягивают друг друга и в сосудах удерживаются за счет водородных связей, получило название …

1) когезия

34. Пояски Каспари, пропитанные суберином, __________________ движению воды по апопласту.

1) препятствуют

35. Поступление воды в корень начинается с корневых волосков, затем вода передвигается в …

1) паренхиму корня

36. Поступление воды в корень начинается с корневых волосков, затем вода передвигается в паренхиму корня, далее следует …

1) перицикл

37. Различная легкость передвижения воды по паренхиме и по сосудам обусловлена совершенно различными механизмами передвижения воды по ним. По сосудам вода течет как по полым трубкам, подчиняясь законам …

1) термодинамики

38. Различная легкость передвижения воды по паренхиме и по сосудам обусловлена совершенно различными механизмами передвижения воды по ним. По паренхимным клеткам вода передвигается в основном за счет …

39. Движение воды через полупроницаемую мембрану по градиенту водного потенциала – это …

40. Сильное уплотнение почвы затрудняет поглощение воды корнями вследствие …

1) подавления дыхания

41. Затопление почвы затрудняет поглощение воды растение вследствие …

1) ухудшения аэрации

42. Холодная почва является физиологически сухой из-за …

1) подавления поглотительной деятельности корня

43. Корневое давление зависит от …

1) энергетической эффективности дыхания

44. Гуттация является проявлением …

1) корневого давления

45. Поглощение воды меристематической зоной корня осуществляется за счет ________ сил.

1) матричных

46. Связь корневого давления с дыханием корней установил …

1) Д.А.Сабинин

47. Периодичность плача растений установил …

1) Д.О.Баранецкий

48. В системе почва – корень – лист – атмосфера самое низкое значение водного потенциала имеет …

1) атмосфера

49. В системе почва – корень – лист – атмосфера самое высокое значение водного потенциала имеет …

50. Водный потенциал корневых волосков равен …

51. В корне самое низкое значение водного потенциала у …

1) сосудов ксилемы

Транспирация, и ее регулирование растением

1. У растений одной из функций транспирации является …

1) терморегуляци

2. Испарение воды в атмосферу из клеточных стенок эпидермиса листа называют ___________ транспирацией.

1) кутикулярной

3. Процесс испарения воды надземными органами растения называют …

1) транспирацией

4. Процесс открывания устьиц растения начинается с ___________ замыкающими клетками осмотически активных соединений.

1) поглощения

5. Обычно интенсивность транспирации у растений достигает максимума …

6. Процесс выделения воды в виде жидкости надземными органами растения называют …

1) гуттацией

7. Вещества в составе кутикулы листа обычно …

1) гидрофобны

8. Особенностью замыкающих клеток устьиц растения является …

1) неодинаковая толщина клеточной стенки

9. Абсцизовая кислота вызывает ____________________ устьиц.

1) закрытие

10. Ауксин вызывает ____________________ устьиц.

1) открытие

11. Транспирация может быть двух типов …

1) устьичной и кутикулярной

12. Увеличение содержания СО 2 в межклетниках вызывает _______________ устьиц.

1) закрытие

13. Открытие устьиц обычно ________________ фотосинтез.

1) стимулирует

14. Главным фактором, регулирующим устьичную транспирацию у растений, является …

15. Работа верхнего концевого двигателя водного тока у растения обеспечивается …

1) транспирацией

16. При наличии листьев и оптимальной влажности воздуха главную роль в транспорте воды у растения играет ______________________ концевой двигатель тока воды.

1) верхний

17. У растений устьица образованы клетками …

1) эпидермиса

18. У растений одной из функций транспирации является …

1) терморегуляция

19. У растений одной из функций транспирации является …

1) газообмен

20. Замыкающие клетки устьиц должны быть парными, потому что изменение их формы зависит от …

1) уровня тургора

21. Стрессовое воздействие сухого воздуха вызывает выделение эпидермальными клетками ______________ в апопласт, что является непосредственной причиной быстрого закрывания устьиц.

1) абсцизовой кислоты

22. Открывание устьиц стимулируется …

1) низкой межклеточной концентрацией СО 2

23. Открывание устьиц стимулируется …

1) высокой интенсивностью света

24. Закрывание устьиц вызывается …

1) низкой влажностью окружающей среды

25. Закрывание устьиц вызывается …

1) повышением температуры листа

26. Закрывание устьиц вызывается …

1) выделением абсцизовой кислоты

27. Транспирация снижает температуру листа за счет высокой (ого) ___ воды.

1) теплоты парообразования

28. Закрывание устьиц по мере развития водного дефицита обусловлено увеличением концентрации …

1) абсцизовой кислоты

29. Фотоактивное открывание устьиц начинается с …

1) включения протонной помпы

30. Увеличение осмотического давления клеточного сока при открывании устьиц происходит за счет ионов …

1) калия и хлора

31. На ширину устьичной щели значительное влияние оказывает концентрация ________ в замыкающих клетках.

32. Основной путь расходования воды растением …

1) транспирация

33. Устьица расположена в _______ листа.

1) эпидермисе

34. В условиях водного дефицита устьичная транспирация ограничена …

1) испарением воды с поверхности клеток в межклетники

35. Интенсивность транспирации определяют путем учета …

1) убыли массы растения

36. В жаркий летний полдень у листьев, расположенных в глубине кроны дерева, интенсивность транспирации …

1) снижается

37. Соотношение между транспирацией и испарением воды с такой же величины открытой водной поверхности – это ________________ транспирация (ии)

1) относительная

38. При достаточной влагообеспеченности интенсивность транспирации имеет самый высокий уровень …

1) в полдень

39. Водяной пар передвигается в межклетниках листа за счет …

1) диффузии

Эффективность использования воды растениями и физиологические основы орошения

1. Для гигрофитов минимально необходимое для их жизни содержание воды составляет ____________ процентов.

2. Для мезофитов минимально необходимое для их жизни содержание воды составляет _____________ процентов.

3. Для ксерофитов минимально необходимое для их жизни содержание воды составляет _____________ процентов.

