Поглинання іонів клітиною та кореневою системою та ближній транспорт елементів мінерального живлення
Автор: Пользователь скрыл имя, 04 Мая 2015 в 17:36, реферат
Краткое описание
Коренева система рослин поглинає з грунту як воду, так і поживні мінеральні речовини. Обидва ці процеси взаємопов'язані, але здійснюються на основі різних механізмів. Коріння витягають мінеральні речовини з ґрунтового розчину і з грунтового поглинаючого комплексу, з частинками якого зона поглинання кореня (кореневі волоски) тісно контактує.
Клітинні стінки беруть безпосередню участь як у поглинанні речовин із ґрунту, так і в транспорті елементів мінерального живлення по тканинах.
Оглавление
1. Поглинання мінеральних речовин……………………………………...... 2
2. Механізми поглинання іонів рослинною клітиною…………….………..2
2.1. Виборче накопичення мінеральних речовин в клітині……………2
2.2. Роль клітинних стінок в процесах адсорбції мінеральних речовин……………………………………………………………………...3
2.3. Способи проникнення іонів через біологічні мембрани………….6
2.4. Пасивний і активний мембранний транспорт……………………..7
3. Кореневе живлення……………………………………………………...…9
4. Близький (радіальний) транспорт іонів в тканинах кореня……………15
5. Список використаних джерел…………………………………………….18
Файлы: 1 файл
Поглинання іонів клітиною та кореневою системою та ближній транспорт елементів мінерального живлення..docx
— 84.40 Кб (Скачать)Особливу роль в плазмалемме рослинних клітин (а також в тонопластом) грає Н + -насос, що створює через ці мембрани електричний (Δψ) і хімічний (ΔрН) градієнти іонів Н +.
На рис. 2.4 показано, що електричний потенціал іонів Н + (мембранний потенціал) може бути використаний на транспорт катіонів по електричному градієнту проти концентраційного. В свою чергу Арн служить енергетичною основою для перенесення через мембрану Cl-, SO4- та ін. В сим- порте з іонами Н + (тобто у ту сторону) або для викачування через зайвого Na + в антипорта з Н + (т. е. в протилежні сторони). В цьому випадку іони Н + переміщуються через мембрану по концентраційному градієнту, але це переміщення за допомогою спеціальних білків-переносників пов'язане з транспортом інших іонів (Cl, Na +) проти їх концентраційних градієнтів. Такий спосіб пересування речовин через мембрану отримав назва вторічного активного транспорту.
Виникнення ΔрН на мембрані може служити основою для вторинного активного транспорту і органічних речовин. В плазмалемме виявлені білки-переносники цукрів, амінокислот, які набувають високу спорідненість до субстрату тільки в умовах протонирования. Тому коли Н + -насос починає працювати і на зовнішній поверхні плазмалемми збільшується концентрація іонів Н +, то ці білки-перено- счікі протоніруются і пов'язують цукру (амінокислоти). При перенесенні молекул цукру на внутрішню сторону мембрани, де іонів Н + дуже мало, Н + і цукру звільняються, причому цукру надходять в цитоплазму, а іони Н + знову викачуються з клітки Н + -насосом. По суті, Н + відіграє в цьому процесі роль каталізатора. Точно так же в симпорта з іонами Н + в клітину можуть надходити і аніони. Крім того, аніони слабких органічних кислот при зниженні pH на по-поверхні плазмалемми можуть проникати через мембрану у вигляді незаряджених молекул (якщо вони розчиняються у липидной фазі), так як з підвищенням кислотності знижується їх дисоціація.
Рис. 2.4
Механізми мембранного транспорту в плазмалемме рослинних клітин:
К + - катіони, А - аніон, Сах - цукру АК- амінокислоти
Аналогічно Н + можуть функціонувати і НСО3 - або ОН-, надлишок яких з'являється в примембраному шарі цитоплазми при інтенсивній роботі Н + -насоса. Транспорт іонів ОН-, НС03 і (або) аніонів органічних кислот назовні по електрохімічного градієнту може протікати в антипорта з надходженням в клітку аніонів мінеральних речовин (рис. 6. 8).
