Vodne razmere v celicah in celi rastlini Flashcards
(16 cards)
Transport vode v/iz celice (difuzija, osmoza)
Difuzija je proces pri katerem molekule prehajajo iz območje z višjo koncentracijo v območje z nižjo koncentracijo, dokler ne dosežejo ravnovesja. Difuzija vode neposredno skozi lipidni dvosloj je običajno počasna, saj je voda polarna in ni topna v lipidih. Akvaporini so specializirani proteinski kanali v plazmalemi, ki močno povečajo prepustnost membrane za vodo in omogočajo njen hitrejši prehod.
Osmoza je poseben primer difuzije, kjer voda prehaja skozi polprepstno membrano iz območja manjše koncentracije topljenca v območje z višjo. Polprepustna membrana omogoča prehod vode, vendar ne topljencev.
Transport vode v/iz celice(pomen vodnega potenciala za celico, toničnost)
-Hipotonično okolje- voda vstopa v celico v procesu osmoze, saj je koncentracija topljencev znotraj celice večja kot zunaj nje.
-Izotonično okolje- ni neto pretoka vode, saj je koncentracija topljencev na obeh straneh membrane enaka.
-Hipertonično okolje-voda izhaja iz celice v procesu osmoze, saj je koncentracija topljencev zunaj celice večja kot znotraj.
Vodni potencial je ključen za vzdrževanje hidravličnega ravnovesja v rastlinskih celicah in tkivih. Njegove komponente so tlačni potencial, osmotski potencial in matrični potencial. Tlačni potencial ali turgorski tlak predstavlja tlak, ki ga celična stena izvaja na protoplast. Če je pozitiven podpira celico in pomaga ohranjati njeno obliko. Padec turgorskega tlaka lahko povzroči plazmolizo. Osmotski potencial je odvisen od koncentracije raztopljenih snovi v vodi. Matrični potencial je v zunajceličnem vodnem potencialu običajno zanemarljiv.
Voda se premika iz območja z višjim vodnim potencialom v območje z nižjim, torej nakazuje ali bo voda vstopila ali zapuščala celico. Koreninske celice absorbirajo vodo iz tal, kjer je vodni potencial talne raztopine višji kot v koreninskih celicah. Razlike v vodnem potencialu med celicami spodbujajo enakomerno porazdelitev vode v tkivih rastline.
Kaj je snovni tok?
Snovni tok je gibanje molekul zaradi gradienta tlaka in je glavna oblika transporta vode na daljše razdalje. S snovnim tokom se voda premika: v ksilemu, v tleh, po apoplastu, v floemu. To je gibanje molekul, katerega gonilna sila je gradient tlaka-transpiracija, ker vleče vodo iz korenin navzgor in tudi aktivni transport sladkorjev v floemskih celicah ustvarja visok turgorski tlak, ki poganja premikanje raztoopine po floemu. Snovni tok je neodvisen od koncentracije gradientov, če ti ne vplivajo na viskoznost.
Vodne razmere v rastlinski celici
Voda se absorbira v koreninskih laskih in potuje z radialnim transportom do ksilema in nato z aksialnim transportom do listov, kjer izstopa s transpiracijo. Razlika v tlakih v različnih delih rastline poganja potovanje vode. Vodne razmere so odvisne od vodnega potenciala. Rastlinske celice imajo velike vakuole, ki morajo biti zadostno napolnjene z vodo, da celica ohranja turgescenčnost in ne pride do plazmolize. Vakuola obsega 80-95% volumna pru rastoči celci in 85-95% pri odrasli.
Osmoregulacija ali osmouravanavanje
Osmoregulacija je uravnavanje optimalnega osmotskega ravnovesja v rastlinskih celicah in tkivih s spreminjanjem koncentracije raztopljenih snovi brez spremljanja turgorja ali spreminjanja volumna celice. Nekatere rastline so osmoregulacije sposobne, nekatere pa ne. Če teh mehanizmov ni rastline hitreje oveni.
Mehanizmi osmoregulacije: TAKT(transpiracija, adhezija, kohezija, tenzija)
- Koreninske celice absorbirajo vodo in raztopljene snovi iz tal. Aktivni transport ionov skozi membranske proteine omogoča uravnavanje vnosa specifičnih ionov, kar vpliva na osmotski potencial celic. Prav tako osmozo nadzorujejo tudi akvaporini z uravnavanjem pretoka vode.
-Vakuole delujejo kot skladišča za ione in druge raztopljene snovi. Rastline lahko uravnavajo osmotski potencial z aktivnim črpanjem ionov v ali iz vakuol.
