fizjologia roślin 2

Osmotyk to roztwór W stężonych roztworach cukrów jest ich hydratacja, czyli mniej cząsteczek wody, gdy wiąże sie z cukrem, rośnie stężenie, spada objętośc wody, też na to daje się poprawki. Ψw to różnica potencjału wody w danym miejscu (tw,  wakuoli μw) i czystej wody pod ciśnieniem atmosferycznym. Wartości bezwzględne μw i μw0 nie są znane. znana jest różnica między nimi, któa zawsze jest ujemna, dlatego, że odejmujemy od roztworu gdzie jest mniej wody niż w czystej wodzie. Ψw=(μw - μw0)/Vw. Vw to stała wartość potencjalnej objętości molowej wody. To potencjał chemiczny czystej wody oznaczony w jednostkach ciśnienia J/m2. J=Nm Pa=Nm3. są cztery parametry osmotyczne: Π* potencjał osmotyczny, ciśnienie osmotyczne, ciśnienie sprężystości i turgor. w komórce jest potencjał osmotyczny. Gdy pobiera ona wody potencjał maleje, jest efekt rozcięczenia. Turgor na początku jest zerowy, potem rośnie. Zdolnośc komórki do pobierania wody to -Ψw. -Ψw=Π*-p, gdy p=0 -Ψw=Π*, gdy Π*=0 -Ψw=p. Plazmoliza w roztworach, gdzie Π* roztworu zewnętrznego jest większe niż soku komórkowego jest migracja wody z komórki do środowiska, jest to plazmoliza, podczas plazmolizy spada wartość turgoru, protoplast odstaje od ścian komórkowych. Ma to związek z kurczeniem się wakuoli. Czasami widoczne są nici Hechta, są to obkurczone plazmodesmy (wypustki plazmatyczne). Za pomocą plazmolizy odróżniamy komórki żywe od martwych. Włożenie splazmolizowanej komórki do czystej wody lub w roztworze o niższym potencjale potencjale osmotycznym daje dysplazmolizę, pod warunkiem, że nici Hetcha nie są zerwane. W zależności od roztworu (plazmoticum), kształt plazmolizy może mieć różny wygląd. Np. w roztworach jonów jednowartościowych K, Li plazmoliza ma regularny kształt, związany z hydratacyjną rola jonów jednowartościowych. W roztworach jonów dwuwartościowych Ca, Mg jest dehydratacja cytoplazmy i plazmoliza ma nieregularny kształt. Jony dwuwartościowe wiążą się z dwoma różnymi cząsteczkami co daje utrzymanie struktury cytoplazmy, plazmoliza ma kształt gwiazdki. Jony rodnikowe np. CSN dają kształt kołpaczkowaty. związane jest to z większą przepuszczalnością plazmolemy dla dużych jonów niż tonoplastu, w wyniku ich oddziaływania plazmoliza przyjmie kształt kołpaczka. Komórka ma kanały wodne, transport błonowy podlega kontroli ze względu na małą przepuszczalność lipidów dla wody. Jest duży przepływ wody przez błony biologiczne. Są białka kanalowe tworzące pory w błonach przez, które woda idzie do komórki. Są to akwaporyny, są to integralne bialka błonowe, łańcuch polipeptydowy 6 razy przebija błonę, N koniec i C koniec są po stronie cytoplazmy. Światło poru wynosi 0,15-0,20 nm. średnica cząsteczki wody ma około 0,15 nm. Błona komórkowa ma białka im lipidy. Metody pomiaru potencjału osmotycznego:  plazmolityczna, polega na umieszczeniu skrawka tkanki w roztworach o różnym stężeniu molowym sacharozy (niedysocjujący roztwór) i odnalezieniu roztworu, w którym 50% komórek jest zplazmolizowanych.  