Вода – уникальное вещество. При всей распространенности и простоте своего состава ее физические и химические свойства зачастую являются исключениями. Так, например, при 4 о С плотность воды максимальна, а при переходе в твердое состояние (лед) она уменьшается! Никакое другое вещество себя так не ведет.
Что же касается данного опыта, на первый взгляд, все очевидно и просто. Вода смачивает бумагу и бечевку, и материалы намокают. А вот объяснить почему так происходит, затруднительно.
Разберемся, для начала, в самом термине «смачивание». Оно представляет собой явление взаимодействия жидкости с поверхностью твердого тела. Вариантов развития событий, как всегда, два:
- притяжение между молекулами жидкости сильнее, чем их притяжение к молекулам твердого тела. Жидкость стремится сократить контакт с поверхностью и, в результате, собирается в капли.
- притяжение между молекулами жидкости слабее, чем их притяжение к молекулам твердого тела. Жидкость стремится увеличить площадь соприкосновения и, в результате, прижимается к поверхности тела, растекаясь по ней.
Тут, очевидно, второй вариант. Растекание происходит до тех пор, пока жидкость не покроет всю поверхность, или пока слой жидкости не станет мономолекулярным.
Но как вода преодолевает силы гравитации?
Собственно, так же, как и в растениях. Вода поднимается вверх по капиллярным сосудам растения и доставляет ее от корней к листьям и плодам.
Происходит это за счет разницы давлений и сил поверхностного натяжения воды. Поверхность воды, попадающей в узкий капилляр, принимает вогнутую форму (мениск). При таком положении давление жидкости под этим мениском становится меньше атмосферного, и вода стремится вверх. И чем тоньше капилляр, тем выше поднимается вода, стремясь уравновесить отрицательное давление. Если жидкость не смачивает поверхность, то мениск будет выпуклый, и она не станет подниматься вверх по капилляру.
Салфетка имеет пористую структуру и состоит преимущественно из целлюлозы, которая, в свою очередь, имеет волокнистое строение. Таким образом, воде не составляет труда найти себе пути-капилляры для движения вверх.
В бечевке процессы протекают аналогичным образом, с той лишь разницей, что в ней не нарушаются механические свойства, так как состоит она из цельных нитей.
§ 19. Передвижение воды и питательных веществ в растении — Пасечник. 6 класс. Учебник
Вопросы в начале параграфа
1. Какие типы проводящей ткани в стебле вы знаете?
К проводящей ткани относятся ситовидные трудки луба стебля, по которым перемещаются растворы органических веществ, а также клетки сосудов древесины.
2. Каковы особенности строения клеток этих тканей?
Ситовидные клетки — это вертикальный ряд вытянутых живых клеток, у которых поперечные стенки пронизаны отверстиями словно у сита. Ядра в этих ситовидных клетках разрушены, а цитоплазма примыкает к оболочке.
Сосуды древесины представляют собой длинные трубки, созданные из ряда слившихся воедино клеток.
3. Что такое корневое давление?
Корневое давление — это процесс, происходящий в проводящих сосудах корней растений. Благодаря корневому давлению вода и растворённые в ней минеральные вещества поднимаются вверх от корны к другим частям растения.
Лабораторные работы
Лабораторная работа: Передвижение воды и минеральных веществ по стеблю
1. Рассмотрите поперечный срез побега липы или какого-либо другого древесного растения, простоявшего 2—4 суток в подкрашенной воде. Установите, какой слой стебля окрасился.
Окрасилась древесина стебля
2. Рассмотрите продольный срез этого побега. Укажите, какой слой стебля окрасился. На основании проведённых наблюдений сделайте вывод.
Окрасилась древесина стебля, а точнее сосуды древесины, по которым перемещаются вода и растворённые в ней минеральные вещества. То есть в данном опыте краситель, растворенный в воде прошел теми же путями, что и минеральные вещества, перемещающиеся по стеблю.
3. Прочитайте в учебнике, в чём особенности клеток, по которым передвигаются вода и минеральные соли.
Сосуды стебля состоят из длинных тонкостенных трубок. Эти трубки формируются из длинного вертикального ряда коротких клеток — члеников сосуда, которые соединяются за счёт растворения перегородок между ними.
4. Зарисуйте срезы.
