Поглощение води коренем і його транспорт у квіткових рослин

Поглощение води коренем і його транспорт у квіткових растений

О.В. Петунин, вчитель біології середньої школи з поглибленим вивченням окремих предметів № 32, р. Прокопьевск, Кемеровська обл.

Спецкурс «Фізіологія рослин» призначений учнів, вивчаючих біологію поглиблено (11-й клас, 34 год). Програма спецкурсу передбачає вивчення розділу «Рух речовин по рослині» на чотирьох уроках на теми «Поглиненна води коренем і його транспорт у цветкового рослини», «Транспирация і його фізіологічна роль», «Поглиненна мінеральних речовин коренем і транспорт іонів у квіткових рослин», «Транспорт органічних речовин у квіткових растений».

Урок «Поглиненна води коренем і його транспорт у квіткових рослин» вміщує 40−45 хв. У 10-му класі учні вивчають спецкурс «Анатомія і морфологія рослин» (34 год), у 11-му класі питання анатомії та морфології рослин лише повторюються у процесі уроку. На уроках загальної біології і хімії школярі вже вивчили поняття осмос, осмотическое тиск, тому й цих питань у ході даного уроку лише повторяются.

Цели уроку — актуалізувати знання про будову кореневих шерстинок, ксилеми, молекули води, про поняттях осмосу, осмотического тиску, кагезии, адгезії та інших. Розглянути фізіологічні механізми всмоктування води коренем. Вивчити механізм пересування води у квіткових рослин. Удосконалювати навички які у працювати з лабораторним устаткуванням, постановці дослідів. Розвивати інтелектуальні здібності, логічне мислення, навички пізнавальної самостійності у учащихся.

Оборудование: живі рослини, пагони рослин, пробірки, лупи, олію, чорнило, вазелін, скляний і гумова трубки, скальпель і таблиці «Будова кореня», «Клітинне будова аркуша», «Будова стебля».

Опыты, закладені учнями напередодні урока

Предлагаемые нами досліди відомі, т.к. входять у програму основний школи, але пояснення школярами отриманих результатів має бути більш науковим і глибоким, відповідним рівню учнів 11-го класу, які вивчають біологію поглиблено. Учитель призначає кілька учнів, і з них закладає свій досвід (у цьому уроці демонструються три досвіду, отже, у тому постановці будуть задіяні три школьника).

Опыт № 1

Взять рослина, вирощене у вологих обпилюваннях, обтрусити його кореневу систему і опустити коріння в пробірку із жовтою водою. Поверх води захисту від випаровування налити олію. Відзначити рівень води на стінці пробірки. Через день знову відзначити рівень води та порівняти його з початковою. З отриманих результатів зробити вывод.

Опыт № 2

У молодого рослини бальзаміну зрізати стебло на 3−5 див вище кореневої шийки. Пеньок навколо змазати вазеліном та одягти нею гумову трубку. Вільний кінець її з'єднати зі скляним трубкою (рис. 1). Грунт в горщику перед демонстрацією досвіду полити теплою водою. Що ви робите спостереження? Це засвідчують результати опыта?

.

Рис. 1. Досвід, демонструє кореневе давление.

Опыт № 3

Побег будь-якого дерева чи чагаря помістіть у судину із жовтою водою, підфарбованої чорнилом. Через день препаровальным ножем (скальпелем) зріжте нижню частина (приблизно 1−2 див) втечі. Розгляньте з допомогою лупи поперечний розріз. Який шар стебла убрався? Поясніть результати опыта.

Ход урока

I. Вивчення нового материала.

1. Рух речовин у растений Любой організм, а тим паче складно влаштований, потрібний обмін речовин з навколишнім середовищем, обміні речовин між клітинами організму, що обміні речовин всередині клітин. Це виявляється можливим лише за наявності транспорту речовин всередині организма.

Какие процеси в живий організм забезпечують транспорт речовин на невеликі расстояния?

Предполагаемые відповіді. На невеликі відстані транспорт речовин забезпечують фізичні процеси дифузії (зокрема осмос), активний транспорт і струми цитоплазми. (Ці процеси учні вивчали у 10-му класі під час уроків загальної биологии.).

Учитель. Справді, у одноклітинних організмів і тих багатоклітинних, які мають досить велике ставлення поверхні тіла для її обсягу, ці засоби транспорту працюють хорошо.

Как переносяться речовини у великих і, порівняно з одноклеточными, складніше влаштованих організмів, адже однієї дифузії вони цих цілей явно недостаточно?

Предполагаемые відповіді. У організмів, клітини яких сильно віддалені друг від одного й від довкілля, виникають спеціальні системи транспорту великі відстані, гарантують швидке переміщення потрібних веществ.

Учитель. Які транспортні системи у тварин і звинувачують рослин вам известны?

Предполагаемые відповіді. У тварин — кровоносна система, а й у рослин — проводить система, освічена ксилемой і флоэмой.

