ΔΠΘ - Τμήμα Δασολογίας & Διαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΦΥΤΩΝ ΠΡΟΣΛΗΨΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΣΤΑ ΦΥΤΑ

Transcript

1 ΔΠΘ - Τμήμα Δασολογίας & Διαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΦΥΤΩΝ ΠΡΟΣΛΗΨΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΣΤΑ ΦΥΤΑ Θερινό εξάμηνο 2011

2 Ο ρόλος του νερού στο φυτό Βασικότερο συστατικό των ιστών Μέσο διασποράς κολλοειδών ουσιών του πρωτοπλάσματος Μέσο διάλυσης ουσιών για τη μεταφορά τους από κύτταρο σε κύτταρο Πηγή σπαργής στα φυτικά κύτταρα Θερμορυθμιστικός παράγοντας Τα φυτά προοσλαμβάνουν μεγάλες ποσότητες νερού 90% από αυτό αποδίδεται στον αέρα μέσω υδρατμών 2

3 Μεταφορά νερού και θρεπτικών ουσιών Ευκαρυωτικά κύτταρα έντονη διαμερισματοποίηση ποικιλία μεμβρανών. Διακίνηση ουσιών απαραίτητη για τη λειτουργία ενός οργανισμού δομικά υλικά ή καύσιμα απομάκρυνση τοξικών ουσιών Μεταφορά: Παθητικά, μέσω φυσικοχημικών δυνάμεων Ενεργητικά, με μεσολάβηση φορέων και με κατανάλωση ενέργειας από τον οργανισμό. 3

4 Διάχυση Το φαινόμενο κατά το οποίο τα μόρια μιας ουσίας μέσα σε ένα διαλυτό μέσο έχουν την τάση να καταλαμβάνουν ολόκληρο το διαθέσιμο σε αυτά χώρο. Από περιοχή μεγάλης συγκέντρωσης προς περιοχή μικρής συγκέντρωσης Οφείλεται στην κινητική ενέργεια των μορίων ή των ιόντων, τόσο της διαλυμένης ουσίας όσο και του διαλύτη. Τείνει να εξισορροπήσει διαφορετικές συγκεντρώσεις 4

5 Διάχυση 5

6 Μοντέλο ρευστού μωσαϊκού 6

7 Δομή μεμβράνης Κυτταρική μεμβράνη Λιπαρός υμένας, λεπτός, διαφανής Στρώμα λιπιδικών μορίων: πάχος 6nm «φράγμα» Δίοδοι & αντλίες: Σχηματίζονται από πρωτεϊνικά μόρια Διαπερνούν την κυτταρική μεμβράνη Επιτρέπουν είσοδο / έξοδο μορίων Λιπίδια: Υδρόφιλη κεφαλή 1 ή 2 υδρόφοβες υδρογονανθρακικές ουρές 7

8 8

9 Διάχυση μέσα από μεμβράνη Μέσα από τις μεμβράνες περνούν πιο εύκολα: Μικρά μόρια Λιποδιαλυτά μόρια Λιπόφοβα μόρια (π.χ. νερό), περνούν από μικρούς υδρόφιλους πόρους της μεμβράνης μόνο μικρά μόρια Λιπόφιλα περνούν ακόμα και μεγάλα μόρια Η διαφορά συγκέντρωσης είναι η κινητήριος δύναμη = απλή διάχυση Διευκολυνόμενη διάχυση = μέσω φορέα 9

10 Διευκολυνόμενη διάχυση 10

11 11

12 Ώσμωση Η διάχυση του νερού μέσω μιας ημιδιαπερατής μεμβράνης Ημιδιαπερατή μεμβράνη: επιτρέπει τη δίοδο του νερού, αλλά όχι των διαλυμένων ουσιών. Η ώσμωση συμβάλλει στη ροή νερού από διάλυμα με υψηλή υδατική συγκέντρωση σε διάλυμα με χαμηλή υδατική συγκέντρωση. Το καθαρό νερό κινείται πάντα προς την κατεύθυνση του διαλύματος. Το σύστημα θα ισορροπήσει μόνο όταν περάσουν μεγάλες ποσότητες νερού στο διάλυμα ή αν εφαρμοστεί πίεση από την πλευρά του διαλύματος - εξισορροπεί την οσμωτική μεταφορά. 12