Ка +, К + -насос характерний для тварин клітин (у яких Nа + виконує ті ж функції, що і Н + у рослин), проте у видів рослин, що мешкають на засолених грунтах, може функціонувати і Na +, К + -насос.
- Кореневе живлення
Азот і зольні елементи поглинаються з грунту діяльної поверхнею кореневої системи рослин у вигляді іонів (аніонів та катіонів). Так, азот може поглинатися у вигляді аніону NO 3 і катіона NH 4 + (тільки бобові рослини здатні в симбіозі з бульбочкових бактерій засвоювати молекулярний азот атмосфери), фосфор і сірка - у вигляді аніонів фосфорної і сірчаної кислот - Н 2 РО 4 - і SO 4 2 -, калій, кальцій, магній,натрій, залізо - у вигляді катіонів К +, Са 2 +, Mg 2 +, Fe 2 +, а мікроелементи - у вигляді відповідних аніонів або катіонів.
Рослини засвоюють іони не тільки з грунтового розчину, але і іони, поглинені колоїдами. Більше того, рослини активно (завдяки розчинювальною здатності кореневих виділень, що включають вугільну кислоту, органічні кислоти і амінокислоти) впливають на тверду фазу грунту, переводячи необхідні поживні речовини в доступну форму.
Коренева система рослин та її поглинальна здатність
Потужність кореневої системи, її будова і характер розподілу в грунті у різних видів рослин різко різняться. Для прикладу достатньо порівняти відомі всім слаборозвинені корінці салату з кореневою системою капусти, картоплі або томатів, зіставити обсяги грунту, які охоплюють коріння таких коренеплодів, як редис і цукровий буряк. Активна частина коренів, завдяки якій відбувається поглинання елементів мінерального живлення з грунту, представлена молодими зростаючими корінцями. У міру наростання кожного окремого корінця верхня його частина товщає, покривається зовні опробковевшей тканиною і втрачає здатність до поглинання поживних речовин. Зростання кореня відбувається в самого його кінчика, захищеного кореневим чехликом. У безпосередній близькості до закінчення корінців розташовується зона діляться меристематичних клітин. Вище її знаходиться зона розтягування, в якій разом зі збільшенням об'єму клітин і утворенням в них центральної вакуолі починається диференціація тканин з формуванням флоеми - низхідній частини судинно-провідної системи рослин, за якою відбувається пересування органічно речовин з надземних органів в корінь. На відстані 1-3 мм від кінчика зростаючого кореня знаходиться зона освіти кореневих волосків, У цій зоні завершується формування і висхідної частини провідної системи - ксилеми, по якій здійснюється пересування води (а також частини поглинених іонів і синтезованих в корінні органічних сполук) від кореня в надземну частину рослин. Кореневі волоски представляють собою тонкі вирости зовнішніх клітин з діаметром 5-72 мкм і довжиною від 80 до 1500 мкм. Число кореневих волосків досягає кілька сотень на кожен міліметр поверхні кореня в цій зоні. За рахунок утворення кореневих волосків різко, в десятки разів, зростає діяльна, здатна до поглинання поживних речовин поверхню кореневої системи, яка перебуває у контакті з грунтом. Вплив кореневої системи поширюється на великий обсяг грунту завдяки постійному зростанню коренів і відновлення кореневих волосків. Старі кореневі волоски (тривалість життя кожного кореневого волоска становить кілька діб) відмирають, а нові безперервно утворюються вже на інших ділянках зростаючого корінця. На тій ділянці кореня, де кореневі волоски відмерли, шкірка пробковеет, надходження води і поглинання поживних речовин із грунту через неї обмежується. Швидкість росту коренів у однорічних польових культур може досягати 1 см на добу. Зростаючі молоді корінці витягають