4. Количество воды в процентах, недостающее для полного насыщения ткани листа водой называется …

1) водным дефицитом

5. Максимальный водный дефицит в листьях растений при нормальных условиях наблюдается в …

1) полдень

6. Суммарный расход воды за вегетацию с 1 га посева (включая испарение с поверхности почвы) – это …

1) эвапотранспирация

7. Выпадение 100 кубометров воды на га соответствует ____________ миллиметров осадков.

8. Коэффициент водопотребления – это отношение …

1) эвапотранспирации к созданной биомассе

9. Коэффициент водопотребления увеличивается при …

1) снижении плодородия почвы

10. Транспирационный коэффициент уменьшается при …

1) внесении удобрений

11. Для накопления растениями сухого вещества оптимальная влажность почвы составляет ________ %.

12. Количество сухого вещества, накопленного растением при израсховании 1 кг воды, называется …

13. Количество граммов воды, израсходованное растением при образовании 1 г сухого вещества, называется …

14. Ослабление поглощения воды корнями при уплотнении почвы или затоплении ее водой вызвано …

1) подавлением дыхания

15. Необходимость в поливе растений можно оценить по …

1) электропроводности тканей

16. Растения наиболее чувствительны к недостатку влаги в период …

1) закладки репродуктивных органов

17. Одним из ранних изменений указывающих на недостаток воды у растения и необходимость полива является …

1) резкое падение величины водного потенциала

18. Транспирационный коэффициент – это количество воды, необходимое для продукции 1 г ___________________ вещества.

19. Продуктивность транспирации – это масса (в граммах) ____________ вещества образующегося при испарении 1000 г воды.

20. Состояние, при котором растение не может поглощать воду, несмотря на ее большое количество в окружающей среде, называется _____

1) физиологической

21. При орошении без внесения удобрений величина транспирационного коэффициента у растений …

1) возрастает

22. При снижении содержания кислорода в почве транспирационный

коэффициент у растений …

1) уменьшается

24. Растения, которые не могут регулировать свой водный обмен, называются …

1) гомойогидрическими

25. Водные растения с листьями, частично или полностью погруженными в воду или плавающими, называются …

1) гидрофиты

26. У большинства растения при снижении температуры воздуха транспирационный кэффициент …

1) уменьшается

27. В качестве антитранспиранта при пересадке растений используют …

1) абсцизовую кислоту

28. В качестве пленочных антитранспирантов при пересадке растений используют …

29. При завядании растения интенсивность транспирации …

1) снижается

30. При засухе увядают нижние (более старые) листья в связи с тем, что …

31. При засухе первыми увядают нижние (более старые) листья в связи с тем, что …

1) водный потенциал верхних листьев ниже

32. Количество граммов сухого вещества, накопленного растением при испарении 1000 г воды, - это …

1) продуктивность транспирации

33. Количество граммов воды, израсходованной растением на накопление 1 г сухого вещества – это …

1) транспирационный коэффициент

34. Отношение общего количества воды, израсходованного за вегетационный период, к созданному урожаю – это …

1) коэффициент водопотребления

35. Коэффициент водопотребления посева зерновых культур составляет …

36. Продуктивность транспирации культурных растений составляет …

37. Сельскохозяйственные культуры по отношению к воде относятся к экологической группе …

1) мезофитов

38. При засухе водный дефицит растений возрастает …

1) с утра до вечера, ночью полностью не исчезает

39. При нормальной влагообеспеченности водный дефицит растений возрастает …

1) с утра до полудня, снижается к вечеру и полностью исчезает ночью

40. Значение транспирационного коэффициента может быть использовано для характеристики …

1) способности растения эффективно использовать воду

41. Наибольшей чувствительностью к водному дефициту характеризуется …

42. В условиях водного дефицита происходит образование …

1) абсцизовой кислоты

43. Для установления необходимости полива определяют …

1) водный дефицит

МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ

Физиологическая роль элементов минерального питания

1. Суховершинность плодовых культур наблюдается при остром дефиците …

2. Фосфор входит в состав …

нуклеотидов

3. Важным свойством _____ является способность к образованию макроэргических связей

4. Элементом минерального питания, в наибольшей степени усиливающим морозостойкость растений, является …

5. Элемент минерального питания, входящий в состав хлорофилла, называется …

6. Функционально активные рибосомы образуются с участием …

7. Биохимическая роль бора заключается в том, что он …

активирует субстраты

8. Нуклеиновые кислоты содержат …

9. Нуклеиновые кислоты содержат …

10. Недостаток ____ вызывает повреждение концевых меристем.

Роль натрия в жизни растений

Натрий регулирует транспорт углеводов в растении. Хорошая обеспеченность растений натрием повышает их зимостойкость. При его недостатке замедляется образование хлорофилла.

В организме животного содержится примерно 0,1% натрия (по массе).

Натрий распределяется по всему организму. В организме человека натрий содержится в эритроцитах, сыворотке крови, пищеварительных соках, мышцах, во всех внутренних органах, коже. 40% натрия находится в костной ткани.

Совместно с калием натрий создает трансмембранный потенциал клетки и обеспечивает возбудимость клеточной мембраны. Входит также в состав натрий-калиевого насоса, особого белка (порового комплекса), пронизывающего всю толщу мембраны. Внеклеточная концентрация ионов Na + всегда выше, чем внутриклеточная, за счет чего градиент концентрации этих ионов направлен внутрь клетки, обеспечивая активный транспорт веществ в клетку. Натрий поддерживает кислотно-щелочной баланс в
организме, регулирует кровяное давление, функ-ционирование нервов и мышц, поглощение глюкозы клетками, образование гликогена, синтез белков, влияет на состояние слизистых оболочек жизненно важных органов пищеварительного тракта. Обмен натрия находится под контролем щитовидной же-лезы.

Его недостаток приводит к головным болям, ослаблению памяти, потере аппетита, повышению кислотности желудочного сока, могут возникнуть проблемы с мочевым пузырем, утомляемость.

Избыток натрия приводит к задержке воды в организме (отекам), гипертонии, заболеваниям сердца.

Поваренная соль. Все соленые продукты. Море-продукты. Овощи и зелень: капуста, мята, укроп, петрушка, морковь, лук, салат-латук, перец, спаржа, хрен, чеснок. Фрукты и ягоды: черная смородина, клюква, лимоны. Продукты животного происхождения: колбаса, сало, соленая рыба, икра, сыр.