13 Ωσμωτική πίεση Η πίεση που πρέπει να ασκηθεί από την πλευρά του διαλύματος για να σταματήσει η οσμωτική μεταφορά του νερού. Εξαρτάται από τον αριθμό των σωματιδίων που κινούνται ελεύθερα μέσα στο διάλυμα. Μικρά σωματίδια απαιτούν μεγαλύτερη ωσμωτική πίεση Υπότονο, υπέρτονο και ισότονο διάλυμα. 13

14 Ωσμωτική κυψέλη του Pfeffer 14

15 Σπαργή Πίεση σπαργής: η εσωτερική υδροστατική πίεση του κυττάρου προς το κυτταρικό τοίχωμα, λόγω της ώσμωσης (πρόσληψη Η2Ο). Το κύτταρο διατηρείται άκαμπτο = σπαργή Αντίθετη και ισότιμη με την πίεση σπαργής είναι η πίεση τοιχώματος (προς το εσωτερικό του κυττάρου) ή «Π» Απορροφητική δύναμη «Α»: Α=Ω-Π Το κύτταρο απορροφά νερό σύμφωνα με τις ανάγκες του. 15

16 Πλασμόλυση Όταν φυτικό κύτταρο τοποθετηθεί σε υπέρτονο διάλυμα, τότε ρέει νερό από το χυμοτόπιο στο διάλυμα. Συρρικνώνονται τα χυμοτόπια και ο πρωτοπλάστης. Το πλασμαλήμμα ξεκολλάει από το κυτταρικό τοίχωμα. 16

17 Ενεργός μεταφορά Γίνεται μέσω φορέων τρανσλοκάσες περμεάσες. Υδατάνθρακες, αμινοξέα και ιόντα διακινούνται με μεγαλύτερες ταχύτητες από ότι επιτρέπει η διάχυση Διευκολυνόμενη διάχυση γίνεται μέσω φορέων από μεγαλύτερη προς μικρότερη συγκέντρωση. Ενεργός μεταφορά - Γίνεται προς την αντίθετη φορά από αυτήν της διάχυσης και καταναλώνει ενέργεια. 17

18 Πρόσληψη νερού από ρίζες Το έδαφος έχει πόρους που συγκρατούν νερό λόγω τριχοειδών δυνάμεων απορροφητική δύναμη. Επίσης έχει άλατα ωσμωτική δύναμη. Για να απορροφηθεί νερό προς τις ρίζες, πρέπει η απορροφητική δύναμη των κυττάρων της ρίζας να υπερνικήσει την απορροφητική δύναμη + την ωσμωτική δύναμη του εδάφους. Οι ρίζες εκμεταλλεύονται και νερό μακρινών αποστάσεων. 18

19 Πρόσληψη νερού από ρίζες 19

20 Μεταφορά νερού στο φυτό Μικρές αποστάσεις: μέσω του αποπλάστη (κυτταρικά τοιχώματα) Μέσω του συμπλάστη (από πρωτόπλασμα σε πρωτόπλασμα. Στην ενδοδερμίδα,λόγω των ταινιών του Caspary, το νερό περνά από τον συμπλάστη μόνο. Τελικά φτάνει στον κεντρικό κύλινδρο της ρίζας, στον αγγειώδη ιστό και μεταφέρεται σε μεγάλες αποστάσεις. 20

21 Μεταφορά νερού στο φυτό 21

22 22

23 Ριζική πίεση Μέσω μεταφοράς ιόντων στα αγγεία, προκαλείται πτώση του υδατικού δυναμικού του αγγείου νερό κινείται προς το αγγείο ωσμωτικά από τα γειτονικά κύτταρα ριζική πίεση. Ριζική πίεση: εξαναγκάζει το νερό και τα ιόντα να κινηθούν ανοδικά στο ξύλωμα. Δεν είναι ικανή από μόνη της να μεταφέρει το νερό μέχρι την κορυφή του φυτού. Συμβάλλουν το ρεύμα της διαπνοής και οι δυνάμεις συνοχής του νερού. 23

