По корню вода поднимается в. Почему вода поднимается вверх по стеблю? Список использованной литературы

Секвойи, растущие в Калифорнии, являются одними из самых высоких деревьев в мире. Они достигают в высоту 110 метров. Возраст некоторых деревьев составляет 2000-3000 лет! Трудно передать то неизгладимое впечатление, которое оставляет прогулка среди этих гигантов. Истина сотворения здесь явлена могущественно. Клетки дерева организованы так, чтобы составлять корни, ствол, кору, водяные колонны, ветки и листья. Дерево напоминает гигантскую химическую фабрику. В нем в безупречном порядке происходят чрезвычайно сложные химические процессы.

Поразительно то, что это огромное дерево вырастает из маленького семени весом около 5 грамм. Только подумайте: вся информация о развитии и организации этих гигантов заложена в их ДНК, в крошечном круглом семени. Семя выполняет все “указания”, находящиеся в его ДНК, и превращается в гигантскую структуру, ни с чем не сравнимую по внешнему виду и размерам, содержащую 2500 тонн древесины. Потрясающе, не так ли?

Гигантская секвойя “Генерал Шерман”.
Ее высота равна 83,8 м, а периметр ствола у основания составляет 34,9 м. Возраст дерева насчитывает 2500 лет. Это дерево считается самым большим живым организмом на Земле. Его вес вместе с корневой системой составляет 2500 т. Объем дерева – 17000 кубометров, что в 10 раз больше, чем объем голубого кита.

В Писании сказано: «Бог высок могуществом Своим, и кто такой, как Он, наставник? …Помни о том, чтобы превозносить дела Его, которые люди видят. Все люди могут видеть их; человек может усматривать их издали» (Иов 36:22,24-25). Действительно, все люди могут видеть дела Божьи.

В день через листья секвойя выделяет до 600 литров воды, поэтому она постоянно поднимает воду от корней к веткам, преодолевая силу гравитации. Как же это удается дереву, не имеющему механических насосов? 100 метров – это действительно впечатляющая высота, сравнимая с двумя 14-этажными домами. Оказывается, внутри ствола секвойи есть специальная система узких взаимосвязанных трубочек, называемая ксилемой. Эта сложная внутренняя ткань дерева служит для того, чтобы проводить воду от корней к листьям. Трубочки ксилемы образуют клетки, расположенные одна над другой. Все вместе они формируют невероятно длинную колонну, простирающуюся от корней через ствол к листьям. Чтобы “качать” воду, секвойя должна формировать в этой трубе беспрерывную колонну воды.

Дерево поддерживает воду на протяжении всей своей жизни. Вспомните, как сильный ветер гнет дерево и ветки. Однако благодаря тому, что проводящая трубка состоит из миллионов маленьких отрезков, состыкованных вместе, поток воды постоянно удерживается. Одна цельная трубка не выполнила бы этой задачи. Поскольку вода обычно не течет вверх, как же дереву удается качать ее на такую высоту? Корни «подтягивают» воду вверх, а действие капиллярности (способность воды немного подниматься по стенкам трубки) добавляет давления. Однако эта сила обеспечивает дереву поднятие воды лишь на 2-3 метра. Основная движущая сила – это испарение и притяжение между молекулами воды. Молекулы имеют позитивно и негативно заряженные частицы, благодаря чему они сцепляются между собой с огромной силой, которая, согласно экспериментальным измерениям, составляет 25-30 атмосфер (1 атмосфера равна нормальному атмосферному давлению на уровне моря). Этого достаточно, чтобы продавить подводную лодку времен Второй Мировой войны, плывущую на глубине 350 метров под водой. Секвойя же запросто поддерживает давление в 14 атмосфер наверху водяной колонки. Вода, испаряясь с листьев, порождает силу всасывания. Молекула воды испаряется с листка и благодаря силе молекулярного притяжения тянет за собой другие молекулы вокруг нее, что создает небольшое всасывание в водяной колонке и тянет воду от соседних клеток листка. Эти молекулы, в свою очередь, притягивают окружающие их молекулы. Цепочка движения продолжается к самой земле и двигает воду от корней к верхушке дерева подобно тому, как насос поднимает воду из колонки на поверхность.