Учитель. Ви вірно назвали звані циркуляційні системи тварин і звинувачують рослин. Саме вони забезпечують надійний транспорт речовин цим организмам.

Таким чином, транспорт речовин — це доставка необхідних сполук до визначених органам і тканинам з допомогою спеціальних систем. Ми будемо вивчати здатність рослини транспортувати органічні та неорганічні речовини, адже і їх транспортування було практично неможливо його нормальне функціонування. Процес пересування речовин по проводять тканинам рослини називають транслокацией.

2. Речовини, транспортовані растениями Учитель. Перелічіть найважливіші групи речовин, які мають транспортуватися растением.

Предполагаемые відповіді. Вода, гази, мінеральні солі, органічні вещества.

Учитель. Ви вірно назвали основні групи речовин, транспортованих рослиною. Тепер спробуємо простежити шлях цих речовин, у рослинному организме.

Предлагаю вам з урахуванням знання будову рослинних тканин та органів заповнити таблицю «Рух речовин рослин». Допоможе вас у заповненні таблиці схема, які перебувають на ваших столах (рис. 3).

.

Рис. 3. Схема циркуляції води, неорганічних іонів і ассимилятов в рослині. Вода і неорганічні іони, зайняті коренем, пересуваються по ксилеме вгору з транспирационным струмом. Велика частина їх транспортується до листям. У листі значну кількість води та неорганічних іонів переміщається у флоэму і виноситься їх разом із сахарозой в струмі ассимилятов. Буквою, А є такі місця, спеціалізовані на поглинанні і асиміляції вихідних матеріалів з довкілля. Букви З і Р вказують відповідно місця завантаження і розвантаження, Про — точки, у яких відбувається обмін між ксилемой і флоэмой Учитель (перевірка заповнення таблиці). Ви вірно заповнили таблицю, назвавши речовини, транспортовані рослиною, і вказавши шлях цих речовин. Вам доведеться докладніше ознайомитися з механізмом транспорту води рослин. Починається шлях води в рослині з корня.

.

3. Поглиненна води коренем растения Демонстрация досвіду № 1. Про досвіді та її результати розповідає учень, котрий заклав його напередодні уроку. З результатів досвіду випливає висновок про усмоктуванні води коренем растения.

Учитель. Згадайте, які структури кореня всмоктують води і що вони є по будовою (демонстрація таблиці «Будова корня»).

Предполагаемые відповіді. Структурами кореня, всасывающими воду, є кореневі шерстинки, які працюють у зоні всмоктування. Вони уявляють собою цитоплазматические вирости клітин кореневого эпидермиса.

Учитель. Цитоплазма кореневого волоска і грунтовий розчин від'єднані одне від друга мембраною. І змушує воду проникати у кореневі шерстинки через мембрану?

Предполагаемые відповіді. За підсумками знань про осмосе можна припустити, що молекули води пересуваються із галузі, де з їхніми концентрація висока (з розчину з низьким осмотическим тиском), туди, де з їхніми концентрація низька (в розчин з більш високим осмотическим тиском). Отже цитоплазма клітин, їхнім виокремленням кореневі шерстинки, більш концентрированна, ніж грунтовий розчин. Саме це забезпечує своєрідну дифузію молекул води з грунту у клітини корня.

Учитель. Ви вірно визначили причину всмоктування води коренем. Нині фізіологи, коли хочуть описати тенденцію молекул води до переміщенню вже з місця у інше, користуються терміном «водний потенціал». Вода переміщається в галузі з більш високим водним потенціалом до області з нижчим водним потенціалом, тобто. з грунту в корінь. Процес поглинання води коренем відбиває рис. 2., він також перебуває в ваших столах. Градієнт водного потенціалу підтримується ще й з допомогою пересування води по ксилеме, але це мова йтиме трохи згодом.

Таким чином, вода поглинається кореневими волосками рахунок різниці водного потенціалу грунтового розчину і цитоплазми клітин, їхнім виокремленням кореневі шерстинки. Потім вода проходить через кору кореня в ксилему й порушується за нею до листьям.

.

Рис. 2. Схема основних шляхів переміщення води та неорганічних іонів з грунту через эпидерму і кору в ксилему. Вода рухається переважно по апопласту, доки досягне эндодермы, де апопластное рух перекривається пасками Каспари. Паски Каспари змушують воду шляху до ксилеме перетнути плазматические мембрани і протопласти эндодермальных клітин. Пройшовши крізь плазматическую мембрану внутрішній поверхні эндодермы, вода може знову піти апопластному шляху до порожнин елементів ксилеми. Неорганічні іони активно поглинаються эпидермальными клітинами і далі переміщаються по симпласту через кору в паренхимные клітини, з яких вони перекачуються в елементи ксилемы Демонстрация досвіду № 2. Про досвіді та її результати розповідає учень, котрий заклав його напередодні уроку. Рідина, яка хотіла у скляній трубці, свідчить про здібності кореня створювати тиск. Напевно, саме тому тиску й відбувається постачання води надземних органів растения.