NaCl

NaHCO 3 – гидрокарбонат натрия, питьевая сода.

Знаете ли вы, что…

Натрий был открыт в 1807 г. английским химиком и физиком Г.Дэви и название получил от арабск. натрон или натрун – моющее средство – по применению природной соды и едкого натра для изготовления мыла.

Число атомов натрия в организме человека составляет 2,8 х 10 24 , а в одной человеческой клетке – 2,8 х 10 10 .

Суточное поступление натрия в организм с продуктами питания составляет в среднем 4,4 г.

В медицине хлористый натрий применяют в виде изотонического 0,9% раствора при обезвоживании организма. Натрий входит в состав многих лекар-ственных препаратов, в том числе антибиотиков, викасола – синтетического производного витамина K.

Кальций

Роль кальция в жизни растений

Содержание кальция в растениях составляет в среднем 0,3% (по массе). Пектиновые вещества (кальциевые и магниевые соли галактуроновой кислоты) входят в состав клеточных стенок и межклеточного вещества высших и низших растений. Кальций используется как строительное вещество для срединной пластинки, а также является компонентом «внешнего скелета» водорослей; увеличивает прочность растительных тканей и способствует повышению выносливости растений.

Недостаток Са вызывает набухание пектиновых веществ, ослизнение клеточных стенок и загнивание растений; страдает корневая система, происходит побеление верхушек растений и молодых листьев. Вновь образующиеся листья мелкие, искривленные, с неправильной формой краев, на пластинке появляются светло-желтые пятна, края листьев загибаются вниз. При сильном дефиците кальция верхушка побега погибает.

Если в почве повышенное содержание кальция, то на этих участках хорошо произрастают растения-индикаторы: Венерин башмачок, солнцецвет, степная астра, папоротник из рода пеллея, ятрышники, мордовники, льнянка, наперстянка крупноцветковая, порезник горный и др.

Роль в жизни животных и человека

В организме животного в среднем от 1,9% до 2,5% кальция (по массе). Кальций – это материал для постройки костных скелетов. Карбонат кальция CaCO 3 входит в состав кораллов, раковин моллюсков, панцирей морских ежей и скелетов микроорганизмов.

В организме человека 98–99% кальция содержится в костях скелета, которые выполняют функцию «депо» кальция; ионы кальция присутствуют во всех тканях и жидкостях организма: 1 г – в плазме крови, 6–8 г – в мягких тканях. При весе человека 70 кг содержание Са в организме составляет 1700 г, причем 80% – фосфата кальция Ca 3 (PO 4) 2 и 13% – карбоната кальция CaCO 3 .

Кальций необходим для процессов кроветворения и свертывания крови, для регуляции работы сердца, мышечного сокращения, обмена веществ, уменьшения проницаемости сосудов, для норма-льного роста костей (скелет, зубы). Соединения ка-льция благотворно влияют на состояние нервной системы, проведение нервных импульсов, оказывают противовоспалительное действие, обеспечивают проницаемость клеточной мембраны, активацию некоторых ферментов. Обмен кальция регулируется в организме человека и животных кальцитонином – гормоном щитовидной железы, паратгормоном – гормоном околощитовидной железы и кальциферолами – группа витамина D. Необходимо помнить, что организм усваивает кальций только в присутствии жиров: на каждые 0,06 г кальция нужно 1 г жира. Выводится кальций из организма через кишечник и почки.

Недостаток кальция приводит к остеопорозу, нарушениям в опорно-двигательной, нервной системах, недостаточной свертываемости крови.

Основные источники поступления в организм

Овощи и злаки: горох, чечевица, соя, бобы, фасоль, шпинат, морковь, репа, молодые листья одуванчиков, сельдерей, спаржа, капуста, свекла, картофель, огурцы, салат, лук, зерна пшеницы, хлеб ржаной, крупа овсяная. Фрукты и ягоды: яблоки, вишня, крыжовник, земляника, абрикосы, смородина, ежевика, апельсины, ананасы, персики, виноград. Миндаль. Кисломолочные продукты: творог, сметана, кефир.

Наиболее распространенные соединения

CaCO 3 – карбонат кальция, мел, мрамор, известняк.
Са(ОН) 2 – гидроксид кальция, гашеная известь (пушонка).
СаО – оксид кальция, негашеная известь (кипелка).
CaOCl 2 – смешанная соль соляной и хлорноватистой кислот, хлорная известь (хлорка).
CaSO 4 х 2H 2 O – двухводный сульфат кальция, гипс.

Знаете ли вы, что…

Кальций был открыт английским химиком Х.Дэни в 1808 г. при электролизе влажной гашеной извести Са(ОН) 2 . Его название происходит от лат. калцис (род. падеж лат. калкс – камень, известняк) по его содержанию в известняке.

Число атомов кальция в теле человека составляет 1,6 х 10 25 , а в одной клетке 1,6 х 10 11 .

Суточное поступление кальция с продуктами питания и водой составляет 500–1500 мг.

Известковые скелеты коралловых полипов, состоящие из карбоната кальция, образуют в тропических морях рифы и атоллы, коралловые острова. Из скелетов коралловых полипов, отмиравших в течение многих тысячелетий, образовались толщи известняка, мела и мрамора, которые используются как строительный материал.

Существуют растения – кальцефилы (от греч. филео – люблю), которые растут преимущественно на щелочных почвах, богатых кальцием, а также в местах выхода известняков, мела (ветреница лесная, таволга шестилепестная, лиственница европейская и др.).

Существуют растения – кальцефобы (от греч. фобос – страх), которые избегают известняковых почв, т.к. присутствие ионов кальция тормозит их рост (торфяные мхи, некоторые злаки).

Сера

Роль серы в жизни растений, микроорганизмов

Содержание серы в растениях составляет в среднем 0,05 % (по массе). Сера входит в состав аминокислот (цистин, цистеин, метионин). Растения получают серу из почвы из растворимых сульфатов, а гнилостные бактерии превращают серу белков в сероводород Н 2 S (отсюда – отвратительный запах гниения). Но большая часть сероводорода образуется при восстановлении сульфатов сульфатредуцирующими бактериями. Этот H 2 S фототрофными бактериями в отсутствие молекулярного кислорода окисляется до серы и сульфатов, а в присутствии О 2 его окисляют до сульфатов аэробные серобактерии.