Мы понимаем, что дерево само не могло придумать такую сложную систему, которая мудро использует физику воды и энергию Солнца. Мы воздаем всю Славу Богу, Создателю неба и земли. Деревья-гиганты свидетельствуют об историчности книги Бытие, которая открывает нам их истинное происхождение: «И сказал Бог: да произрастит земля зелень, траву, сеющую семя, дерево плодовитое, приносящее по роду своему плод, в котором семя его на земле. И стало так» (Бытие 1:11).

Д. Куровский

В организме человека и животных кровь циркулирует по телу, подгоняемая мощным насосом, каковым является сердце. Таким образом каждая клеточка организма получает все необходимые для своей жизнедеятельности вещества. Каждая часть дерева также омывается изнутри раствором питательных компонентов в воде - соком растения. Однако ни одно дерево не обладает сердцем. Как же в таком случае сок поднимается вверх по дереву?

Наука до сих пор не может дать точный ответ на этот вопрос. Ни одна из существующих на сегодняшний день теорий не предлагает полного и окончательного объяснения этого явления. Поэтому ученые склоняются к мысли, что перемещение сока по дереву осуществляется под действием нескольких сил, действующих одновременно.

Наиболее широко распространена теория осмотического давления. Дело в том что во всех живых организмах раствор питательных веществ проникает в клетки через тонкие оболочки-мембраны. Это происходит потому, что концентрация растворенных веществ по разные стороны мембран различна, а следовательно, согласно законам физики, она стремится выровняться. Такое явление (встречающееся, кстати, не только в живой природе) называется осмосом, а разность концентраций вещества по разные стороны мембраны, являющаяся движущей силой процесса,- осмотическим давлением. Таким образом, чем больше эта разность концентраций, тем большее количество жидкости переносится через мембрану.

Необходимые растениям для поддержания жизни вода и минеральные соли находятся в почве. Поскольку их содержание там выше, чем в корнях деревьев, возникает осмотическое давление, заставляющее влагу с растворенными в ней солями проникать внутрь растения. Благодаря тому же эффекту, сок поднимается по корню в ствол и далее в остальные части дерева. Минеральные соли остаются в клетках дерева, по мере того как раствор проходит через них, а излишки воды испаряются из листьев.

Существует и иная гипотеза на этот счет. Согласно ей, перемещение сока происходит благодаря, во-первых испарению воды из листьев, а во-вторых наличию «когезии» воды. Когезией называется сила, вызывающая своего рода «прилипание» одной маленькой частички вещества к другой.

Как утверждает эта теория, при испарении влаги из листьев в их клетках возникает вакуум, и в результате они начинают притягивать воду из соседних клеток. Там происходит то же самое, и так далее, пока не доходит до корней, вбирающих влагу (а вместе с ней и питательные вещества) из почвы. Что же касается когезии, то она удерживает частички воды вместе, когда они поднимаются вверх по стволу, что позволяет сохранить этот поток непрерывным.

Почему вода поднимается вверх по сосудам стебля, Вы узнаете их этой статьи.

Почему вода непрерывно поднимается по стеблю?

Движение воды осуществляется по мертвым и живым сосудам ксилемы, составляющей стебля. Вода, поглощенная волосками корневой системы, по живым клеткам проходит небольшое расстояние всего в несколько миллиметров, а после поступает в сами сосуды ксилемы. Движение воды по живым клеткам осуществляется благодаря перепадам в сосущей силе растения, которая от корневого волоска значительно возрастает до сосудов. Это связано с испарением воды листьями. Такая же ситуация наблюдается в процессе движения воды по живым клеткам листа от сосудов. То есть выходит, что в листьях на место воды, которая испарилась, поступает постоянно новая, непрерывно поднимаясь вверх.

Что такое стебель растения?

Стебель – это осевая часть побега растения, которая несет на себе почки, листья, плоды и цветы. Главные функции стебля следующие:

Опорная,

Проводящая,

Запасающая.

Дополнительными его функциями являются: стебель – это орган вегетативного размножения, а также орган фотосинтеза.