-Rastline lahko povečajo sintezo osmoprotektantov kot odziv na osmotski stres. To so majhne molekule, ki ne vplivajo negativno na celične funkcije in pomagajo pri zadrževanju vode v celici.
-Z zapiranjem in odpiranjem listnih rež se uravnava izhlapevanje vode.
Tako jih lahko rastline zapirajo, da zmanjšajo izgubo vode med sušo.
Osmoregulacija omogoča preživetje v različnih okoljskih pogojih;npr. sušnih ali slanih. Pomaga ohranjati turgorski tlak in homeostazo, ki je ključna za optimalno delovanje encimov in metabolizma.
HALOFITI so rastline, ki rastejo na slanih tleh in imajo zelo dobro spododbnost osmoregulacije. IMa sposobnost kopičenja soli v vakuolah in sinteze specifičnih osmoprotektantov.
KSEROFITI so rastline, ki rastejo v suhih okoljih in imajo prilagoditve, kot so debela kutikula, zmanjšano število stomat in povečana sinteza osmoprotektantov, da zmanjšajo izgubo vode.
Predstavite transport vode v tleh in sprejem vode iz tal v korenine
Razpoložljivost vode v tleh je različna, odvisna je od fizikalno-kemijskih lastnosti tal(teksture, stukture, deleža mineralnih in deleža organskih snovi) od poljske kapacitete tal(sposobnosti tal za zadrževanje vode; največja v humusnih, najmanjša v pesku).
Rast rastline je odvisna od razpoložljivosti mineralnih hranil in vode, rasti korenin, prodiranje korenin.
Voda vstopa v korenino predvsem preko koreninskih laskov, ko laski propadejo, njihova mesta nadomesti periderm(sek. krovno tkivo), preko katerega prehod vode ni več mogoč. Žile se formirajo na območju koreninskih laskov, skozi laske pa voda vstopa z difuzijo ali snovnim tokom. Za dober sprejem vode je odvisno razmerje med površino listov in korenin. Da voda vstopi v korenino, se v korenini zniža koreninski potencial. Endodermis ima osrednje stene suberizirane(Casperjev trak), zato se tam pot vode z difuzijo konča, in vsa voda vstopi v žilne stene-simplast, saj voda po endodermisu apoplastno ne more potovati.
Predstavite sprejem vode(absorpcija) iz tal v korenino(okolje-rastlina) in radialni transport(med celicami in žilami v steblu)
Voda vstopa v korenino predvsem preko koreninskih laskov. Koreninske celice ustvarijo osmotski tlak in voda iz tal, kjer je nižja koncentracija topljenca vstopa z osmozo. Učinkovito vsrkavanje vode omogočajo rudi kapilarne sile v koreninskih laskih. Prav tako ima velik pomen razlika v vodnih potencialnih med različnimi deli sistema. V tleh je največji in v zraku najmanjši, kar ustvarja podtlak skozi rastlino in voda potuje skozi koreninske laske vse do listov. Voda po koreninah lahko potuje po aoplastu(po celičnih stenah in med celicami) ali simplastu(skozi celice in plazmodezme) ali mešano. Endoderm vsebuje Casperjev trak, ta onemogoča prehod po apoplastu, od tam naprej voda potuje simplastično, da se bolje regulira vstop hranil in vode v ksilem.
Transport vode po rastlini, v steblu po žilah(aksialni transport). Opišite mehanizme transporta: koreninski tlak, kapilarnost, transport na daljše razdalje; kavitacija)
Koreninski tlak nastane, ko korenine aktivno črpajo minerale v ksilemske celice. To poveča koncentracijo raztopljenih snovi v ksilemu, zato voda vztopa z osmozo. To ustvari pozitiven tlak, ki potiska vodo navzgor po ksilemu. Ta mehanizem je še posebej pomemben ponoči ali pri nizki transpiraciji, ko je izhlapevanje iz listov minimalno. Kapilarnost je lastnost tekočin, da se dvigajo v ozkih ceveh(kapilarah) zaradi adhezije(privlačnost med vodo in stenami kapilare) in kohezije(privlačna sila med vodnimi molekulami). Ksilemske žile delujejo kot kapilare, kjer voda zaradi kapilarnih sil potuje navzgor. Čeprav kapilarnost sama po sebi ne more dvigovati vode na velike višine, je del celotnega mehanizma za transport vode. Tenzija oz. transpiracijski vlek je glavni mehanizem za transport vode na velike razdalje, od korenin do listov. Temelji na izhlapevanju vode iz listnih por, pri čemer se ustvarja podtlak v ksilemu, ki vleče vodo navzgor. Zelo je učinkovit zaradi kohezije vodnih molekul, ki tvorijo neprekinjen vodni stolpec-kavitacija. To prekine kohezijo in lahko zaustavi transport vode v ksilemu. RAstline imajo mehanizme za zmanjšanje kavcije kot npr. obvodne poti, ki omogočajo nadaljnji pretok vode=žile so med seboj povezane s porami.