У многих бактерий сера временно сохраняется в виде шариков. Ее количество зависит от содержания сероводорода: при его недостатке сера окисляется до серной кислоты.

2H 2 S + O 2 ––> 2H 2 O + 2S + энергия

2S + 3O 2 + 2H 2 O ––> 2H 2 SO 4 + энергия

В водоемах, вода которых содержит сероводород, живут бесцветные серобактерии бежиатоа и тиотрикс. Им не нужна органическая пища. Для хемосинтеза они используют сероводород: в результате реакций между H 2 S, CO 2 и O 2 образуются углеводы и элементарная сера.

Большая часть серы не усваивается растениями, но помогает им усваивать фосфор. Нехватка серы снижает интенсивность фотосинтеза. Индикатором повышенного содержания серы в почве являются астрагалы.

Роль в жизни животных и человека

В организме животного содержится 0,25 % серы (по массе). Простейшие планктонные радиолярии имеют минеральный скелет из сернокислого стронция, который обеспечивает не только защиту, но и «парение» в толще воды.

В организме человека серы содержится 400–700 миллионных долей от массы. Сера входит в состав белков и аминокислот, ферментов и витаминов. Особенно важна она для синтеза белков кожи, ногтей и волос. Сера является составной частью активных веществ: витаминов и гормонов (например, инсулина). Она участвует в окислительно-восстановительных процессах, энергетическом метаболизме и реакциях детоксикации, активирует ферменты.

При недостатке серы кожа подвергается воспалительным заболеваниям, наблюдается ломкость костей и выпадение волос.

Среди соединений серы особенно опасным считается сероводород – газ, обладающий не только резким запахом, но и большой токсичностью. В чистом виде он убивает человека мгновенно. Опасность велика даже при незначительном (порядка 0,01%) содержании сероводорода в воздухе. Сероводород опасен тем, что накапливаясь в организме, он соединяется с железом, входящим в состав гемоглобина, что может привести к тяжелейшему кислородному голоданию и смерти.

Основные источники поступления в организм

Продукты растительного происхождения: орехи, бобовые, капуста, хрен, чеснок, тыква, инжир, крыжовник, слива, виноград. Продукты животного происхождения: мясо, яйца, сыр, молоко.

Наиболее распространенные соединения

H 2 S – сероводород.
Na 2 S – сульфид натрия.

Знаете ли вы, что…

Сера известна с I в. до н.э. Названия происходит от древнеиндусского сира – светло-желтый, по цвету природной серы; латинское название от санскр. сулвери – горючий порошок.

Число атомов серы в теле человека 3,3 х 10 24 , а в одной клетке – 2,4 х 10 10 .

Сероводород H 2 S – ядовитый зловонный газ, используется в химической промышленности, а также как лечебное средство (сернистые ванны). Сера входит в состав лекарств, в том числе антибиотиков, которые способны подавлять активность микробов. Мелкодисперсная сера – основа мазей для лечения грибковых заболеваний кожи.

Природные сульфиды составляют основу руд цветных и редких металлов и широко используются в металлургии. Сульфиды щелочных и щелочно-земельных металлов Na 2 S, CaS, BaS применяются в кожевенном производстве.

Хлор

Роль хлора в жизни растений, микроорганизмов

Содержание хлора в организме растений составляет примерно 0,1% (по массе). Это один из основных элементов водно-солевого обмена всех живых организмов. Некоторые растения (галофиты) не только способны расти на засоленных почвах с высоким содержанием поваренной соли (NaCl), но и накапливать хлориды. К ним относятся солянки, солерос, сведа, тамарикс и др. Ионы хлора Cl – участвуют в энергетическом обмене, положительно влияют на поглощение корнями кислорода. У растений хлор принимает участие в окислительных реакциях и фотосинтезе.

Галофильные микроорганизмы обитают в среде с концентрацией NaCl до 32% – в соленых водоемах и засоленных почвах. Это бактерии родов Paracoccus , Pseudomonas , Vibrion и некоторые другие. Высокие концентрации NaCl необходимы им для поддержания структурной целостности цито-плазматической мембраны и функционирования связанных с ней ферментных систем.

Роль в жизни животных и человека

В организме животного содержится от 0,08 до 0,2% хлора (по массе). Отрицательно заряженные ионы хлора, преобладающие в организме животных, играют огромную роль в в водно-солевом обмене. В условиях высокой солености, при содержании соли в воде не ниже 3%, обитают галофиты: радиолярии, рифообразующие кораллы, обитатели коралловых рифов и мангровых зарослей, большинство иглокожих, головоногие моллюски, многие ракообразные. Во внутриматериковых водоемах с соленостью от 2,4–10 до 30% обитают некоторые коловратки, рачок Artemia salina , личинка комара Aedes togoi и некоторые другие.

Мышечная ткань человека содержит 0,20–0,52% хлора, костная – 0,09%, в крови – 2,89 г/л. В организме взрослого человека около 95 г хлора. Ежедневно с пищей человек получает 3–6 г хлора. Основная форма его поступления в организм – хлорид натрия. Он стимулирует обмен веществ, рост волос. Хлор определяет физико-химические процессы в тканях организма, участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия в тканях (осморегуляция). Хлор – основное осмотически активное вещество крови, лимфы и других жидкостей тела.

Соляная кислота, которая входит в состав желудочного сока, играет собую роль в пищеварении, обеспечивая активизацию фермента пепсина, и оказывает бактерицидное действие.

Присутствие в воздухе около 0,0001% хлора раздражающе действует на слизистые оболочки. Постоянное пребывание в такой атмосфере может привести к заболеванию бронхов, резкому ухудшению самочувствия. По существующим санитарным нормам содержание хлора в воздухе рабочих помеще-ний не должно превышать 0,001 мг/л, т.е. 0,00003%. Содержание хлора в воздухе в количестве 0,1% вызывает острое отравление, первый признак которого – приступы сильнейшего кашля. При отравлении хлором необходим абсолютный покой, полезно вдыхать кислород или аммиак (нашатырный спирт), или пары спирта с эфиром.

