Vodní režim a minerální výživa rostlin

 

Otázka: Vodní režim a minerální výživa rostlin

Předmět: Biologie

Přidal(a): Zuzana Řehořová

 

 

Chemické složení buňky

• buňka je nejmenší stavební jednotkou všech organismů, která je schopná samostatně vykonávat všechny životní funkce
• voda – 60-90 % (rozpouštědlo látek, vodič, akumulátor tepla)
• sušina – látky organické a anorganické
  • bílkovina – polypeptidový řetězec, stavební součástí všech buněčných struktur, např. enzymy (metabolismus), hormony (regulace procesů), protilátky (obrana proti cizorodým látkám)
  • nukleové kyseliny – DNA (deoxyribonukleová), RNA → dědičnost
  • cukry (sacharidy) – zásoba energie
    • monosacharidy (glukóza, fruktóza)
    • disacharidy (sacharóza)
    • polysacharidy (škrob, celulóza – u rostlin, glykogen – u živočichů, chitin – u hub)
  • tuky (lipidy) – dlouhodobá zásoba energie, součást buněčných struktur, např. biomembrán ⇾ fosfolipidy

 

Význam vody pro život rostlin

• tvoří vnitřní prostředí buněk
• účastní se všech metabolických procesů (fotosyntéza, dýchání)
• je výborným rozpouštědlem
• umožňuje regulovat teplotu rostlin
• umožňuje rozšiřování plodů, oplození výtrusných rostlin
• díky vysokému povrchovému napětí vody dochází k její vzlínavosti (kapilaritě) v půdě i v tělech rostlin
• vodní bilance je označení pro poměr mezi příjmem a výdejem vody u rostlin
• vodní deficit nastává nadměrným výparem vody = označení pro množství vody, která chybí rostlině k jejímu plnému nasycení
• plazmolýza je jev, při kterém voda uniká z buňky kvůli osmoticky vyšší koncentraci, protoplast se smršťuje a odděluje od buněčné stěny
• plazmotýza je jev, při kterém je intenzivně nasávána voda z důvodu nízké osmotické koncentrace, buněčná stěna praská

 

Aktivní a pasivní příjem vody

• nižší rostliny přijímají vodu celým povrchem těla
• vyšší rostliny zakořeněné v zemi přijímají vodu kořenovým systémem
• příjem vody rostlinou ovlivňuje hlavně teplota půdy a obsah kyslíku v půdním prostředí
• 1. difúze:
  • = přenos částic z míst s vyšší koncentrací do míst s nižší koncentrací rozpuštěné látky
  • současně proniká voda v opačném směru, takže nakonec dojde k vyrovnání rozdílu koncentrací
  • proces difuze je účinný (tedy dostatečně rychlý) pouze na vzdálenosti do cca 1 cm
  • je to pasivní proces – není potřeba energie, voda je do kořene nasávána mezibuněčnými prostory
• 2. osmóza:
  • = pronikání molekul vody do roztoku přes polopropustnou membránu, která propouští vodu, ale látky v ní rozpuštěné ne
  • zvláštní případ difúze
  • roztok se tak vodou zřeďuje a zvětší objem
• Jsou dvě cesty transportu vody a minerálních živin pletivy kořenu:
  • Symplastická cesta
    • je cesta z buňky do buňky přes membrány a cytoplazmu
    • tento mechanismus je pomalý a vyžaduje dodání energie
    • uplatňuje se hlavně při transportu látek na kratší vzdálenosti
  • Apoplastická cesta
    • jde o pohyb vody a živin pouze buněčnými stěnami a volnými mezibuněčnými prostory
    • tato cesta je rychlejší a nevyžaduje přísun energie

 

Vedení vody nadzemními částmi rostlin

• voda přijatá rostlinou je rozváděna po celém těle, u cévnatých rostlin se k tomuto účelu vyvinuly cévní svazky
• proudění vody s rozpuštěnými anorganickými látkami dřevní části rostlin od kořenů nahoru nazýváme transpirační proud [1], umožňuje ho především:
  • transpirace – odpařování vody z nadzemních orgánů rostliny (způsobuje podtlak v cévách a nasávání vody kořeny)
  • kořenový vztlak – tlak vytlačující vodu a v ní rozpuštěné látky z kořene do nadzemních částí rostliny
  • koheze – soudržnost vodního sloupce
  • kapilarita – vzlínání vody v úzkých trubicích (cévách a cévicích)
  • adheze – přilnavost vody ke stěnám cév

 