komórka zplazmolizowana to komórka z nawet najmniejszym odłaczeniem protoplastu od ściany komórkowej. W takim roztworze turgor ma 0. Metoda krioskopowa to wyciśnięcie za pomocą prasy soku komórkowego z tkanki i zamrożenie soku. /dokładne centymetry, gdzie stopien jest podzielony na 100 podjednostek mierzą temperaturę, w której pojawiają się kryształki lodu. Zgodnie z prawem Raoulta jednomolowy roztwór obniża tempo zamarzania o 1,33 st. C. Znając wartość temperatury obliczamy stężenie. Modyfikacja tej metody pozwala na oznaczenie potencjalu osmotycznego w pojedynczej komórce. Wybieramy do tego duże komórki np. glon krynicznik Nitella sp. i mikropipetą pobieramy sok komórkowy będący w podciśnieniu. Sok kładziemy na szkielko przedmiotowe i od razu polewamy kroplą oleju silikonowego. Kropla wysycha po 5 s, tyle trwa doświadczenie. Preparat umieszzczamy w roztworach HCl o różnym stężeniu. Roztwory te wyznaczają wartość bezwzględnego potencjału osmotycznego. Szkielko kładziemy na miedzianej płytce połączonej z zamrażalnikiem i kładzie na stoliku mikroskopowym. Zamraża się ja do -20 st. C i stopniowo odmraża. Kontrolujemy temp. w której kryształki lodu rozmarzaja. Porównujemy z próbami kontrolnymi w NaCl. Określa to stężenie zwiaków odmotycznie czynnych. Metoda pomiaru potencjału wody w tkankach, skrawki tkanek umieszczamy w roztworach o różnym potencjale osmotycznym, po czasie inkubacji szuka sie roztworu, gdfzie masa tkanki nie zmieniła się. W roztworze, gdzie potencjał wody jest niższy od potencjału wewnątrz krzywa rośnie do stałej wartości, gdy stężenie roztworu jest stałe wzrost stężenia daje ubytek tkanki do czasu, gdy komórki przestają tracić wodę. Pęcznienie jest to proces pobierania wody (płynu lub pary) przez substancje wielkocząsteczkowe (ośrodek pęczniejący). Daje to zmianę objętości, jest to wynik efektów koloidalnych i kapilarnych. W cytozolu przeważa pęcznienie koloidów np. białek, w ścianie są efekty kapilarne, nagromadzenie się wody między mikrofibrylami i przestrzeniach międzymicelarnych i efekty koloidalne, uwodnienie polisacharydów gł. hemiceluloz. Wakuola nie ma ośrodka pęczniejącego. Potencjał osmotyczny zastepuje sie tu potencjałem matrycowym Πτ. W niektórych częsciach roślin np. w nasionach , haustoriach pobieranie wody jest tylko na zasadzie pęcznienia (haustoria mają pasożytnicze rośliny np. storczyki Orchidaceae). Woda wnika do pęczniejącego ośrodka na drodze dyfuzji, dlatego szybkośc pęcznienia zależy od temperatury. Zaqtrzymane przez ośrodek pęczniejący cząsteczki tracą energie kinetyczną, która jest zamieniona na ciepło. ciepło pęcznienia mierzymy termometrem w czasie zanurzenia kiełkujących nasion w termosie. Powinowactwo ośrodka pęczniejącego do wody jest duże, w jego czasie powstaje ciśnienie do kilkudziesięciu megapaskali. Wykorzytsywano to rozkruszania skał i preparacji czaszek. Namaczane nasiona grochu Pisum sp. umieszczano w skałach, suche drewno zmoczone w wodzie pęcznieje. Synonim pęcznienia to imbibicja. Przepływ masowy wody jest to transport długodystansowy pomiędzy organami rosliny, jeog wartość zależy od promienia naczynia (r), lepkości płynu (η) i wielkości gradientu ciśnienia (Δp/Δx). Wzór to Πr4/8ηxΔp/Δx. Przepływ zależy od cisnienia i objętości, nie zależy od stężenia roztworu do czasu ż nie zmieni się lepkośc. Przy podwojeniu promienia wartość przepływu rośnie o wektor 16. Gospodarka wodna rośliny, rosliny lądowe żyją w otoczone powietrzem atmosferycznym, jest to źródłem CO2, niezbędnego fotosyntezie, ale atmosfera jest sucha. może dać odwodnienie rosliny. Rosliny maja adaptację do życia na lądzie, one kontrolują gubienie wody i umożliwiają jej szybki transport z gleby, żeby zrównoważyć jej parowanie do atmosfery, pozwlają też na dyfuzję CO2 w roslinie.  