Читайте также: Модель блузок из ткани с пайетками
5. Сделайте выводы об особенностях передвижения воды и минеральных веществ по стеблю.
Вода и минеральные вещества поднимаются от корня вверх к другим частям растения по сосудам, расположенным в древесине стебля растения.
Вопросы в конце параграфа
1. Что такое сосудистые пучки? Какую функцию они выполняют?
Сосудистые пучки, или сосудисто-волокнистые пучки, это группа проходящих рядом сосудов и окруженных прочными волокнами механической ткани.
По сосудисто-волокнистым пучкам вода с растворёнными в ней минеральными солями поднимается от корня вверх к другим частым растения.
2. Какой опыт доказывает, что вода с минеральными веществами передвигается по сосудам древесины?
Опыт, подтверждающий что вода с минеральными веществами передвигается по сосудам древесины проводится следующим образом:
- Возьмём сосуд с водой и подкрасим воду в нём цветными чернилами.
- Поставим в сосуд с подкрашенной водой побег какого-либо растения.
- Посмотрим поперечный срез поставленного в воду побега через 2 — 4 суток.
Результат опыта: древесина ствола побега окрасилась в цвет использованных чернил.
Вывод: Растворы веществ, как и подкрашенная вода поднимаются от корня вверх внутри стебля по сосудам древесины.
3. Почему вода непрерывно поднимается вверх по сосудам стебля?
Вода поднимается вверх по сосудам стебля непрерывно благодаря процессу корневого давления и испарению: корневое давление подталкивает воду от корней вверх, а в процессе испарения в листьях и стеблях освобождается пространство для новых порций воды.
4. На каком опыте можно убедиться, что органические вещества передвигаются по ситовидным трубкам луба?
Опыт, подтверждающий, что органические вещества передвигаются по ситовидным трубкам луба проводится следующим образом:
- На стебле комнатного растения (фикуса, драцены и т.д.) сделать кольцевой надрез.
- Удалить с поверхности стебля кольцо коры и обнажить древесину.
- На стебле укрепить стеклянный цилиндр с водой.
Результат опыта: На стебле среза образовалась раневая пробка, а потом — кольцеобразный наплыв, заживляющий рану. Затем из наплыва начали образовываться придаточные корни.
Вывод: После срезания колька коры со стебля у растения были перерезаны ситовидные трубки луба и органические вещества, идущие от листьев в нижние части растения, стали накапливаться на кромке надреза. Получив увеличенное количество питательных веществ, клетки стебля со срезанной корой начали активно делиться и образовали наплыв, а затем и новые придаточные корни, позволяющие растению восстановить нормальную жизнедеятельность.
5. Где запасаются органические вещества у разных растений?
Запас органических веществ у разных растений может образовываться:
- в клетках плодов и семян;
- в клетках корней, стеблей и их видоизменений (в корнеплодах, клубнях, луковицах и т.д.);
- в сердцевине и древесине стебля (например, у деревьев и кустарников).
Подумайте
Могут ли знания о передвижении питательных веществ в растениях помочь управлять их развитием? Если да, приведите примеры.
Да, знания о передвижении питательных веществ могут помочь управлять их развитием. Например, если обрезать боковые побеги у винограда или томата, то плоды на оставшихся ветках начинают получать большее количество органических веществ. Это позволяет увеличить урожайность растения и ускорить время созревания плодов.
Задания
Для подготовки к изучению прорастания семян возьмите четыре стакана или небольшие стеклянные банки и поместите в них одинаковое количество семян огурцов, фасоли, зерновок овса или пшеницы. В первом стакане семена оставьте сухими. Во второй на дно налейте немного воды и поставьте в тёплое место. Третий стакан до краёв наполните кипячёной водой и накройте его стеклом. В четвёртый стакан налейте немного воды (как во второй), но поставьте его на холод, например в холодильник, или закопайте в снег. Наблюдайте, что произойдёт с семенами в каждом стакане. Во всех ли стаканах и все ли семена проросли? Сделайте вывод, какие условия необходимы для прорастания семян. Свои наблюдения и вывод запишите.
- В первом стакане (семена оставлены сухими) семена не проросли потому, что у семян не было достаточно влаги.
- Во втором стакане (с малым количеством воды в тёплом месте) семена хорошо проросли потому, что у семян было достаточно и воздуха, и влаги, и тепла.