Стебель имеет два основных типа: травянистый и деревянистый. Травянистый стебель преимущественно существует всего лишь один вегетационный период, и за свое существование он либо слабо утолщается, либо вовсе не утолщается. К таким растениям относят крапиву, лебеду. Деревянистый стебель – это, как правило, многолетний орган. Он неопределенно долго утолщается и образованный благодаря одревесневающим тканям. К таким растениям относят березу, виноград и смородину.

Вода поступает в растение из почвы через корневые волоски и по сосудам разносится по всей его надземной части. В вакуолях растительных клеток растворены различные вещества. Частицы этих веществ давят на протоплазму, которая хорошо пропускает воду, но препятствует прохождению через нее растворенных в воде частиц. Давление растворенных веществ на протоплазму называется осмотическим давлением. Вода, поглощенная растворенными веществами, растягивает до известного предела эластичную оболочку клетки. Как только растворенных веществ становится меньше в растворе, содержание воды уменьшается, оболочка сокращается и принимает минимальный размер. Осмотическое давление постоянно поддерживает растительную ткань в напряженном состоянии, и лишь при большой потере воды, при завядании, это напряжение - тургор - в растении прекращается.

Когда осмотическое давление уравновешено растянувшейся оболочкой, вода не может поступать в клетку. Но стоит клетке потерять часть воды, как оболочка сокращается, находящийся в клетке клеточный сок становится более концентрированным, а вода начинает поступать в клетку, пока оболочка снова не растянется и не уравновесит осмотическое давление. Чем больше воды потеряло растение, тем с большей силой вода поступает в клетки. Осмотическое давление в растительных клетках довольно велико, и его измеряют, подобно давлению в паровых котлах, атмосферами. Силу, с которой растение всасывает воду, - сосущую силу - также выражают в атмосферах. Сосущая сила у растений часто достигает 15 атмосфер и выше.

Растение непрерывно испаряет воду через находящиеся в листьях устьица. Устьица могут раскрываться и закрываться, образовывать то широкую, то узкую щель. На свету устьица раскрываются, а в темноте и при слишком большой потере воды закрываются. В зависимости от этого испарение воды идет то - интенсивно, то почти совсем прекращается.
Если срезать растение под корень, из пенька начинает сочиться сок. Это показывает, что корень и сам нагнетает воду в стебель. Следовательно, поступление воды в растение зависит не только от испарения воды через листья, но и от корневого давления. Оно перегоняет воду из живых клеток корня в полые трубки омертвевших сосудов. Так как в клетках этих сосудов нет живой протоплазмы, вода беспрепятственно движется по ним к листьям, где испаряется через устьица.

Испарение очень важно для растения. С передвигающейся водой разносятся по всему растению поглощенные корнем минеральные вещества.
Испарение снижает температуру тела растения и тем самым предохраняет его от перегрева. Растение усваивает лишь 2-3 части поглощенной им из почвы воды, остальные 997 - 998 частей испаряются в атмосферу. Чтобы образовать один грамм сухого вещества, растение в нашем климате испаряет от 300 г до килограмма воды.

Вода, поступившая в клетки корня, под влиянием разности водных потенциалов, которые возникают благодаря транспирации и корневого давления, передвигается до проводящих элементов ксилемы. Согласно современным представлениям, вода в корневой системе передвигается не только по живым клеткам. Еще в 1932г. немецкий физиолог Мюнх развил представление о существовании в корневой системе двух относительно независимых друг от друга объемов, по которым передвигается вода, - апопласта и симпласта.

Апопласт - это свободное пространство корня, в которое входят межклетные промежутки, оболочки клеток, а также сосуды ксилемы. Симпласт - это совокупность протопластов всех клеток, отграниченных полупроницаемой мембраной. Благодаря многочисленным плазмодесмам, соединяющим между собой протопласт отдельных клеток, симпласт представляет единую систему. Апопласт не непрерывен, а разделен на два объема. Первая часть апопласта расположена в коре корня до клеток эндодермы, вторая - по другую сторону клеток эндодермы и включает в себя сосуды ксилемы. Клетки эндодермы благодаря пояскам. Каспари представляют как бы барьер для передвижения воды по свободному пространству (межклетникам и клеточным оболочкам). Передвижение воды по коре корня идет главным образом по апопласту, где она встречает меньшее сопротивление, и лишь частично по симпласту.