Zawartośc wody w glebie i natężenie ruchu wody zależy od rodzaju gleby, najsuchszy jest piasek, którego cząsteczki mają do 2 mm średnicy i mają małą powierzchnie wyrażoną na m2 na 1 gram. Są duże kanały między cząsteczkami gleby, 1 g gleby może mieć 10 - 100 g wody. Najwilgotniejsza gleba to glina, ma cząsteczki poniżej 2 μm. Powierzchnia w m2 na gram wynosi 100 - 1000. Pomiędzy cząsteczkami gleby są kapilarne przestrzenie międzycząsteczkowe, mają powietrze lub wodny roztwór substancji. Gdy gleba jest silnie uwodniona ma wodę grawitacyjną, rosliny rzadko z niej korzystają, spływa ona do głębszych warstw gleby. Woda grawitacyjna uzupelnia wodę w kapilarach glebowych, z tej wody korzystają rosliny. Ciąglośc wody w kapilarach decyduje o jej podciąganiu do wyższych warstw. Oprócz tych rodzajów wody jest woda higroskopijna (błonkowata), która jest silnie związana z cząsteczkami gleby. Jest niedostępna dla roślin, jej odłaczenie od cząsteczek gleby wymaga dużej energii. Zawartość tej wody w glebie rośnie wraz z rozdrobnieniem gleby. Pjemnośc polowa wody to ilośc wody, mogąca być związana przez daną masę gleby. jeśli w glebie zostanie tylko woda błonkowata roślina uschnie.  Określamy ilość wody błonkowej w glebie przez pomiar jej masy w czasie więdnięcia rosliny. i po jej napowietrznym wysuszeniu.  jest to woda/punkt trwałego więdnięcia. Woda dostępna dla rośliny Wd, woda trwałego więdnięcia WtNW, woda polowa Wp, Wd=Wp-WtNW. Rosliny mają różne sposoby pobierania wody. Pobieranie poikilohydryczne mają ziarna pyłku, nasiona, mchy i zielenice oraz bakterię, sinice, porosty, grzyby. Nie mają one systemu korzeniowego, pobierają wodę całą powierzchnia ciała. Mają formy przetrwalne oraz wytwory: śluzy, egzopolisacharydy lub splecione plechy. co pozwala na spowolnienie metabolizmu w czasie stresu wodnego i na przeżycie. Mchy i porosty tak mają. Cudu bitechnologiczny bakterii Xanthomonas campestris tworzy dużo pilisacharydów, och 1 g wiąże 6 l wody. Stosuje sie je w kosmetyce. Sinice żyjące na piaszczystych glebach  tworzą 4 polisacharydy, choduje się je do nawadniania piasków, nostok Nostoc robią śliską warstwę, żyją w ciepłym klimacie. Homeohydryczne to mszaki Bryophita, paprotniki Pteridophyta, kwiatowe Angiospermae mają wakuolę, kutikulę, aparaty szparkowe i system korzeniowy o rżónym zasięgu. Soczewica Lens sp. ma 0,70 m, lucerna Alfalfa, 5 m, im dłuższe korzenie tym głębiej roślina sięga do wody gruntowej. Żyto Secale sp. ma powierzchnie całego korzenia z włosnikami 639 m. Włośniki mają pow. 43, 2 m, korzenie bez włośników 622 m. Dobowy przyrost korzeni bez włośników to 4,99 km, samych włośników 89 km. Korzeń otoczony jest pochwą śluzowatą, chroniącą komórki przed uszkodzeniem w czasie wzrostu, tak samo czapeczka. Strefa wzrostu korzenia i włośniki pobierają wodę, pobieranie wody w korzeniu jest blisko wierzchołka wzrostu, gdzie komórki epiglemy mają cienkie ściany i liczne włośniki. Pobieranie wody jest wtedy, gdy potencjał wody włośników jest niższy od potencjału gleby. O wartościpotencjału w młodych korzeniach głównie decyduje potencjał osmotyczny. potencjał wody gleby wynika z oddziaływania sił matrycowych. Silnie nasycone gleby mają niski potencjał