необхідні іони з грунтового розчину на відстані від себе до 20 мм, а поглинені грунтом іони - до 2-8 мм. У міру наростання кореня відбувається, отже, безперервне просторове переміщення зони активного поглинання в грунті. При цьому спостерігається явище хемотропізма, сутність якого полягає в тому, що коренева система рослин посилено зростає в напрямку розташування доступних поживних речовин (позитивний хемотропізм) або її зростання гальмується в зоні високої, несприятливою для рослин концентрації солей (негативний хемотропізм). Недолік елементів живлення рослин у доступній формі викликає, як правило, освіта щодо більшої маси коренів, ніж при високому рівні мінерального живлення. Найбільш інтенсивно поглинання іонів здійснюється в зоні утворення кореневих волосків, і надійшли іони пересуваються звідси в надземні органи рослин. Необхідно відзначити, що корінь є не тільки органом поглинання, але і синтезу окремих органічних сполук, в тому числі амінокислот і білків. Останні використовуються для забезпечення життєдіяльності і процесів зростання самої кореневої системи, а також частково транспортуються в надземні органи.
Поглинання поживних речовин рослинами через корені
За рахунок сосущей сили, що виникає при
випаровуванні вологи через продихи листків,
і нагнітає дії коренів знаходяться в
грунтовому розчині іони мінеральних
солей разом стоком води можуть надходити
спочатку в порожнисті межклетники і пори
клітинних оболонок молодих корінців,
а потім транспортуватися в надземну частину
рослин по ксилемі - висхідної частини
судинно-провідної системи, що складається
з відмерлих клітин без перегородок, позбавлених
живого вмісту. Проте всередину живих клітин кореня
(як і надземних органів), що мають зовнішню
напівпроникну цитоплазматичну мембрану,
поглинені і транспортуються з водою іони
можуть проникати «пасивно» - без додаткової витрати енергії - тільки за градієнтом концентрації
- від більшої до меншої за рахунок процесу
дифузії або при наявності відповідного електри
У той же час добре відомо, що концентрація окремих іонів у клітинному соку, як і в ПАСОК рослин (транспортується по ксилемі з коріння в надземні органи) найчастіше значно вище, ніж у грунтовому розчині. У цьому випадку поглинання поживних речовин рослинами повинна відбуватися проти градієнта концентрації і неможливо за рахунок дифузії.
Рослини одночасно поглинають як катіони,
так і аніони. При цьому окремі іони надходять у рослину
зовсім в іншому співвідношенні, ніж вони
містяться в грунтовому розчині. Одні
іони поглинаються корінням в більшому,
інші - у меншій кількості і з різною швидкістю
навіть при однаковій їх концентрації
в навколишньому розчині. Цілком очевидно, що пасивне поглинання,
засноване на явищах дифузії і осмосу,
не може мати істотного значення в харчуванні рослин,
що носить яскраво виражений виборчий
характер. Дослідження з застосуванням мічених
атомів переконливо показали також, що
поглинання поживних речовин і подальше
їх пересування в рослині відбувається
зі швидкістю, яка у сотні разів перевищує
можливу за рахунок дифузії і пасивного транспорту по судинно-провідної системі з струмом
води. Крім того, не існує прямої залежності
поглинання поживних речовин корінням
рослин від інтенсивності транспірації,
від кількості поглинутої та випарувалася
вологи. Все це підтверджує положення, що поглинання
поживних речовин рослинами здійснюється
не просто шляхом пасивного всмоктування
корінням грунтового розчину разом з містилися
в ньому солями, а є активним фізіологічнимпроцесом