Однако, для того, чтобы попасть в сосуды ксилемы, вода должна пройти через полупроницаемую мембрану клеток эндодермы. Таким образом, мы имеем дело как бы с осмометром, у которого полупроницаемая мембрана расположена в клетках эндодермы. Вода устремляется через эту мембрану в сторону меньшего (более отрицательного) водного потенциала. Далее вода поступает в сосуды ксилемы. Как уже упоминалось, по вопросу о причинах, вызывающих секрецию воды в сосуды ксилемы, имеются различные суждения. Согласно гипотезе Крафтса, это следствие выброса солей в сосуды ксилемы, в результате чего там создается повышенная их концентрация, и водный потенциал становится более отрицательным. Предполагается, что в результате активного (с затратой энергии) поступления соли накапливаются в клетках корня. Однако интенсивность дыхания в клетках, окружающих сосуды ксилемы (перицикла), очень низкая, и они не удерживают соли, которые благодаря этому десорбируются в сосуды. Дальнейшее передвижение воды идет по сосудистой системе корня, стебля и листа. Проводящие элементы ксилемы состоят из сосудов и трахеид.

Опыты с кольцеванием показали, что восходящий ток воды по растению движется в основном по ксилеме. В проводящих элементах ксилемы вода встречает незначительное сопротивление, что, естественно, облегчает передвижение воды на большие расстояния. Правда, некоторое количество воды передвигается и вне сосудистой системы. Однако по сравнению с ксилемой сопротивление движению воды других тканей значительно больше (не менее чем на три порядка). Это приводит к тому, что вне ксилемы движется всего от 1 до 10% общего потока воды. Из сосудов стебля вода попадает в сосуды листа. Вода движется из стебля через черешок или листовое влагалище в лист. В листовой пластинке водопроводящие сосуды расположены в жилках. Жилки, постепенно разветвляясь, становятся все более мелкими. Чем гуще сеть жилок, тем меньшее сопротивление встречает вода при передвижении к клеткам мезофилла листа. Именно поэтому густота жилкования листа считается одним из важнейших признаков ксероморфной структуры - отличительной чертой растений, устойчивых к засухе.

Иногда мелких ответвлений жилок листа так много, что они подводят воду почти к каждой клетке. Вся вода в клетке находится в равновесном состоянии. Иначе говоря, в смысле насыщенности водой имеется равновесие между вакуолью, цитоплазмой и клеточной оболочкой, их водные потенциалы равны. В связи с этим, как только в силу процесса транспирации возникает ненасыщенность водой клеточных стенок паренхимных клеток, она сейчас же передается внутрь клетки, водный потенциал которой падает. Вода передвигается от клетки к клетке благодаря градиенту водного потенциала. По-видимому, передвижение воды от клетки к клетке в листовой паренхиме идет не по симпласту, а в основном по клеточным стенкам, где сопротивление значительно меньше.

По сосудам вода движется благодаря создающемуся в силу транспирации градиенту водного потенциала, градиенту свободной энергии (от системы с большей свободой энергии к системе с меньшей). Можно привести примерное распределение водных потенциалов, которое и вызывает передвижение воды: водный потенциал почвы (0,5 бара), корня (2 бара), стебля (5 бар), листьев (15 бар), воздуха при относительной влажности 50% (1000 бар).

Однако ни один всасывающий насос не может поднять воду на высоту больше 10м. Между тем есть деревья, у которых вода поднимается на высоту более 100м. Объяснение этому дает теория сцепления, выдвинутая русским ученым Е. Ф. Вотчалом и английским физиологом Е. Диксоном. Для лучшего понимания рассмотрим следующий опыт. В чашку с ртутью помещают заполненную водой трубку, которая заканчивается воронкой из пористого фарфора. Вся система лишена пузырьков воздуха. По мере испарения воды ртуть поднимается по трубке. При этом высота подъема ртути превышает 760мм. Это объясняется наличием сил сцепления между молекулами воды и ртути, которые в полной мере проявляются при отсутствии воздуха. Сходное положение, только еще более ярко выраженное, имеется в сосудах у растений.