wody, bo oddziałuje ona z jonami soli, tu dużą rolę ma potencjał osmotyczny. Gleby silnie zasolone mają niski potencjał wody, więc jest ona słabo dostępna lub niedostępna dla roślin. Halofity, rosliny żyjące na zasolonych glebach (słonorośla) pobierają duże ilości soli, gromadzą ją w wakuolach, co obniża potencjał wody we włośnikach, jest on bardziej ujemny niż w glebie i woda jest pobierana. NAdmiar soli w wakuoli jest groźny, obniża on potencjał wody w komórkach. Ilośc wody pobieranej przez korzeń zależy od różnicy potencjału między korzeniem i glebą i suma oporó napotykanych przez wodę w czasie wędrówki. W to ilość wody, A pow. wymiany W=A. Σy to suma oporówna potykanych przez wodę (Ψgleby-Ψkorzenia)/Σy.  W miarę wzrostu korzenia komórki ulegają suwerynizacji. Strefa włośnikowa przesuwa się w dół i stale jest odtwarzana. Transport wody między glebą a atmosferą w roślinie, włośniki to wypustki komórek epiglemy. Na 1 mm2 może ich być kilka tysięcy. Woda przenika do korzeni na zasadzie różnicy potencjału wody, od wyższego w glebie, do niższego we włośnikach, potem w epidermie, 2 warstwie korzenia. Jest przepływ wody do komórek kory pierwotnej. Są 3 drogi transportu. Apoplastyczna, gdy ściany i przestwory komórkowe są wypełnione wodą. Symplastyczna, z cytoplazmy 1 komórki, do cytoplazmy 2. Komórki są połączone plazmodesmami - cytoplazmatycznymi wypustkemi. Przez wakuole na zasadzie różnicy potencjału wody pomiędzy sąsiadującymi wakuolami. Komórki łączą się plazmodesmami. Plazmotubula przebija ściany 2 komórek i łaczy je. Po korze pierwotnej jest endoderma (śródskónia), jej ściany mają suwerynę, jest niedrożna dla wody, ale co jakiś czas komórki przepustowe, są cienkościenne. Pomiędzy tymi warstwami jest transport wody. Z endodermy woda idzie do walca osiowego. W korze pierwotnej są zatrzymywane cząsteczki wody. Przez endodermę woda idzie przez komórki przepustowe, na zasadzie symportu lub przez sąsiadujące wakuole na zasadzie różnicy potencjału wody. W komórkach walca osiowego jest taki sam transport jak w korze pierwotnej, jest on pomiędzy sąsiadującymi naczyniami lub cewkami. Do wiązek przewodzących woda idzie z komórek miękiszowych . Transport jest bez nakładu energii. Z ostatniej warstwy komórek walca osiowego przylegających do wiązek przewodzących jony są aktywnie transportowane, spada potencjał wody w naczyniach. Woda jest transportowana z komórek miękiszowych do elementów przewodzących przez gradient potencjalu wody.  Transport aktywny wymaga nakładu energii. Jest ona wykorzystywana tylko do transportu jonów. Ksylem transportuje wodę do wyżej położonych organów dzięki działaniu parcie korzeniowego i transpiracji, w przypadku tarcia korzeniowego jest wzrost ciśnienia, transpiracji podciśnienie. Wiosną z brzozy płynie płyn (płacz roślin), ciśnienie w parciu korzeniowym ma 0,1-0,8 MPa. Zjawisko to jest wtedy gdy jest pozyskiwana energia z procesów oddechowych. Warunki beztlenowe hamują proces. Parcie korzeniowe daje gutację, gdy nie ma parowania, na koniuszkach traw są kropelki wody. Gutacja jest przed rozwojem liści, gdy nie ma transpiracji, np. wczesną wiosną parcie korzeniowe uruchamia krążenie wody w roslinie. Płyn z naczyń jest wyciskany przez szparki wodne (hydratory). Powstają gutakrople. Parcie korzeniowe nie może podnieść poziomu wody powyżej pewnej granicy.