Основные источники поступления в организм

Хлорид натрия – поваренная соль. Соленые продукты. Ежедневно человек должен потреблять около 20 г поваренной соли.

Наиболее распространенные соединения

NaCl – хлорид натрия, поваренная соль.
НСl – хлороводородная кислота, соляная кислота.
HgCl 2 – хлорид ртути (II), сулема.

Знаете ли вы, что…

Хлор впервые получил шведский химик К.Шееле при взаимодействии соляной кислоты с пиролюзитом MnO 2 х H 2 O. Название происходит от греч. клорос – желто-зеленый цвет увядающей листвы – по окраске газообразного хлора.

С соединениями хлора, прежде всего с поваренной солью NaCl, человечество знакомо с доисторических времен. Алхимикам была известна соляная кислота НСl и смесь ее с азотной кислотой HNO 3 – царская водка.

Число атомов хлора в теле человека составляет 1,8 х 10 24 , а в одной клетке – 1,8 х 10 10 .

В небольших дозах ядовитый хлор иногда может служить и противоядием. Так, пострадавшим от сероводорода дают нюхать нестойкую хлорную известь. Взаимодействуя, два яда взаимно нейтрализуются.

Хлорирование водопроводной воды уничтожает болезнетворные бактерии.

Существуют водные организмы – галофобы, не переносящие высоких значений солености и обитающие только в пресных (соленость не выше 0,05%) или слабосоленых (до 0,5%) водоемах. Это многие водоросли, простейшие, некоторые губки и кишечнополостные (гидра), большинство пиявок, многие брюхоногие и двустворчатые моллюски, большин-ство водных насекомых и пресноводных рыб, все земноводные.

HgCl 2 – сулема – очень сильный яд. Разбавленные растворы ее (1: 1000) используют в медицине как дезинфицирующее средство.

Продолжение следует

Химический состав и питание растений

В состав растений входит вода и так называемое сухое вещество, представленное органическими и минеральными соединениями. Соотношение между количеством воды и сухого вещества в растениях, их органах и тканях изменяется в широких пределах. Так, содержание сухого вещества в плодах огурцов, бахчевых культур может составлять до 5% общей их массы, в кочанах капусты, корнях редиса и турнепса - 7-10, корнеплодах столовой свеклы, моркови и луковицах лука - 10-15, в вегетативных органах большинства полевых культур - 15-25, корнеплодах сахарной свеклы и клубнях картофеля - 20-25, в зерне хлебных злаков и бобовых культур - 85-90, семенах масличных культур - 90-95%.

Вода

В тканях растущих вегетативных органов растений содержание воды колеблется от 70 до 95%, а в запасающих тканях семян и в клетках механических тканей - от 5 до 15%. По мере старения растений общий запас и относительное содержание воды в тканях, особенно репродуктивных органов, снижается.

Функции воды в растениях обусловлены присущими ей физическими и химическими свойствами. Она обладает высокой удельной теплоемкостью и благодаря способности испаряться при любой температуре предохраняет растения от перегрева. Вода - прекрасный растворитель для многих соединений, в водной среде происходит электролитическая диссоциация этих соединений и усвоение растениями ионов, содержащих необходимые элементы минерального питания. Высокое поверхностное натяжение воды определяет ее роль в процессах поглощения и передвижения минеральных и органических соединений. Полярные свойства и структурная упорядоченность молекул воды обусловливают гидратацию ионов и молекул низко- и высокомолекулярных соединений в клетках растений.

Вода является не просто наполнителем растительных клеток, но и неотделимой частью их структуры. Оводненность клеток тканей растений обусловливает их тургор (давление жидкости внутри клетки на ее оболочку), является важным фактором интенсивности и направленности разнообразных физиологических и биохимических процессов. При непосредственном участии воды происходит огромное число биохимических реакций синтеза и распада органических соединений в растительных организмах. Особое значение вода имеет в энергетических преобразованиях в растениях, прежде всего в аккумуляции солнечной энергии в виде химических соединений при фотосинтезе. Вода обладает способностью пропускать лучи видимой и близкой к ней ультрафиолетовой части света, необходимой для фотосинтеза, но задерживает определенную часть инфракрасной тепловой радиации.

Сухое вещество

Сухое вещество растений на 90-95% представлено органическими соединениями - белками и другими азотистыми веществами, углеводами (сахарами, крахмалом, клетчаткой, пектиновыми веществами), жирами, содержание которых определяет качество урожая (табл. 1).

Сбор сухого вещества с товарной частью урожая основных сельскохозяйственных культур может колебаться в очень широких пределах - от 15 до 100 ц и более с 1 га.

Белки и другие азотистые соединения.

Белки - основа жизни организмов - играют решающую роль во всех процессах обмена веществ. Белки выполняют структурные и каталитические функции, являются также одним из основных запасных веществ растений. Содержание белков в вегетативных органах растений обычно составляет 5-20% их массы, в семенах хлебных злаков - 6-20%, а в семенах бобовых и масличных культур - 20-35%.

Белки имеют следующий довольно стабильный элементарный состав (в %): углерод - 51-55, кислород - 21-24, азот - 15-18, водород - 6,5-7, сера - 0,3-1,5.

Растительные белки построены из 20 аминокислот и двух амидов. Особое значение имеет содержание в белках растений так называемых незаменимых аминокислот (валина, лейцина и изолейцина, треонина, метионина, гистидина, лизина, триптофана и фенилаланина), которые не могут синтезироваться в организме человека и животных. Эти аминокислоты люди и животные получают только с растительными пищевыми продуктами и кормами.

Белки различных сельскохозяйственных культур неравноценны по аминокислотному составу, растворимости и переваримости. Поэтому качество растениеводческой продукции оценивается не только по содержанию, но и по усвояемости, полноценности белков на основе изучения их фракционного и аминокислотного состава.