- В третьем стакане (много воды с крышкой) семена не проросли потому, что у них был переизбыток влаги и недостаток воздуха. Семена задохнулись.
- В четвёртом стакане (немного воды и в холодном месте) семена не проросли потому, что им не хватило тепла. Семена могут прорастать только при определённой температуре воздуха, причем для каждого растения существуют свои идеальные условия.
Вывод: Для успешного прорастания семян необходимо обеспечить их достаточным количеством воздуха, влаги и комфортной температурой окружающей среды.
Задания для любознательных
Наблюдайте за образованием наплыва и придаточных корней на одревесневших побегах комнатных растений, повторив опыт, изображённый на рисунке 83. Посадив побег с корнями в почву, наблюдайте за развитием растения из укоренившегося побега.
Читайте также: Как сделать шторы блэкаут своими руками из ткани
Словарик
Сосудистые пучки — это группа сосудов растения (проводящая ткань) окруженная прочными волокнами механической ткани.
Как вода поднимается по ткани
Ксилема цветковых растений содержит два типа проводящих воду структур — трахеиды и сосуды. В статье мы уже говорили о том, как выглядят эти структуры в световом микроскопе, а также на микрофотографиях, полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа. Строение вторичной ксилемы (древесины) рассматривается в статье. Ксилема и флоэма образуют проводящую ткань высших, или сосудистых, растений. Эта ткань состоит из так называемых проводящих пучков, строение и распределение которых в стеблях двудольных растений с первичным строением показано на рисунке.
То, что вода поднимается именно по ксилеме, нетрудно продемонстрировать, погрузив побег срезанным концом в разбавленный водный раствор красителя, например эозина. Подкрашенная жидкость, распространившись вверх по стеблю, заполнит сеть пронизывающих листья жилок. Если затем сделать тонкие срезы и рассмотреть их в световом микроскопе, то окажется, что краситель находится в ксилеме.
Более эффектное доказательство подъема воды по ксилеме дают опыты с «кольцеванием». Такие опыты проводили задолго до того, как стали применяться радиоактивные изотопы, позволяющие очень легко проследить путь веществ в живом организме. В одном из вариантов опыта с одревесневшего стебля снимают узкое кольцо коры вместе с лубом, т. е. флоэмой. Довольно долго после этого находящиеся выше вырезанного кольца побеги продолжают расти нормально: следовательно, такое кольцевание не влияет на подъем воды по стеблю. Однако, если, приподняв лоскут коры, вырезать из-под него сегмент древесины, т. е. ксилемы, то растение быстро завянет. Таким образом, вода движется в побеги из почвы именно по этой проводящей ткани.
Любая теория, объясняющая транспорт воды по ксилеме, не может не учитывать следующие наблюдения.
1. Анатомические элементы ксилемы — тонкие мертвые трубки, диаметр которых варьирует от 0,01 мм в «летней» древесине до 0,2 мм в «весенней» древесине.
2. Большие количества воды движутся по ксилеме с относительно высокой скоростью: у высоких деревьев она составляет до 8 м/ч, а у других растений — около 1 м/ч.
3. Для подъема воды по таким трубкам к вершине высокого дерева необходимо давление порядка 4000 кПа. Самые высокие деревья — секвойи в Калифорнии и эвкалипты в Австралии — достигают в высоту более 100 м. Вода способна подниматься по тонким смачивающимся трубкам благодаря своему высокому поверхностному натяжению (это явление называется капиллярностью), однако только за счет этих сил даже по самым тончайшим сосудам ксилемы вода не поднимается выше 3 м.
Удовлетворительное объяснение этим фактам дает теория сцепления (когезии), или теория натяжения. Согласно этой теории, подъем воды от корней обусловлен ее испарением клетками листа. Как мы уже говорили в статье, испарение снижает водный потенциал клеток мезофилла, прилежащих к ксилеме, и вода поступает в эти клетки из ксилемного сока, водный потенциал которого выше; при этом она проходит через влажные клеточные стенки у концов жилок, как показано на рисунке.