Stavba vodivých pletiv

• pletiva vodivá se vyvinula v souvislosti s přechodem rostlin na souš
• umožňují transport vody a v ní rozpuštěných látek po rostlinném těle
• vodivou soustavu tvoří soubor CÉVNÍCH SVAZKŮ
• v cévních svazcích je zastoupena:
  • dřevní část (xylém) – přivádí roztoky minerálních látek z půdy (tzv. transpirační proud) kořeny a stonkem do listů, kde jsou využity pro metabolické procesy, tvoří ji:
    • cévy (tracheje) – trubice tvořené dlouhými řadami mrtvých buněk, vznikly z buněk stojících nad sebou, mezi nimiž se rozpustily příčné přehrádky, stěny trachejí bývají charakteristicky zesílené – šroubovitě, kruhovitě, tečkovitě
    • cévice (tracheidy) – jsou tvořeny protáhlými mrtvými buňkami, příčné přehrádky jsou zešikmené, nerozpouštějí se, komunikace umožňují tzv. dvůrkaté tečky, cévice se vyskytují hlavně u jehličnanů a kapradin
  • lýková část (floém) – vede z listů asimiláty neboli produkty fotosyntézy (tzv. asimilační proud) do míst spotřeby (vzrostné vrcholy stonku, kořene) a k místům jejich uložení (např. cibule, hlízy), tvoří ji:
    • sítkovice – živé tenkostěnné buňky s proděravělými přehrádkami, fungují jen jedno vegetační období (otvory sítkovic se na konci vegetační doby ucpávají amorfní hmotou, tzv. kalózou), činností kambia se každé jaro tvoří nové sítkovice
• uzavřený cévní svazek druhotně netloustne, vzniká diferenciací celého prvotního meristému na trvalá pletiva (u jednoděložných rostlin)
• otevřený cévní svazek může druhotně tloustnout činností kambia (u nahosemenných a dvouděložných rostlin) – směrem dovnitř stonku se tvoří druhotné dřevo, směrem ven druhotné lýko, druhotným tloustnutím přibývá především dřevo, u dřevin mírné ho pásu produkuje kambium na jaře tenkostěnné široké buňky, tzv. jarní dřevo, a v létě tlustostěnné úzké buňky, tzv. letní dřevo na průřezu druhotně tloustnoucího stonku se rozdílnost jarního a letního dřeva projevuje jako letokruhy
• Podle vzájemného postavení lýka a dřeva rozeznáváme cévní svazky:
  • soustředné (koncentrické) – jedna část cévního svazku obklopuje druhou
    • lýkostředné – lýko je obklopeno dřevem, např. v listech
    • dřevostředné – dřevo je obklopeno lýkem, např. u kapradin
  • paprsčité (radiální) – oddělené dřevní a lýkové části se pravidelně střídají, např. v kořenech cévnatých rostlin
  • bočné (kolaterální) – dřevo a lýko jsou umístěny za sebou, dřevo nejčastěji na vnitřní straně, lýko na vnější, např. u stonků semenných rostlin
  • dvoubočné (bikolaterální) – dřevní část je mezi dvěma lýkovými, např. u lilkovitých rostlin

 

Výdej vody

• transpirací – odpařováním vody z nadzemních orgánů rostliny, zejména za listů, jde o pasivní děj, který nevyžaduje přísun energie:
  • stomatární transpirace[2] – probíhá přes skuliny průchodů, je regulovatelná otvíráním a zavíráním průchodů
  • kutikulární transpirace[3] – probíhá celým povrchem listů přes kutikulu
• gutací[4] – hydatodami ve formě kapek, nastává při velké vzdušné vlhkosti, když je pozastavena transpirace

 

Krycí pletiva

• Pletiva krycí pokrývají povrch rostlinných orgánů. Chrání rostlinu proti nepříznivým vlivům z vnějšího prostředí a zprostředkovávají výměnu látek mezi rostlinou a vnějším prostředím
• Systém pletiv krycích tvoří:
  • POKOŽKA – většinou tvořena jedinou vrstvou buněk, které k sobě těsně přiléhají a neobsahují chloroplasty, na povrchu pokožky nadzemních částí rostlin je kutikula chránící rostlinu a snižující ztráty vody výparem
  • CHLUPY (trichomy) – vyrůstají z pokožkových buněk většiny rostlin, mohou být jednobuněčné nebo mnohobuněčné, mají rozmanitý tvar, délku a hustotu, rozlišujeme např. trichomy:
    • krycí – doplňují ochrannou funkci pokožky, snižují riziko přehřátí rostlinných orgánů, umožňují rozšiřování semen a plodů
    • žláznaté – slouží k vyměšování některých látek, např. silic (máta)
    • žahavé – po odlomení jejich koncové části dojde k uvolnění pálivé tekutiny, např. u kopřivy
  • PRŮDUCHY – struktury v pokožkových pletivech nadzemních částí rostlin regulující výměnu plynů a vypařování vody, vyskytují se ve všech mladých zelených částech vyšších rostlin, jsou vyvinuty zejména na spodní straně listů (pouze u vodních rostlin se vzplývavými listy jsou na svrchní straně), jsou tvořeny dvěma svěracími buňkami ledvinovitého tvaru , mezi nimiž je skulina průduchu zajišťující styk s prostředím; velikost štěrbiny je ovlivněna především turgorem svěracích buněk (čím více jsou buňky naplněny vodou, tím více jsou od sebe oddáleny)
  • VODNÍ SKULINY (hydatody) – mají podobnou stavbu jako průduchy, nemají však možnost se uzavírat. Jejich prostřednictvím se z těla rostlin vytlačuje přebytečná voda ve formě kapek – gutace
  • KOREK (druhotné krycí pletivo) – tvoří se u většiny zdřevnatělých stonků, nahrazuje pokožku, která se při ztloustnutí stonku trhá; vzniká činností druhotného meristému felogénu (zakládá se pod pokožkou, směrem dovnitř stonku vytváří felogén živé buňky zelené kůry a na vnější stranu buňky korku), korek je tvořen odumřelými buňkami se ztloustlými buněčnými stěnami, které nepropouštějí vodu ani plyny, je tepelným a mechanickým izolátorem a chrání rostlinu před infekcí, u některých dřevin vnější vrstvy korku praskají, odlupují se a vytvářejí tzv. borku