Одностороннє переважання (висока концентрація) у розчині одного солі, особливо надлишок якого-небудь одновалентного катіона, надає шкідливу дію на рослину Розвиток коренів відбувається краще в многосолевом розчині. У ньому проявляється антагонізм іонів, кожен іон взаємно перешкоджає надмірному надходженню іншого іона в клітини кореня Наприклад, Са 3 + у високих концентраціях гальмує надмірне надходження K +, Na + Mg 2 + і навпаки Такі ж антагоністичні відносини існують і для іонів K + і Na +, K + і NH 4 +, K + і Mg 2 +, NO3 - і H 2 PO 4, Cl - і H 2 PO 4 - і ін
Фізіологічна врівноважене IB найлегше відновлюється при введенні в розчин солей кальцію При наявності кальцію в розчині створюються нормальні умови для розвитку кореневої системи, тому в штучних поживних сумішах Са 2 + повинен переважати над іншими іонами. Особливо сильно погіршується розвиток коренів і надходження в них поживних речовин при високій концентрації іонів водню, т е при підвищеній кислотності розчину Висока концентрація в розчині іонів водню чинить негативний вплив на фізико-хімічний стан цитоплазми клітин корп Зовнішні клітини кореня ослизнюються, порушується їх нормальна проникність, погіршується ріст коренів і поглинання ними поживних речовин. Негативна дія кислої реакції сильніше проявляється при відсутності або нестачі інших катіонів, особливо кальцію, в розчині Кальцій гальмує надходження іонів H +,, тому при підвищеній кількості кальцію рослини здатні переносити більш кислу реакцію, ніж без кальцію
Реакція розчину впливає на інтенсивність надходження окремих іонів в рослину і обмін речовин.
Вплив СаСl 2 на ріст коренів пшениці при різній кислотності розчину
|
Варіанти дослідів |
Елемент живлення, в розрахунку на | ||||
5,3 |
4,9 |
4,7 |
4,3 |
4,0 | |
Без СаСl 2 |
25 |
29 |
24 |
3 |
0 |
З СаСl 2 |
64 |
64 |
70 |
67 |
48 |
При кислій реакції підвищується надходження
аніонів (разом з іонами Н +), але не може надходження катіонів, порушується
живлення рослин кальцієм і магнієм і гальмується синтез білка,
пригнічується освіта Сахаров в рослині. При
лужній реакції посилюється надходження
катіонів і утруднюється надходження
аніонів. Основний запас поживних речовин знаходиться
в грунті у формі різних важкорозчинних
сполук, для засвоєння яких необхідно
активний вплив коренів на тверду фазу
грунту і тісний контакт між корінням
і частинками грунту. У процесі життєдіяльності рослин Корпі
виділяють у навколишнє середовище вуглекислоту
і деякі органічні кислоти, а також ферменти та інші органічні речовини. Під впливом цих виділень, концентрація
яких буває особливо високою в зоні безпосереднього
контакту коренів з частинками грунту,
відбувається розчинення містяться в
ній мінеральних сполук фосфору, калію
і кальцію, витіснення в розчин катіонів
з поглиненого грунтом стану, вивільнення
фосфору з його органічних сполук. Живильні
речовини найбільш активно засвоюються
рослинами з тієї частини грунту, яка знаходиться
в безпосередньому контакті з корінням. Тому
всі заходи, що сприяють кращому розвитку
коренів (гарна обробка грунту,
вапнування кислих грунтів і т. д.), забезпечують
і краще використання рослинами поживних
речовин із грунту.Живлення рослин здійснюється
при тісній взаємодії з навколишнім середовищем,
у тому числі з величезною кількістю різноманітних
мікроорганізмів, що населяють грунт. Кількість
мікроорганізмів особливо підвищується
в ризосфері, тобто в тій частині грунту,
яка безпосередньо стикається з поверхнею
коренів. Використовуючи в якості джерела їжі
й енергетичного матеріалу кореневі виділення,мікроорганізми актив
- Близький (радіальний) транспорт іонів в тканинах кор
еня. Сімпластіческій і апопластіческій шляху