Ксилемные сосуды заполняет сплошной столб воды; по мере того как вода выходит из сосудов, в этом столбе создается натяжение; оно передается вниз по стеблю до самого корня благодаря сцеплению (когезии) молекул воды. Эти молекулы стремятся «прилипнуть» друг к другу, потому что они полярны и притягиваются друг к другу электрическими силами, а затем удерживаются вместе водородными связями. Кроме того, они притягиваются к стенкам ксилемных сосудов, т. е. происходит их адгезия (прилипание) к ним. Сильная когезия молекул воды означает, что ее столб трудно разорвать — у него высокий предел прочности при растяжении. Растягивающее напряжение в клетках ксилемы приводит к генерированию силы, способной сдвигать весь водяной столб вверх по механизму объемного потока. Снизу вода поступает в ксилему из соседних клеток корня. При этом очень важно, что стенки ксилемных элементов жесткие и не спадаются при падении давления внутри, как это бывает, когда сосешь коктейль через мягкую соломинку. Жесткость стенок обеспечивается лигнином. Доказательством того, что жидкость внутри ксилемных сосудов сильно напряжена (растянута), служат суточные колебания диаметра древесных стволов, измеряемые инструментом под названием дендрограф.
Читайте также: Оторвавшийся кусок ткани 4 буквы
Минимальный диаметр отмечен днем, когда интенсивность транспирации наивысшая. Натяжение столба воды в ксилемном сосуде немного втягивает внутрь его стенки (из-за адгезии), и сочетание этих микроскопических сжатий дает фиксируемую прибором общую «усадку» ствола.
Оценки прочности на разрыв столба ксилемного сока варьировали от 3000 доЗО 000 к Па, причем более низкие значения получены позднее. В листьях зарегистрирован водный потенциал порядка —4000 кПа, и прочность столба ксилемного сока, вероятно, достаточна, чтобы выдержать создающееся натяжение. Не исключено, конечно, что столб воды может иногда разрываться, особенно в сосудах большого диаметра.
Критики изложенной теории подчеркивают, что любое нарушение непрерывности столба сока должно немедленно останавливать весь поток, так как сосуд заполнится воздухом и паром (явление кавитации). Кавитацию может вызвать сильное сотрясение, изгибание ствола, а также дефицит воды. Хорошо известно, что на протяжении лета содержание воды в стволе дерева постепенно снижается, древесина заполняется воздухом. Этим пользуются лесозаготовители, потому что такие деревья легче сплавлять. Однако разрыв водного столба в части сосудов слабо влияет на общую скорость объемного потока. Возможно, дело в том, что вода перетекает в параллельно проходящие сосуды или же обходит воздушную пробку, продвигаясь по соседним паренхимным клеткам и по стенкам. Кроме того, согласно расчетам, для поддержания наблюдаемой скорости потока вполне достаточно, чтобы в каждый момент времени функционировала хотя бы небольшая доля ксилемных элементов. У некоторых деревьев и кустарников вода перемещается лишь по более молодой наружной древесине, называемой заболонью. У дуба и ясеня, например, проводящую функцию выполняют в основном сосуды текущего года, а остальная часть заболони играет роль водного резерва. Новые ксилемные сосуды образуются на протяжении всего вегетационного периода, но главным образом в его начале, когда скорость водного потока максимальна.
Вторая сила, обеспечивающая движение воды по ксилеме, — корневое давление. Его можно обнаружить и измерить в тот момент, когда срезают крону, а штамб с корнями некоторое время продолжает выделять сок из сосудов ксилемы. Этот процесс подавляется ингибиторами дыхания, например цианидом, и прекращается при недостатке кислорода и понижении температуры. Работа такого механизма, по-видимому, обусловлена активной секрецией солей и других водорастворимых веществ в ксилемный сок. В результате его водный потенциал падает, и вода поступает в ксилему из соседних клеток корня путем осмоса.
Этот механизм создает гидростатическое давление порядка 100-200 кПа (в исключительных случаях 800 кПа); одного его для подъема воды по ксилеме обычно недостаточно, однако у многих растений оно, несомненно, способствует поддержанию ксилемного тока. У медленно транспирирующих травянистых форм этого давления вполне хватает, чтобы вызвать у них мутацию. Так называется выделение воды на поверхности растения1 в виде капель жидкости, а не пара. Все условия, тормозящие транспира-цию, например слабая освещенность и высокая влажность, способствуют гуттации. Она обычна у многих видов дождевых тропических лесов и часто наблюдается на кончиках листьев у всходов трав.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом