Водный обмен

Водный обмен растений

Водная среда объединяет все части организма. В теле

Водичка в растительной клетке

Свободная
85 – 90%

Связанная
10 - 15%

ЯМР

подвижность

Констутивная
(химически связанная)
Гидратационная:
-коллоидносвязанная (иммобилизованная)
-осмотически

Осмотические явления

Идеальная осмотическая ячейка

Полупроницаемая
мембрана

Растворитель

Осмотически
активное
вещество
(осмотик)

P

П

Осмотическим
давлением (π)
называют

Полупроницаемая
мембрана

Растворитель

Биополимер
(не образует
истинного раствора )

Матричная
компонента
осмотического
давления
возникает
в результате
взаимодействия
воды с
гидрофильными

Осмотическое давление и проблема «лишней» воды

В клетке ψ < 0,
в

Растительная клетка как осмотическая система

Противодавление клеточной стенки N равно
гидростатическому

a w - активность воды.
Эффективная (реальная) концентрация, соответственно которой вода

Итак, основные показатели водного баланса клетки, количественно.

Активность воды: аН2О = pН2О

Тургор обеспечивает рост клетки «растяжением»

При Ψw внешней среды > Ψw внутренней

Плазмолиз

Ψw внешней среды ≤ Ψw внутренней среды клетки
вода выходит из клетки

Водный баланс клетки

Ψкл = Ψнар. р-ра

Осмотический стресс

Как бороться с осмотическим стрессом?

Понижение
осмотического потенциала
за счет синтеза осмолитов
(глицин-бетаин,
Пролин,

Растения-галофиты

Suaeda

Salicornia

Направление движения воды в системе целого растения также определяется направлением градиента

Колебания водного потенциала в растительных тканях

Днем водный потенциал клеток обычно снижается,

Динамические характеристики потока воды в клетку Почти закон Ома – I

Повышается при изменении
состава мембран:
Повышение доли ненасыщенных
жирных кислот (десатурация) , стероидов,

Аквапорины

Молекулы воды преодолевают мембраны двумя путями: через липидный бислой и через

Структура водных каналов - аквапоринов

NPA-бокс: Asp-Pro-Ala

Регулирование аквапоринами водного баланса клетки и растения

много воды в клетке

мало воды

1. Преимущественно
на капиллярном подъеме воды
основан транспорт у мхов.
Высота мхов

Поглощение воды корнем

Ризодерма
с корневыми
волосками

Кора

Эндодерма
с поясками
Каспари

Перицикл

Флоэма

Протоксилема

Ранняя
метаксилема

Поздняя
метаксилема

Ароморфоз:
Появление корней -
«коллективное»

Радиальное строение корня

Ризодерма: первичная загрузка
симпласта, локально –
в трихобластах.
Кора: «метаболический котел»:
1.

Транспортные системы клеток корня

Загрузка ризодермы
идет за счет работы
высокоаффинных
переносчиков.
Загрузка ксилемы

Ароморфоз:
Образования трахей (сосудов ксилемы):
повышение гидравлической проводимости,
увеличение скорости транспорта.
Увеличение роли
«верхнего

КУТИКУЛА
(экстрацеллюлярный слой восковых веществ)

Верхний эпидермис

Столбчатый мезофилл

Нижний эпидермис

Губчатый мезофилл

УСТЬИЦЕ

Кутикулярная транспирация

Устьичная транспирация

КУТИКУЛА
(экстрацеллюлярный слой восковых веществ)

Преобладающие компоненты:
сложные эфиры неразветвленных
алкан-1-олов (четные С24-С28)
и алкан-1-оевых

Hosta ‘Love Pat’

Hosta ‘Queen Josephine’

Микроструктура воска придает «пластмассовый» блеск и устойчивость

УСТЬИЦА – ОСОБЫЕ КЛЕТКИ ЭПИДЕРМИСА

1. СОДЕРЖАТ ХЛОРОПЛАСТЫ
2. НЕТ ПЛАЗМОДЕСМ

Состояние устьиц зависит от:
Водного потенциала клеток листа;
Концентрации

ОБРАЗОВАНИЕ МАЛАТА В КЛЕТКАХ УСТЬИЦ (С-3!)

ДЕНЬ:
ГЛИКОЛИЗ
КРАХМАЛ ГЛЮКОЗА ФЕП
ФЕП-К

Открывание устьиц ( 2-3 часа)

Н+

АТФ

АДФ

АТФ

АДФ

К+

Н+

Cl-

Н+

малат

Cl-in

К+in

+ -
+ -
+ -

К+in-канал

К+

Cl-

К+out

Cl-out

К+out

Cl-out

Са2+

Закрывание устьиц (30 мин)

малат

мтх

Н2О

Высокая конц. СО2, АБК- (образуется

Гуттация

Каждый лист таро (Colocasia esculenta)
в течение суток выделяет до 100 мл

Гуттация

Реабсорбция минеральных веществ

Лист: ВЕРХНИЙ КОНЦЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ водного потока.
Транспирация (контакт с атмосферой)
Фиксация СО2 (образование

Радиальное строение корня и механизм возникновения корневого давления

Ризодерма: первичная загрузка
симпласта, локально

Эндодерма
Играет роль
полупроницаемой
мембраны
осмотической ячейки

Высокое водное сопротивление (R)
= низкая проводимость (Lp)

Низкое водное

Радиальный транспорт воды в корне

Варианты транспортных путей в корне

Апопластный

Симпластный

Трансцеллюлярный (от клетки к клетке)

В зависимости от

Механизм работы верхнего концевого двигателя

-0,5 бар

Лист -15 бар
Стебель -5 бар
Корень -2

Схема флоэмного и ксилемного транспорта

Взаимосвязь ксилемного и флоэмного транспорта

Строение флоэмы

Афидная методика (от Aphid – тля)

Состав флоэмного и ксилемного экссудата

Вещества, не транспортируемые (А) и транспортируемые по флоэме (В)

Не транспортируются:
Углеводы с

Клетки-спутницы бывают трех типов. Зачем?

A – обычные и промежуточные клетки-спутницы у

Симпластная и апопластная загрузка флоэмы

У трансгенного табака
с активной инвертазой
загрузки флоэмы не
получилось…

Сосуд ксилемы

Трансферная клетка-спутница
(Transfer Cell)

Ситовидный

Симпластическая загрузка флоэмы

Сосуд ксилемы

Промежуточная клетка-спутница
(Intermediary Cell)

Плазмодесмы, контактирующие
с мезофиллом

Ситовидный элемент флоэмы

Intermediary

Alonsoa meridionalis
(Scrophulariaceae)

Вещества, содержащиеся во флоэмном экссудате Alonsoa meridionalis, mM

Роль промежуточных клеток в симпластной загрузке флоэмы: «полимеризационная модель»

1. Синтез сахарозы

Промежуточные клетки всегда присутствуют в листьях, содержащих стахиозу, и наоборот

Симпластическая загрузка

Взаимосвязь ксилемного и флоэмного транспорта
Гетеробарический лист:
Разгрузка ксилемы
по апопласту
2. Загрузка

Способы загрузки и разгрузки ксилемы и флоэмы зависит от многих
факторов