ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΦΥΤΩΝ «Πρόσληψη και µεταφορά του νερού στα φυτά» Τι είναι η Φυσιολογία; Η φυσιολογία αποτελεί τον επιστημονικό κλάδο που ερευνά τις αντιδράσεις και τους χημικούς μηχανισμούς που πραγματοποιούνται στη ζωντανή ύλη. Έχει ως αντικείμενο έρευνας τις λειτουργικές δράσεις των οργανισμών, των κυττάρων και των υποκυττάριων συστατικών, καθώς και τον προσδιορισμό των αιτιών που προκαλούν εκδηλώσεις και δραστηριότητες της ζωής. 2018 Ο ρόλος του νερού στο φυτό Το νερό αποτελεί: τη βασικότερη ουσία για τη σύνθεση των οργανικών συστατικών το µέσο διασποράς των κολλοειδών ουσιών του πρωτοπλάσµατος το µέσο δια του οποίου διαλυµένες ουσίες κινούνται από κύτταρο σε κύτταρο πηγή της σπαργής στα κύτταρα τον κύριο θερµορυθµιστικό παράγοντα Διακίνηση νερού και θρεπτικών ουσιών στο φυτικό κύτταρο Μεταφορά ουσιών παθητική ενεργητική 1
Δοµή της µεµβράνης (µοντέλο του ρευστού µωσαϊκού) Μεταφορά ουσιών µέσω µεµβρανών (Παθητική µεταφορά) Α) Διάχυση Το φαινόµενο κατά το οποίο τα µόρια µιας ουσίας µέσα σε ένα διαλυτικό µέσο έχουν την τάση να καταλάβουν ολόκληρο το διαθέσιµο σε αυτά χώρο* Ταχύτητα διαπερατότητας V= σταθ. Κ (Ca Ci)/ Μ Από τη σχέση προκύπτει ότι η ταχύτητα διαπερατότητας είναι: i) αντιστρόφως ανάλογη της τετραγωνικής ρίζας του ΜΒ (Μ) της ουσίας ii) ανάλογη της διαφοράς της συγκέντρωσης (Ca Ci) ανάµεσα στην ενδοκυττάρια (Ci) και εξωκυττάρια (Ca) συγκέντρωση των µορίων της ουσίας iii) ανάλογη της λιποδιαλυτότητας της ουσίας (Κ) 2
Απλή διάχυση Η κινούσα δύναµη της µεταφοράς των µορίων είναι η διαφορά συγκέντρωσης της ουσίας µεταξύ των χώρων που διαχωρίζονται από τη µεµβράνη (βαθµίδωση της συγκέντρωσης) µεταφερόµενο µόριο πρωτεϊνικός πόρος πρωτεΐνη φορέας αντλία διπλή στοιβάδα λιπιδίων υψηλό Διευκολυνόµενη διάχυση* Για µερικές ουσίες δεν αρκεί να υπάρχει διαφορά συγκέντρωσης µεταξύ των χώρων που διαχωρίζονται από τη µεµβράνη, αλλά χρειάζεται και ένας φορέας για τη µεταφορά τους, χωρίς όµως να απαιτείται κατανάλωση ενέργειας απλή διάχυση Παθητική µεταφορά http://www.accessscience.com διευκολυνόµενη διάχυση ενέργεια Ενεργητική µεταφορά ιαβάθµιση ηλεκτροχηµικού δυναµικού χαµηλό Β) Ώσµωση Διάχυση του νερού δια µέσου ηµιδιαπερατών µεµβρανών* Ωσµωτική πίεση του διαλύµατος * Όσµωση: κίνηση νερού δια µέσου µεµβράνης υδρόφιλο διάχυση νερού η µεγαλύτερη ροή νερού γίνεται µέσω των υδατοπορινών υδρόφοβο υδρόφιλο διπλή φωσφολιπιδική στοιβάδα κυτόπλασµα 3
Ωσµώµετρο Υπέρτονα Υπότονα Ισότονα διαλύµατα Αποτελέσµατα της ωσµωτικής πίεσης 1) Σπαργή κυττάρων Πίεση σπαργής (σπαργή) = πίεση που ασκεί ένα φυτικό κύτταρο προς τα κυτταρικά τοιχώµατα ως αποτέλεσµα της ώσµωσης Α= Ω Π Α: απορροφητική δύναµη κυττάρου Ω: ωσµωτική πίεση κυττάρου Π: πίεση κυτ. τοιχώµατος 2) Πλασµόλυση* Φυτικό κύτταρο που βρίσκεται σε σπαργή τοποθετείται σε υπέρτονο διάλυµα, τότε αρχίζει να βγαίνει νερό από το χυµοτόπιο προς το διάλυµα µέχρι να εξισωθούν οι ωσµωτικές τους πιέσεις. Συρρικνώνονται ο πρωτοπλάστης και το χυµοτόπιο, αναγκάζοντας το πλασµαλήµµα να αποµακρυνθεί από το κ.τ. Αποπλασµόλυση 4