В составе белков находится подавляющая доля азота семян (не менее 90% общего количества в них азота) и вегетативных органов большинства растений (75-90%). В тоже время в клубнях картофеля, корнеплодах и листовых овощах до половины общего количества азота приходится на долю азотистых небелковых соединений. Они представлены в растениях минеральными соединениями (нитраты, аммоний) и органическими (среди которых преобладают свободные аминокислоты и амиды, хорошо усваиваемые в организмах животных и человека). Небольшая часть небелковых органических соединений в растениях представлена пептидами (построенными из ограниченного количества остатков аминокислот и поэтому в отличие от белков имеющими низкую молекулярную массу), а также пуриновыми и пиримидиновыми основаниями (входящими в состав нуклеиновых кислот).

Для оценки качества растениеводческой продукции часто пользуются показателем «сырой протеин», которым выражают сумму всех азотистых соединений (белка и небелковых соединений). Рассчитывают «сырой протеин» путем умножения процентного содержания общего азота в растениях на коэффициент 6,25 (получаемый исходя из среднего (16%) содержания азота в составе белка и небелковых соединений).

Качество зерна пшеницы оценивается по содержанию сырой клейковины, количество и свойства которой определяют хлебопекарные свойства муки. Сырая клейковина - это белковый сгусток, остающийся при отмывании водой теста, замешанного из муки. Сырая клейковина содержит примерно 2/3 воды и 1/3 сухих веществ, представленных прежде всего труднорастворимыми (спирто- и щелочерастворимыми) белками. Клейковина обладает эластичностью, упругостью и связанностью, от которых зависит качество выпекаемых из муки изделий. Между содержанием «сырого протеина» в зерне пшеницы и «сырой клейковины» существует определенная коррелятивная зависимость. Количество сырой клейковины можно рассчитать путем умножения процентного содержания сырого протеина в зерне на коэффициент 2,12.

Углеводы

Углеводы в растениях представлены сахарами (моносахарами и олигосахаридами, содержащими 2-3 остатка моносахаров) и полисахаридами (крахмалом, клетчаткой, пектиновыми веществами).

Сладкий вкус многих плодов и ягод связан с содержанием в них глюкозы и фруктозы. Глюкоза в значительных количествах (8-15%) содержится в ягодах винограда, откуда и получила название «виноградный сахар», и составляет до половины общего количества сахаров в плодах и ягодах. Фруктоза, или «плодовый сахар», накапливается в больших количествах в косточковых плодах (6-10%) и содержится в меде. Она слаще глюкозы и сахарозы. В корнеплодах доля моносахаридов среди Сахаров невелика (до 1% общего их содержания).

Сахароза - дисахарид, построенный из глюкозы и фруктозы. Сахароза является основным запасным углеводом в корнях сахарной свеклы (14-22%) и в соке стеблей сахарного тростника (11-25%). Целью выращивания этих растений и является получение сырья для производства сахара, используемого в питании людей. В небольших количествах находится во всех растениях, более высоким ее содержанием (4-8%) отличаются плоды и ягоды, а также морковь, столовая свекла и лук.

Крахмал в небольших количествах содержится во всех зеленых органах растений, но в качестве основного запасного углевода накапливается в клубнях, луковицах и семенах. В клубнях картофеля ранних сортов содержание крахмала 10-14%, средне- и позднеспелых - 16-22%. В расчете на сухую массу клубней это составляет 70-80%. Примерно такое же относительное содержание крахмала в семенах риса и пивоваренного ячменя. В зерне других хлебных злаков крахмала обычно 55-70%. Между содержанием белка и крахмала в растениях существует обратная зависимость. В богатых белками семенах зернобобовых культур крахмала меньше, чем в семенах злаков; еще меньше крахмала в семенах масличных культур.

Крахмал - легко усвояемый организмом людей и животных углевод. При ферментативном (под действием ферментов амилаз) и кислотном гидролизе распадается до глюкозы.

Клетчатка, или целлюлоза - основной компонент клеточных стенок (в растениях она связана с лигнином, пектиновыми веществами и другими соединениями). Волокно хлопчатника на 95-98%, лубяные волокна льна, конопли, джута на 80-90% представлены клетчаткой. В семенах пленчатых злаков (овса, риса, проса) клетчатки содержится 10-15%, а в не имеющих пленок семенах хлебных злаков - 2-3%, в семенах зернобобовых культур - 3-5%, в корнеплодах и клубнях картофеля - около 1 %. В вегетативных органах растений содержание клетчатки составляет от 25 до 40% на сухую массу.

Клетчатка - высокомолекулярный полисахарид из неразветвленной цепи глюкозных остатков. Ее усвояемость значительно хуже, чем крахмала, хотя при полном гидролизе клетчатки образуется также глюкоза.

Пектиновые вещества - высокомолекулярные полисахариды, содержащиеся в плодах, корнеплодах и растительных волокнах. В волокнистых растениях они скрепляют между собой отдельные пучки волокон. Свойство пектиновых веществ в присутствии кислот и сахаров образовывать желе или студни используется в кондитерской промышленности. В основе строения этих полисахаридов лежит цепь из остатков полигалактуроновой кислоты с метильными группировками.

Жиры и жироподобные вещества (липиды) являются структурными компонентами цитоплазмы растительных клеток, а у масличных культур выполняют роль запасных соединений. Количество структурных липидов обычно небольшое - 0,5-1% сырой массы растений, но они выполняют в растительных клетках важные функции, в том числе по регуляции проницаемости мембран. Семена масличных культур и сои используют для получения растительных жиров, называемых маслами.

По химическому строению жиры - смесь сложных эфиров трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. В растительных жирах ненасыщенные кислоты представлены олеиновой, линолевой и линоленовой кислотами, а насыщенные - пальмитиновой и стеариновой кислотами. Состав жирных кислот в растительных маслах определяет их свойства - консистенцию, температуру плавления и способность к высыханию, прогорканию, омылению, а также их пищевую ценность. Линолевая и линоленовая жирные кислоты содержатся только в растительных маслах и являются «незаменимыми» для человека, так как не могут синтезироваться в его организме. Жиры являются наиболее энергетически выгодными запасными веществами - при их окислении выделяется на единицу массы в два раза больше энергии, чем углеводов и белков.

К липидам относятся также фосфатиды, воски, каротиноиды, стеарины и жирорастворимые витамины A, D, E и K.