Opišite transport vode med žilami in celicami listov(radialni transport)
Tenzija povzroča premikanje vode skozi ksilem, zaradi podtlaka, ki nastane ob izhlapevanju vode skozi listne pore. Voda se premika skozi ksilem stebla in vstopa v ksilem listov. V mezofilne celice voda lahko vstopa po apoplastu(med celicami in celični steni), simplastu(skozi celice in plazmodezme) ali transmembransko(po apoplastu ali simplastu). Premika se iz celic z višjim vodnim potencialom v tiste z nižjim. Nato voda izhlapeva skozi stomate zaradi še nižjega okoljskega vodnega potenciala. Stomate se lahko odpirajo in zapirajo glede na potrebe rastline in okoljske pogoje, kar uravnava izgubo vode.
Transport vode med rastlino in okoljem(transpiracija s površine celic mezofila)
Transpiracija je ključni proces, ki omogoča transport vode in hranil v rastlini, regulira temperaturo rastline ter omogoča izmenjavo plinov. Mehanizem transpiracije je difuzija, in sicer difuzija vodne pare. Poteka v smeri koncentracijskega gradienta vodne pare(proti nižji koncentraciji) kar lahko opišemo tudi z razlikami v vodnem potencialu. Vodna para izhlapeva s površine celic mezofila v medcelične prostore in od tam skozi stomate v ozračje- od višjega proti nižjemu vodnemu potencialu. V ozračje potuje v obliki difuzijske oble. Če so stomate preveč blizu, se oble začnejo prekrivati in se transpiracija z večanjem št.stomat ne povečuje. Transpiracija je odvisna tudi od uporabnosti mejne plasti zraka in upornosti listnih rež- Mejna plast zraka je tanka plast zraka, ki obdaja površino lista in predstavlja pregrado za prehod vodne pare. Debelejša mejna plast poveča upornost in zmanjša hitrost transpiracije. Veter zmanjšuje debelino mejne plasti. Prav tako jo znižujejo višje temperature in nizka relativna zračna vlažnost. Nasprotno pa nizke temperature in visoka vlažnost povečujejo upornost. Upornost stomat je odvisna od tega koliko so odprte, bolj kot so odprte nižja je upornost. Odprtost stomat je regulirana z različnimi dejavniki kot je svetloba, koncentracija CO2, vlaga in pomankanje vode. Skupno upornost za prehod vodne pare lahko izrazimo kot vsoto upornosti mejne plasti zraka in upornosti stomat.
Opišite ozmozo kot posebno obliko difuzije. Razlikujte ozmostki tlak od ozmotskega potenciala.
Osmoza je difuzija vode skozi selektivno prepustno membrano, iz območje z nižjo koncentracijo topljenca na območje z višjo(torej iz območja z višjim vodnim potencialom v območje z nižjim). Pri tem voda dobro prehaja, topljenec pa ne ali slabo prehaja. Osmotski tlak je tlak potreben, da prepreči osmozo vode. Večja kot je koncentracija snovi, višji je osmotski tlak- določa smer in moč premikanja vode skozi polprepustno membrano. Osmotski potencial je potencial vode, da se premaknejo iz hipotonične raztopine v hipertonično raztopino. Osmotski potencial je negativna vrednost osmotskega tlaka.
Kakšna je razlika med ozmozo in difuzijo. Katere substance vstopajo in izstopajo pri vsakem procesu?
Oba procesa temeljita na gibanju molekul zaradi koncentracijskih gradientov. Pri difuziji molekule ali ioni spontano prehajajo iz območja z višjo koncentracijo v območje z nižjo, dokler ni doseženo ravnovesje. Ta proces je pasiven in lahko poteka s polprepustno membrano ali brez nje. Prehajajo topljenci- to so lahko plini kot sta O2 ali CO2, majhne molekule in ioni v prisotnosti transportnih proteinov npr. sladkorji, Na+, Cl-…
Osmoza je posebna oblika difuzije, pri kateri voda prehaja skozi polprepustno membrano iz območja z nižjo koncentracijo raztopljenih snovi(višji vodni potencial) v območje z višjo (nižji vodni potencial). Proces je pasiven in vedno vključuje prehod skozi polprepustno membrano. V tem primeru torej prehaja topilo-voda.