Вся вода в растении представляет единую взаимосвязанную систему. Поскольку между молекулами воды имеются силы сцепления (когезия), вода поднимается на высоту, значительно большую 10м. Расчеты показали, что благодаря наличию сродства между молекулами воды силы сцепления достигают величины - 30 бар. Это такая сила, которая позволяет поднять воду на высоту, равную 120м, без разрыва водных нитей, что примерно и составляет максимальную высоту деревьев. 120м, без разрыва водных нитей, что примерно и составляет максимальную высоту деревьев. Силы сцепления существуют и между водой и стенками сосудов (адгезия). Стенки проводящих элементов ксилемы эластичны. В силу этих двух обстоятельств даже при недостатке воды связь между молекулами воды и стенками сосудов не нарушается. Это подтверждается исследованиями по изменению толщины стебля травянистых растений. Определения показали, что в полуденные часы толщина стебля растений уменьшается. Если перерезать стебель, то сосуды сразу расширяются и воздух врывается в них. Из этого опыта видно, что при сильном испарении сосуды сужаются и это приводит к появлению отрицательного давления. Благодаря этому

Ψ в.сосуда = Ψ осм.+ Ψ давл.

Степень натяжения водных нитей в сосудах зависит от соотношения процессов поглощения и испарения воды. Все это позволяет растительному организму поддерживать единую водную систему и не обязательно восполнять каждую каплю испаряемой воды. Таким образом, при нормальном водоснабжении создается непрерывность воды в почве, растении и атмосфере. В том случае, если в отдельные членики сосудов попадает воздух, они, по-видимому, выключаются из общего тока проведения воды. Таков путь воды по растению и его основные движущие силы. Современные методы исследования позволяют определить скорость передвижения воды по растению. Скорость передвижения воды определяется разностью водных потенциалов в начале и конце пути, а также сопротивлением, которое она встречает. Согласно полученным данным, скорость движения воды в течение суток изменяется. В дневные часы она значительно больше. При этом разные виды растений отличаются по скорости передвижения воды. Если скорость передвижения у хвойных пород обычно 0,5-1,2 м/ч, то у лиственных она значительно выше. У дуба, например, скорость передвижения составляет 27 - 40 м/ч. Скорость передвижения воды мало зависит от напряженности обмена веществ. Изменение температуры, введение метаболических ингибиторов не влияют на передвижение воды. Вместе с тем этот процесс, как и следовало ожидать, очень сильно зависит от скорости транспирации и от диаметра водопроводящих сосудов. В более широких сосудах вода встречает меньшее сопротивление. Однако надо учитывать, что в более широкие сосуды скорее могут попасть пузырьки воздуха или произойти какие-либо иные нарушения тока воды.



Секвойи, растущие в Калифорнии, являются одними из самых высоких деревьев в мире. Они достигают в высоту 110 метров. Возраст некоторых деревьев составляет 2000-3000 лет! Трудно передать то неизгладимое впечатление, которое оставляет прогулка среди этих гигантов. Истина сотворения здесь явлена могущественно. Клетки дерева организованы так, чтобы составлять корни, ствол, кору, водяные колонны, ветки и листья. Дерево напоминает гигантскую химическую фабрику. В безупречном порядке здесь происходят чрезвычайно сложные химические процессы.

Удивительно то, что это огромное дерево вырастает из маленького семени весом 58 грамм . Только подумайте: вся информация о развитии и организации этих гигантов заложена в их ДНК, в крошечном, круглом семени. Семя выполняет все "указания", находящиеся в его ДНК и превращается в гигантскую структуру, ни с чем не сравнимую по внешнему виду и размерам. Потрясающе, не так ли?

Гигантская секвойя "Генерал Шерман". Ее высота равна 83,8 м, а периметр ствола у основания составляет 34,9 м. Возраст дерева насчитывает 2500 лет. Это дерево считается самым большим живым организмом на Земле. Его вес вместе с корневой системой составляет 2500 т. Объем дерева - 17000 кубометров, что в 10 раз больше чем объем голубого кита.