В зависимости от вида и характера использования продукции ценность отдельных органических соединений может быть различной. В зерне злаков основными веществами, определяющими качество продукции, являются белки и крахмал. Большим содержанием белка среди зерновых культур отличается пшеница, а крахмала - рис и пивоваренный ячмень. При использовании ячменя для пивоваренного производства накопление белка ухудшает качество сырья. Нежелательно также накопление белка и небелковых азотистых соединений в корнях сахарной свеклы, используемых для производства сахара. Зернобобовые культуры и бобовые травы отличаются повышенным содержанием белков и меньшим - углеводов, качество их урожая зависит прежде всего от размеров накопления белка. Качество клубней картофеля оценивается по содержанию крахмала. Цель возделывания льна, конопли и хлопчатника - получение волокна, состоящего из клетчатки. Повышенное количество клетчатки в зеленой массе и сене однолетних и многолетних трав ухудшает их кормовые достоинства. Масличные культуры выращиваются для получения жиров - растительных масел, используемых как для пищевых, так и промышленных целей. Качество продукции сельскохозяйственных культур может зависеть и от наличия других органических соединений - витаминов, алкалоидов, органических кислот и пектиновых веществ, эфирных и горчичных масел.

Условия питания растений имеют важное значение для повышения валового сбора наиболее ценной части урожая и улучшения его качества. Например, усиление азотного питания увеличивает относительное содержание в растениях белка, а повышение уровня фосфорно-калийного питания обеспечивает большее накопление углеводов - сахарозы в корнях сахарной свеклы, крахмала в клубнях картофеля. Созданием соответствующих условий питания с помощью удобрений можно повысить накопление наиболее ценных в хозяйственном отношении органических соединений в составе сухого вещества растений.

Элементарный состав растений

Сухое вещество растений имеет в среднем следующий элементарный состав (в весовых процентах); углерод - 45, кислород - 42, водород -6,5, азот и зольные элементы - 6,5. Всего в растениях обнаружено более 70 элементов. На современном уровне развития научных данных около 20 элементов (в том числе углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, бор, медь, марганец, цинк, молибден, ванадий, кобальт и йод) считаются, безусловно, необходимыми для растений. Без них невозможны нормальный ход жизненных процессов и завершение полного цикла развития растений. В отношении еще более 10 элементов (в том числе кремния, алюминия, фтора, лития, серебра и др.) имеются сведения об их положительном действии на рост и развитие растений; эти элементы считаются условно необходимыми. Очевидно, что по мере совершенствования методов анализа и биологических исследований общее число элементов в составе растений и список необходимых элементов будут расширены.

Углеводы, жиры и прочие безазотистые органические соединения построены из трех элементов - углерода, кислорода и водорода, а в состав белков и других азотистых органических соединений входит еще и азот. Эти четыре элемента - С, О, Н и N получили название органогенных, на их долю в среднем приходится около 95% сухого вещества растений.

При сжигании растительного материала органогенные элементы улетучиваются в виде газообразных соединений и паров воды, а в золе остаются преимущественно в виде окислов многочисленные «зольные» элементы, на долю которых приходится в среднем всего около 5% массы сухого вещества.

Азот и такие зольные элементы, как фосфор, сера, калий, кальций, магний, натрий, хлор и железо, содержатся в растениях в относительно больших количествах (от нескольких процентов до сотых долей процента сухого вещества) и называются макроэлементами.

Количественные различия в содержании макро- и микроэлементов в составе сухого вещества растений показаны в таблице 2.

Относительное содержание азота и зольных элементов в растениях и их органах может колебаться в широких пределах и определяется биологическими особенностями культуры, возрастом и условиями питания. Количество азота в растениях тесно коррелирует с содержанием белка, а его всегда больше в семенах и молодых листьях, чем в соломе созревших культур. В ботве содержание азота больше, чем в клубнях и корнеплодах. В товарной части урожая основных сельскохозяйственных культур на долю золы приходится от 2 до 5% массы сухого вещества, в молодых листьях и соломе зерновых, ботве корне- и клубнеплодов 6-14%. Наиболее высоким содержанием золы (до 20% и более) отличаются листовые овощи (салат, шпинат).

Состав зольных элементов у растений также имеет существенные различия (табл. 3). В золе семян зерновых и бобовых культур сумма оксидов фосфора, калия и магния составляет до 90%, а среди них преобладает фосфор (30-50% массы золы). Доля фосфора в золе листьев и соломы значительно меньше, и в ее составе преобладают калий и кальций. Зола клубней картофеля, корней сахарной свеклы и других корнеплодов представлена преимущественно оксиданом калия (40-60% массы золы). В золе корнеплодов содержится значительное количество натрия, а в соломе злаков - кремния. Более высоким содержанием серы отличаются бобовые культуры и растения семейства капустные.

В состав растений в относительно больших количествах входят кремний, натрий и хлор, а также значительное число так называемых ультрамикроэлементов, содержание которых исключительно мало - от 10 -6 до 10 -8 %. Физиологические функции и абсолютная необходимость этих элементов для растительных организмов еще не окончательно установлены.

Содержание воды в различных органах растений колеблется в довольно широких пределах. Оно изменяется в зависимости от условий внешней среды, возраста и вида растений. Так, содержание воды в листьях салата составляет 93-95%, кукурузы - 75-77%. Количество воды неодинаково в разных органах растений: в листьях подсолнечника воды содержится 80-83%, в стеблях - 87-89%, в корнях - 73-75%. Содержание воды, равное 6-11%, характерно главным образом для воздушно-сухих семян, в которых процессы жизнедеятельности заторможены.

Вода содержится в живых клетках, в мертвых элементах ксилемы и в межклетниках. В межклетниках вода находится в парообразном состоянии. Основными испаряющими органами растения являются листья. В связи с этим естественно, что наибольшее количество воды заполняет межклетники листьев. В жидком состоянии вода находится в различных частях клетки: клеточной оболочке, вакуоли, протоплазме. Вакуоли - наиболее богатая водой часть клетки, где содержание ее достигает 98%. При наибольшей оводненности содержание воды в протоплазме составляет 95%. Наименьшее содержание воды характерно для клеточных оболочек. Количественное определение содержания воды в клеточных оболочках затруднено; по-видимому, оно колеблется от 30 до 50%.

