Процесс перемещения веществ по растению происходит через два основных механизма: транспирацию и транспортировку веществ по проводящим тканям. Рассмотрим, какие вещества и в каком состоянии перемещаются по растению от корней вверх к листьям, а также основные пути их движения.
1. Транспортировка воды и минеральных веществ
Вода и растворённые в ней минеральные вещества (например, соли калия, магния, кальция, фосфаты и другие) перемещаются по растению через ксилему — проводящую ткань, которая отвечает за проведение воды и растворённых веществ от корней к листьям и другим частям растения. Этот процесс называется транспирацией.
Процесс:
Корни растения поглощают воду из почвы через корневые волоски, которые обеспечивают максимальное всасывание.
Вода с растворёнными в ней минеральными веществами поступает в корни, и через сосуды ксилемы начинает двигаться вверх по стеблю.
Транспортировка воды осуществляется за счёт разности концентраций и давления, а также силы, называемой сосущим эффектом (пассивное движение воды). Вода поступает в ксилему по механизму осмотического всасывания, а затем по законам физики (поверхностное натяжение и капиллярный эффект) поднимается вверх.
Транспирация из листьев, то есть испарение воды через устьица, создаёт дефицит воды в клетках листа, что приводит к притоку воды из сосудов ксилемы, поддерживая необходимое давление.
Состояние веществ:
Вода перемещается в виде жидкости, а растворённые минеральные соли находятся в виде ионов (например, Na+, K+, Ca²+, NO₃-, PO₄³-, SO₄²-).
2. Транспортировка органических веществ (фотоассимилятов)
Основными органическими веществами, которые перемещаются по растению от листьев к другим частям, являются сахара (в основном сахароза), аминокислоты, гормоны и другие органические вещества, синтезируемые в процессе фотосинтеза.
Этот процесс происходит по проводящей ткани, называемой флоэмой (или ситовидными трубками), и называется транслокация.
Процесс:
В листьях происходит фотосинтез, в результате которого синтезируются органические вещества, такие как сахара (главным образом сахароза), которые затем поступают в флоэму.
Сахара и другие органические вещества переносятся по флоэме с помощью активного транспорта, который требует энергии (ATP). Поступая в флоэму, эти вещества движутся к тканям, где они используются для роста, питания или хранения.
Энергетический процесс: За счет разности концентраций (высокая концентрация сахара в листьях и низкая в других частях растения) происходит движение растворённых органических веществ. Они перемещаются в флоэме по принципу осмотического давления — из областей с высокой концентрацией растворённых веществ (листья) в области с низкой концентрацией (стебель, корни).
Состояние веществ:
Сахара (например, сахароза) и аминокислоты находятся в растворе в флоэме. Эти вещества находятся в виде раствора в воде, но они активируют осмотический эффект, который и позволяет им перемещаться.
3. Роль гормонов в перемещении веществ
Гормоны растений, такие как ауксины, гибберелины, цитокинины, абсцизовая кислота, играют важную роль в регулировании транспортировки веществ. Например, ауксины, вырабатываемые в верхушках побегов, регулируют рост клеток и направление их деления и удлинения, что тоже влияет на транспортировку веществ в растении.
Процесс:
Гормоны могут влиять на всасывание воды и минеральных веществ, а также на использование сахаров и других органических веществ.
Ауксины могут также стимулировать рост и развитие корней, что в свою очередь может повышать их способность поглощать воду и минеральные вещества, влияя на общий поток веществ в растении.
4. Механизмы, участвующие в движении веществ
Транспирация: Сила, с которой вода испаряется из листьев, создаёт всасывающее давление в корнях и вытягивает воду вверх по растению.
Капиллярный эффект: Молекулы воды прилипают к стенкам сосудов, что также способствует движению воды вверх.
Осмос: Разница в концентрации растворённых веществ в разных частях растения создаёт осмотическое давление, которое помогает перемещать жидкости (как воду, так и органические вещества).
Активный транспорт: Для перемещения органических веществ и некоторых ионов, таких как калий, в клетках используется энергия (ATP), что позволяет веществам двигаться против градиента концентрации.
5. Особенности движения веществ в разных частях растения
Корни: Основная роль корней — поглощение воды и минеральных веществ из почвы. Они также могут служить местом хранения запасных веществ.
Стебель: Стебель является основным проводником, который соединяет корни и листья. В нем содержатся сосуды ксилемы и флоэмы, по которым происходит движение веществ.
Листья: Листья являются основными органами фотосинтеза, где происходят процессы, в ходе которых синтезируются органические вещества. Эти вещества затем транспортируются по флоэме в другие части растения.
Заключение
В общем, перемещение веществ в растении является сложным и многокомпонентным процессом. Вода и растворённые в ней минеральные вещества движутся вверх по ксилеме, в то время как органические вещества (сахара, аминокислоты) перемещаются по флоэме от листьев к другим частям растения. Эти процессы происходят благодаря взаимодействию осмоса, капиллярных сил, активного транспорта и транспирации.