В Писании сказано: «Бог высок могуществом Своим, и кто такой, как Он, наставник? Помни о том, чтобы превозносить дела Его, которые люди видят. Все люди могут видеть их; человек может усматривать их издали» . (Иов 36:22-25) Действительно, все люди могут видеть Его дела.

Поднимая воду на высоту 30-этажного здания

Через свои листья секвойя выделяет до 600 литров воды в день, поэтому она постоянно поднимает воду от корней к веткам, преодолевая силу гравитации. Как же это удается дереву, не имеющему механических насосов? 100 метров - это действительно впечатляющая высота, сравнимая с двумя 14-этажными домами. Оказывается, внутри ствола секвойи есть специальная система узких взаимосвязанных трубочек, называемая ксилемой. Эта сложная внутренняя ткань дерева служит для того, чтобы проводить воду от корней к листьям. Трубочки ксилемы образуют клетки, расположенные одна над другой. Все вместе они формируют невероятно длинную колонну, простирающуюся от корней через ствол к листьям. Чтобы "качать" воду, секвойя должна формировать в этой трубе беспрерывную колонну воды.

Дерево поддерживает воду на протяжении всей своей жизни. Вспомните, как сильный ветер гнет дерево и ветки. Однако благодаря тому, что проводящая трубка состоит из миллионов маленьких отрезков, состыкованных вместе, поток воды постоянно удерживается. Одна цельная трубка не выполнила бы этой задачи. Поскольку вода обычно не течет вверх, как же дереву удается качать ее на такую высоту? Корни «подтягивают» воду вверх, а действие капиллярности (способность воды немного подниматься по стенкам трубки) добавляет давления. Однако эта сила обеспечивает секвойи поднятие воды лишь на 2-3 метра. Основанная движущая сила - это испарение и притяжение между молекулами воды. Молекулы имеют позитивно и негативно заряженные частицы, благодаря чему они сцепляются между собой с огромной силой, которая, согласно экспериментальным измерениям, составляет 25-30 атмосфер (1 атмосфера равна нормальному атмосферному давлению на уровне моря).

Система распространения, показанная в поперечном сечении. Трубы передачи состоят из клеток и предназначены для переноса веществ: воды и минералов к листьям через различные каналы. Одной важной чертой этой системы в растениях является постоянное обновление труб ксилемы и флоэмы.

Этого достаточно, чтобы продавить подводную лодку времен Второй мировой воны, плывущую на глубине 350 метров под водой. Секвойя же легко поддерживает давление в 14 атмосфер наверху водяной колонки. Вода, испаряясь с листьев, порождает силу всасывания. Молекула воды испаряется с листка и благодаря силе молекулярного притяжения тянет за собой другие молекулы вокруг нее. Что создает небольшое всасывание в водяной колонке и тянет воду от соседних клеток листка. Эти молекулы, в свою очередь, притягивают окружающие их молекулы. Цепочка движения продолжается к самой земле и движет воду от корней к верхушке дерева подобно тому, как насос поднимает воду из колонки на поверхность.

Мы понимаем, что дерево само не могло придумать такую сложную систему, научившись так мудро использовать физику воды и энергию Солнца. Мы воздаем всю Славу Богу, Создателю неба и земли. Деревья-гиганты свидетельствуют об историчности книги Бытия, которая открывает нам их истинное происхождение: «И сказал Бог: да произрастит земля зелень, траву, сеющую семя дерево плодовитое, приносящее по роду своему плод, в котором семя его на земле. И стало так» . (Быт. 1:11-12)

Читайте также

Супервыстрел дерна канадского! 2 года назад - Читать 16 минут Живые ископаемые подтверждают Сотворение Год назад - Читать 27 минут Как листьям удается избежать расплавления во время фотосинтеза? Пол года назад - Читать 5 минут Морской конек Год назад - Читать 15 минут Живые окаменелости: морская лилия не изменилась за «150 миллионов лет» Год назад - Читать 3 минуты