Φορείς Β) Μεταφορά µε µεσολάβηση φορέων (Ενεργός µεταφορά) Μόρια πρωτεϊνών της µεµβράνης που συνήθως καταλαµβάνουν ολόκληρο το πάχος της & χαρακτηρίζονται ως περµεάσες ή τρανσλοκάσες Περιπτώσεις µεταφοράς ουσιών µε τη βοήθεια φορέων Α. Διευκολυνόµενη διάχυση* Μεταφορά ουσιών µέσα από τη µεµβράνη µε τη βοήθεια φορέων προς την κατεύθυνση της διαβάθµισης της συγκέντρωσης, χωρίς κατανάλωση ενέργειας Β. Ενεργητική ή ενεργός µεταφορά* Μεταφορά ουσιών µέσα από τη µεµβράνη αντίθετα προς τη διαβάθµιση της συγκέντρωσης, µε κατανάλωση ενέργειας απλή µεταφορά ταυτόχρονη µεταφορά # συµµεταφορά (Na + - σάκχαρα) # αντιµεταφορά (Na + - K + ) 5
χαµηλό ιαβάθµιση ηλεκτροχηµικού δυναµικού του υποστρώµατος Α συµµεταφορά αντιµεταφορά Εξωτ. πλευρά υψηλό ιαβάθµιση ηλεκτροχηµικού δυναµικού του υποστρώµατος Β Αντλίες µεταφοράς ιόντων Εσωτ. πλευρά υψηλό χαµηλό http://www.accessscience.com Κυτόπλασµα Εξωκυτταρικός χώρος Ενδοκύττωση Η διαδικασία πρόσληψης εξωκυτταρικών ουσιών µέσα σε εγκολπώσεις του πλασµαλήµµατος, οι οποίες τελικά αποκόπτονται και ελευθερώνονται στο κυτόπλασµα µε το περιεχόµενό τους Πρόσληψη υγρών = πινοκύτωση Πρόσληψη στερεών = φαγοκύτωση 6
Διακίνηση του νερού και των θρεπτικών αλάτων στο φυτό Πρόσληψη νερού από τις ρίζες Απορροφητική δύναµη εδάφους τριχοειδείς δυνάµεις δυνάµεις προσρόφησης Απορροφητική δύναµη κυττάρων ρίζας Για µικρές αποστάσεις το νερό µέσα στο φυτό κινείται µέσω: Α) του αποπλάστη (κυτ. τοιχώµατα) Β) του συµπλάστη (από πρωτόπλασµα σε πρωτόπλασµα µέσω πλασµοδεσµών) Γ) συνδυασµό των παραπάνω 7
Ριζική πίεση Διαπνοή Διαπνοή Η διαδικασία απώλειας υδρατµών από τα φύλλα Είδη διαπνοής Α) Διαπνοή εφυµενίδας Υµενίνη Παθητική διαδικασία Ρεύµα διαπνοής Β) Στοµατική διαπνοή Αναπνευστικές κοιλότητες (15-40% συνολικού όγκου φύλλων)* Στόµατα έξοδος υδρατµών, είσοδος CO 2 8
εφυµενίδα κολλέγχυµα άνω επιδερµίδα δρυφακτοειδές παρέγχυµα σπογγώδες παρέγχυµα καταφρακτικά κύτταρα ξύλωµα φλοίωµα Στoµάτιο Αγωγό σύστηµα κάτω επιδερµίδα εφυµενίδα 9
Μέτρηση διαπνοής Ποτόµετρο* Δυνάµεις συνοχής & συνάφειας Φυσιολογική σηµασία διαπνοής 1. Απαραίτητη για την ανταλλαγή αερίων 2. Μετακίνηση νερού από τις ρίζες στα φύλλα 3. Μετακίνηση θρεπτικών στοιχείων από τις ρίζες στα φύλλα 4. Ελάττωση της θερµοκρασίας των φύλλων Σταγονόρροια Σταγονόρροια - Υδατώδη Η απώλεια νερού στα φυτά µε µορφή σταγόνων κάτω από ειδικές συνθήκες (χαµηλή θ, άφθονο εδαφικό νερό, αυξηµένη ατµοσφ. υγρασία, σκοτάδι, κ.ά.) 10
ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Συνήθως κατά τη διάρκεια της µάρανσης των φυτών συµβαίνει: τα κύτταρα έχουν χάσει τη σπαργή τους συστροφή των φύλλων κλείσιµο στοµάτων περιορισµός φσν περιορισµός σχηµατισµού αναβολικών ουσιών (άµυλο) επιτάχυνση καταβολικών διεργασιών (αναπνοή) Προσωρινή µάρανση κολοκυθιάς http://www.food-from-the-garden.com 11