 

Minerální výživa rostlin

• zahrnuje procesy příjmu, vedení a využití minerálních látek, tzv. iontů anorganických solí, které jsou nezbytné pro život rostliny
• jednobuněčné organismy a vodní rostliny přijímají živiny celým povrchem těla
• vyšší suchozemské rostliny přijímají živiny kořenovým systémem, zejména kořenovým vlášením, příjem kořeny vyžaduje dostatečný příjem energie (ve formě ATP)
• zdroj minerálních látek pro rostliny je půda
• biogenní prvky nezbytné pro život rostliny označujeme jako esenciální, dělíme na:
  • MAKRObiogenní
    • C, O, H, N, S, P, K, Mg, Ca
    • plní stavební funkci
  • MIKRObiogenní
    • Fe, Zn, Mn, Mo, Cl, B
    • plní funkci řídící, regulační

 

Fyziologický význam stavebních prvků

• UHLÍK (C)
  • hl. zdroj pro suchozemské rostliny je atmosférický CO₂, pro vodní rostliny rozpuštěný CO₂ nebo HCO₃^–
• KYSLÍK (O)
  • rostliny ho přijímají v podobě molekul O₂ z ovzduší a štěpením molekul vody
  • významný v procesu dýchání
• VODÍK (H)
  • příjem z vody
• DUSÍK (N)
  • rostliny nejsou schopny přijímat N₂ z atmosféry
  • přijímají ho tedy kořeny v podobě NO₃^– a NH₄⁺ nebo díky hlízkatým bakteriím a jiným bakteriím v půdě
  • nedostatek dusíku omezuje růst rostlin, způsobí časné dozrávání semen
  • nadbytek oddálí kvetení a způsobí hromadění dusičnanů v rostlině
• FOSFOR (P)
  • přijímán z půdy ve formě H₂PO₄^– nebo HPO₄^2-
  • je součástí nukleových kyselin, ATP, vitamínů atd.
  • nedostatek způsobí bledost a malý vzrůst listů, zpomalí růst rostliny atd.
• SÍRA (S)
  • je zabudována do některých aminokyselin a bílkovin
  • rostliny ji potřebují jen v malém množství
• DRASLÍK (K)
  • zvyšuje odolnost rostliny proti nízkým teplotám a suchu
  • nedostatek snižuje fotosyntézu
• HOŘČÍK (Mg)
  • tvoří součást molekuly chlorofylu, je nezbytný při fotosyntéze, dýchání, syntéze bílkovin a nukleových kyselin
• VÁPNÍK (Ca)
  • je součást buněčných membrán
  • při nedostatku se zpomaluje růst rostlin

 

Vliv tepla a světla na růst rostlin

• růst rostliny probíhá ve 3 fázích:
  • zárodečná (embryonální) – dochází ke zmnožení buněk dělivých pletiv a k nárůstu cytoplazmy buněk
  • prodlužovací (elongační) – dochází k zvětšování objemu buněk, intenzivní plošný růst buněčné stěny a vznik centrálních vakuol
  • rozlišovací (diferenciační) – buňky získávají stavební i funkční specializaci v rámci pletiv a orgánů
• světlo i teplo patří mezi vnější faktory růstu, mezi vnitřní patří rostlinné hormony (fytohormony)

• a) SVĚTLO
  • důležité pro tvorbu asimilátů při fotosyntéze zelených rostlin
  • rostliny rostoucí ve tmě nazýváme etiolizované – mají světlou barvu, slabě vyvinutá mechanická pletiva, využívá se to např. při pěstování chřestu
• b) TEPLO
  • u většiny rostlin probíhá růst při 5-40 °C
  • pro každý druh rostliny lze vymezit teplotní minimum, kdy začíná růst, teplotní optimum, kdy rostlina roste rychleji a teplotní maximum, kdy se růst zpomaluje

 

[1] Transpirační proud především zajišťuje:

• zásobení všech buněk vodou a udržování jejich turgoru
• transport minerální živin a organických látek z kořenů do nadzemní části
• ochranu transpirujících orgánů před přehřátím

[2] Při nedostatku vody v rostlině se sníží turgor svěracích buněk průchodů a štěrbina se uzavírá. Přebytek vody v rostlině způsobí zvýšení turgoru svěracích buněk a štěrbina se průchodu otvírá.

[3] Kutikulární transpirace tvoří méně než 10% celkové transpirace.

[4] Gutační voda na rozdíl od transpirační obsahuje i minerální látky.