Формы воды в разных частях растительной клетки также различны. В вакуолярном клеточном соке преобладает вода, удерживаемая сравнительно низкомолекулярными соединениями (осмотически-связанная) и свободная вода. В оболочке растительной клетки вода связана главным образом высокополимерными соединениями (целлюлозой, гемицеллюлозой, пектиновыми веществами), т. е. коллоидно-связанная вода. В самой цитоплазме имеется вода свободная, коллоидно- и осмотически-связанная. Вода, находящаяся на расстоянии до 1 нм от поверхности белковой молекулы, связана прочно и не имеет правильной гексагональной структуры (коллоидно-связанная вода). Кроме того, в протоплазме имеется определенное количество ионов, а следовательно, часть воды осмотически связана.

Физиологическое значение свободной и связанной воды различно. Большинство исследователей полагает, что интенсивность физиологических процессов, в том числе и темпов роста, зависит в первую очередь от содержания свободной воды. Имеется прямая корреляция между содержанием связанной воды и устойчивостью растений против неблагоприятных внешних условий. Указанные физиологические корреляции наблюдаются не всегда.

Растительная клетка поглощает воду по законам осмоса. Осмос наблюдается при наличии двух систем с различной концентрацией веществ, когда они сообщаются с помощью полупроницаемой мембраны. В этом случае по законам термодинамики выравнивание концентраций происходит за счет вещества, для которого мембрана проницаема.

При рассмотрении двух систем с различной концентрацией осмотически активных веществ следует, что выравнивание концентраций в системе 1 и 2 возможно только за счет перемещение воды. В системе 1 концентрация воды выше, поэтому поток воды направлен от системы 1 к системе 2. По достижении равновесия реальный поток будет равен нулю.

Растительную клетку можно рассматривать как осмотическую систему. Клеточная стенка, окружающая клетку, обладает определенной эластичностью и может растягиваться. В вакуоли накапливаются растворимые в воде вещества (сахара, органические кислоты, соли), которые обладают осмотической активностью. Тонопласт и плазмалемма выполняют в данной системе функцию полупроницаемой мембраны, поскольку эти структуры избирательно проницаемы, и вода проходит через них значительно легче, чем вещества, растворенные в клеточном соке и цитоплазме. В связи с этим, если клетка попадает в окружающую среду, где концентрация осмотически активных веществ будет меньше по сравнению с концентрацией внутри клетки (или клетка помещена в воду), вода по законам осмоса должна поступать внутрь клетки.

Возможность молекул воды перемещаться из одного места в другое измеряется водным потенциалом (Ψв). По законам термодинамики вода всегда движется из области с более высоким водным потенциалом в область с более низким потенциалом.

Водный потенциал (Ψ в) – показатель термодинамического состояния воды. Молекулы воды обладают кинетической энергией, в жидкости и водяном паре они беспорядочно движутся. Водный потенциал больше в той системе, где выше концентрация молекул и больше их общая кинетическая энергия. Максимальным водным потенциалом обладает чистая (дистиллированная) вода. Водный потенциал такой системы условно принят за нуль.

Единицей измерения водного потенциала являются единицы давления: атмосферы, паскали, бары:

1 Па = 1 Н/м 2 (Н- ньютон) ; 1 бар=0,987 атм =10 5 Па=100 кПА;

1 атм =1,0132 бар; 1000 кПа = 1 МПа

При растворении в воде другого вещества, понижается концентрация воды, уменьшается кинетическая энергия молекул воды, снижается водный потенциал. Во всех растворах водный потенциал ниже, чем у чистый воды, т.е. в стандартных условиях он выражается отрицательной величиной. Количественно это понижение выражают величиной, которая называется осмотическим потенциалом (Ψ осм.). Осмотический потенциал – это мера снижения водного потенциала за счет присутствия растворенных веществ. Чем больше в растворе молекул растворенного вещества, тем осмотический потенциал ниже.

При поступлении воды в клетку ее размеры увеличиваются, внутри клетки повышается гидростатическое давление, которое заставляет плазмалемму прижиматься к клеточной стенке. Клеточная оболочка, в свою очередь, оказывает противодавление, которое характеризуется потенциалом давления (Ψ давл.) или гидростатическим потенциалом, он обычно положителен и тем больше, чем больше воды в клетке.

Таким образом, водный потенциал клетки зависит от концентрации осмотически действующих веществ – осмотического потенциала (Ψ осм.) и от потенциала давления (Ψ давл.).

При условии, когда вода не давит на клеточную оболочку (состояние плазмолиза или увядания), противодавление клеточной оболочки равно нулю, водный потенциал равен осмотическому:

Ψ в. = Ψ осм.

По мере поступления воды в клетку появляется противодавление клеточной оболочки, водный потенциал будет равен разности между осмотическим потенциалом и потенциалом давления:

Ψ в. = Ψ осм. + Ψ давл.

Разница между осмотическим потенциалом клеточного сока и противодавлением клеточной оболочки определяет поступление воды в каждый данный момент.

При условии, когда клеточная оболочка растягивается до предела, осмотический потенциал целиком уравновешивается противодавлением клеточной оболочки, водный потенциал становиться равным нулю, вода в клетку перестает поступать:

- Ψ осм. = Ψ давл. , Ψ в. = 0

Вода всегда поступает в сторону более отрицательного водного потенциала: от той системы, где энергия больше, к той системе, где энергия меньше.

Вода в клетку может поступать также за счет сил набухания. Белки и другие вещества, входящие в состав клетки, имея положительно и отрицательно заряженные группы, притягивают диполи воды. К набуханию способны клеточная стенка, имеющая в своем составе гемицеллюлозы и пектиновые вещества, цитоплазма, в которой высокомолекулярные полярные соединения составляют около 80% сухой массы. Вода проникает в набухающую структуру путем диффузии, движение воды идет по градиенту концентрации. Силу набухания обозначают термином матричный потенциал (Ψ матр.). Он зависит от наличия высокомолекулярных компонентов клетки. Матричный потенциал всегда отрицательный. Большое значение Ψ матр. имеет при поглощении воды структурами, в которых отсутствуют вакуоли (семенами, клетками меристем).