Koncepta vodnega potenciala in kako je ta povezan z kemijskim potencialom vode. Na kakšen način koncept vodnega potencial pomaga razložiti pomikanje-gibanje vode po rastlini!
Vodni potencial je potencialna energija vode v določenem sistemu glede na čisto vodo pri standardnih pogojih-je relativna vrednost. Čista voda ima pri standradnih pogojih vodni potencial =0. Izraža se v enoti Pa in ga sestavljajo 4 komponente: osmotski potencial, tlačni potencial, gravitacijski potencial in matrični potencial. Je sorazmeren z razliko med kemijskim potencialom vode v sistemu in kemijskim potencialom čiste vode pri standardnih pogojih, deljeno z molsko prostornino.
Kemijski potencial vode je merilo za energijsko stanje molekul vode in določa smer njihovega gibanja. Izražen je J/mol. Ko je voda v prisotnosti raztopljenih snovi se kemijski potencial zmanjša, kar je osnova za osmotski potencial in prispeva k nižanju vodnemu potencialu.
Voda se premika od nižjega vodnega potenciala proti višjemu. Torej se giba iz tal, kjer je vodni potencial višji v koreninske celice kjer je višji, zaradi prisotnosti raztopljenih snovi v citoplazmi. Skozi koreninske celice prehaja po osmotskem in tlačnem gradientu. Skozi ksilem potuje zaradi transpiracijskega vleka, ki ustvarja podtlak na vrhu rastline. Gravitacijski potencial je pomemben pri premikanju vode v visokih rastlinah. Ko voda izhlapeva skozi stomate, se v listih ustvarja negativen tlačni potencial, ki vleče vodo navzgor iz korenin skozi ksilem.
Voda izhlapeva skozi stomate, ker je v ozračju nižji vodni potencial kot v mezofilu.
Razložite zakaj je hitrost transpiracije večja kadar je v zraku manj vlage, je sončno in svetlo in zmerno piha?
Nizka zračna vlažnost pomeni nižjo koncentracijo vode pare v zraku okoli listov. To ustvarja večji gradient vodnega potenciala med notranjostjo listov(višji potencial) in zunanjim zrakom(nižji potencial), zaradi česar voda hitreje izhlapeva iz listov. Svetloba spodbuja fotosintezo, pri kateri rastline odpirajo stomate, da omogočijo vstop CO2. Odprte stomate pomenijo manjšo upornost vodnih rež, kar omogoča večje izhlapevanje vode. Veter zmanjšuje debelino mejne plasti zraka okoli listov-upornost mejne plasti se zmanjša. Odstranjuje tudi vodno paro, ki se sprošča iz listov, kar zmanjšuje vodni potencial.
Razložite zakaj lahko voda potuje do vrha 100m visokega drevesa. Kaj preprečuje, da bi se vodni stolpec prekinil. Kdaj se vodni stolpec prekine, in če se prekine kateri mehanizmi omogočajo povrnitev v prvotno stanje.
Mehanizmi, ki vodijo vodo skozi ksilem so trije:
-kapilarnost(dvig vodnega stolpca vzdolž tanke kapilare 1m posledica adhezije in kohezije vodnih molekul)
-koreninski tlak(ne prispeva veliko, bolj ponoči ali ob nizki transpiraciji)
-podtlak(=tenzija) v nadzemnem delu=kohezijsko tenzijska teorija
Kavitacija ali prekinitev vodnega stolpca se lahko pojavi zaradi suše, mehanskih poškodb ali zelo visokih temperatur. Mehanizmi, ki omogočajo ponovno vzpostavitev stolpca so:
-Preusmeritev toka skozi povezane žile, torej če se ena zapre zaradi kavitacije, se voda lahko preusmeri skozi druge, ki nimajo blokade
-koreninski tlak lahko pomaga potisniti vodo navzgor
Kmetje, ki gnojijo rastlino v času suše lahko močno škodijo poljščinam. Na osnovi vašega znanja o dostopnosti vode rastlina, razložite kaj se zgodi!
Z gnojenjem se manjša vodni potencial talne raztopine, ker se poveča koncentracija raztopljenih snovi v tleh. To pomeni, da rastline težje črpajo vodo iz tal, saj razlika v vodnih potencialih ni več tako velika. V skrajnih primerih lahko voda iz koreninskih celic celo prehaja v tla, kar povzroči dehidracijo rastlin. Če so rastline pod velikim vodnim stresom lahko pride tudi do kavitacij, kar še dodatno poslabša dostopnost vode za zgornje dele rastline.