24 Διαπνοή Η διαδικασία απώλειας υδρατμών από τα φύλλα των φυτών. Δομή των φύλλων. 24

25 Διαπνοή Μέσω των αγγείων, το νερό καταλήγει στα φύλλα όπου και εξατμίζεται. Ανταλλαγή αερίων από τα στόματα. Ο αέρας των μεσοκυττάριων χώρων είναι πάντα κορεσμένος σε υδρατμούς υψηλό υδατικό δυναμικό. Ο αέρας έχει χαμηλό υδατικό δυναμικό διάχυση υδρατμών κατά τη διαβάθμιση του υδατικού δυναμικού. Η διαπνοή δημιουργεί την απορροφητική δύναμη των φύλλων ρεύμα διαπνοής 25

26 Πορεία του νερού στο φυτό 26

27 Είδη διαπνοής Διαπνοή εφυμενίδας: τα φύλλα καλύπτονται από ένα λεπτό στρώμα υμενίνης εμποδίζει διαπνοή και πρόσληψη CO2 μικρό ποσοστό Στοματική διαπνοή: ρυθμίζεται από την κίνηση των στομάτων 90% της διαπνοής Φυτά με μεγάλη επιφάνεια φύλλων μπορούν και απορροφούν μεγάλες ποσότητες CO2 χάνουν ταυτόχρονα και πολύ νερό λόγω διαπνοής. Οξιά μεγάλης ηλικίας μπορεί να χάνει και λίτρα το χρόνο Σε πυκνά δάση υπολογίζεται ότι 80% του νερού της βροχής χάνεται με τη διαπνοή. 27

28 Υδατικό δυναμικό 28

29 Υδατικό δυναμικό 29

30 Ρόλος της διαπνοής Επιτρέπει την ανταλλαγή των αερίων (CO2, Ο2 και Η2Ο) Το ρεύμα της διαπνοής επιτρέπει την κίνηση του νερού από τη ρίζα στα φύλλα και την απορρόφηση διαλυμένων θρεπτικών ουσιών από τους ιστούς Ρυθμίζει τη θερμοκρασία του φύλλου Μεγάλη διαπνοή μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική απώλεια νερού και θάνατο του φυτού. Η ρύθμιση της κίνησης των στομάτων είναι μηχανισμός για την «οικονομία» σε νερό και την αντοχή σε ξηρασία. Φυτά που διαπνέουν λιγότερο φωτοσυνθέτουν και πιο λίγο απορροφούν λιγότερο CO2. 30

31 Σταγονόρροια Η απώλεια Η2Ο από το φυτό σε υγρή μορφή. Μετά από θερμές νύχτες με πολλή υγρασία. Το φυτό προσροφά περισσότερο νερό από αυτό που μπορεί να χάσει με τη διαπνοή. Γίνεται μέσω εξειδικευμένων οργάνων που λέγονται «υδατώδη» και βρίσκονται στις κορυφές και τις παρυφές των φύλλων. Τα αίτια της σταγονόρροιας είναι εξωτερικά: άφθονο εδαφικό νερό, νηνεμία, υγρασία ατμόσφαιρας, χαμηλή θερμοκρασία, σκοτάδι 31

32 Υδατικό ισοζύγιο Η μεγαλύτερη ποσότητα του νερού που προσλαμβάνεται διαπνέεται. Για να λειτουργήσει το φυτό, χρειάζεται κανονικό υδατικό ισοζύγιο νερό που διαπνέεται, να αντικαθίσταται με πρόσληψη. Αρνητικό ισοζύγιο τη μέρα, θετικό τη νύχτα. Τελικό αρνητικό ισοζύγιο χάνεται η σπαργή των κυττάρων μαρασμός φυτού σε υπερβολικό βαθμό επέρχεται ξήρανση. Κατά το μαρασμό αναστέλλονται οι φυσιολογικές λειτουργίες και καταναλώνονται τα αποθέματα. Μαρασμός πιο έντονος αν έχει προηγηθεί έντονη αύξηση. 32

33 Υδατικό ισοζύγιο 33