Учитель. Прозвучало правильне припущення щодо здібності кореня створювати тиск, яка аж називається — кореневе тиск. Воно становить 100−200 кПа. У деяких рослин кореневе тиск викликає виділення крапельок рідини через гидатоды.

Что таке гидатоды як і називається процес виділення капельно-жидкой влаги?

Предполагаемые відповіді. Гидатоды — водяні устячка рослин, а процес виділення них крапельок рідини називається гуттацией. (З цією поняттям учні знайомилися щодо выделительных тканин рослин, у 10-му классе.).

Учитель. Ви вірно згадали назва процесу виділення крапельок води через гидатоды. Правильно було сказано те, що завдяки кореневому тиску вода піднімається вгору по стеблу. Але постає проблема: струм рідини, піднімаючись вгору, повинен долати більше тиск, ніж здатний розвивати корінь, тобто одного кореневого тиску звичайно недостатньо, щоб забезпечити пересування води вгору по ксилеме. Яка сила забезпечує підйом води? Зараз ми маємо розв’язати проблему, ознайомившись із механізмом підйому води по ксилеме.

4. Підйом води по ксилеме Демонстрация досвіду № 3. Про досвіді та її результати розповідає третій учень, також котрий заклав досвід напередодні уроку. На поперечному зрізі стебла, розглянутої з допомогою лупи, чітко видно, що убрався шар деревини (вторинна деревина називається ксилемой). З результатів досвіду слід, що ксилема є водогінної тканиною рослини, що саме за нею вода піднімається від кореня до листям растения.

Учитель. Досвід наочно доводить у тому, що ксилема у тілі рослини проводить воду. (Демонстрація таблиці «Будова стебля».).

Вспомните, яке будова ксилемы.

Предполагаемые відповіді. Ксилема квіткових рослин і двох типів структур, транспортуючих воду, — трахеид і трахей (судин). Судини ксилеми — мертві трубки з вузьким просветом.

Учитель. Правильно було зазначено, що судини ксилеми є мертвими трубками з вузьким просвітом. Діаметр їх варіює від 0,01 до 0,2 мм. Великі кількості води переносяться по ксилеме щодо швидко. Наприклад, у високих дерев була зафіксована швидкість підйому води до 8 м/ч. І все-таки повернемося до раніше визначеної проблемі. Як ви вважаєте, які сили забезпечують рух струму води вгору по стеблю?

Предполагаемые відповіді. Логіка підказує дві можливості: вода виштовхується знизу (та про кореневому тиску ми вже казали і висновок у тому, що лише його замало забезпечення вранішнього ксилемного струму) чи його тягнуть сверху.

Учитель. Оскільки кореневе тиск одне нездатна підняти воду на вершину великого дерева, зупинімося на гіпотезі, яка передбачає, що вода «протягується» крізь ці рослина, тим більше цю гіпотезу підтверджують наявні данные.

Для вивчення механізму руху води по ксилеме пропоную вам прочитати текст, що перебуває в кожного хто на столі. Після читання обов’язково дайте відповідь стосовно питань до тексту.

Текст для чтения Теория пересування води відома як теорія когезии (з цим поняттям ви знайомилися, вивчаючи будову та властивості води в 10-му класі під час уроків загальної біології) — натягу. Відповідно до цієї теорії, підйом води від коренів обумовлений випаром води з клітин аркуша (згадайте будова аркуша). Випаровування призводить до зниження водного потенціалу клітин, прилеглих до ксилеме. Тому вода входить у ті клітини з ксилемного соку, яка має вищий водний потенціал, і сягає кінців жилок аркуша, звідки вона випаровується (механізм випаровування буде вивчений ось на чому уроке).

Сосуды ксилеми заповнені водою, і в міру того як вода виходить із судин, в стовпі води створюється натяг. Воно передається вниз по стеблу по всьому шляху від аркуша до корені завдяки сцеплению (когезии) молекул води. (Подумайте, чому молекули води прагнуть «прилипнути» друг до другу.).

Благодаря когезии міцність на розрив у води досить висока, і здатна запобігти поділ її молекул під впливом натягу, який буде необхідний підйому води по ксилеме високого дерева, і створити масовий струм. У цьому вода вступає у підставу такого стовпа в коренях із сусідніх клітин корня.

Кроме того, молекули води прагнуть прилипнути до стінок судин під впливом сил адгезії (прилипания), мають електричну природу.

Клеточные оболонки, вздовж яких рухається вода, дуже ефективно притягають воду, що дає максимальні переваги адгезії води та створює умови для прояви когезивности.

Вопросы до тексту.

1. Як називається теорія пересування води по ксилеме?

2. Чому молекули води прагнуть «прилипнути» друг до другу?

3. Чому стверджують, що енергію для руху води та мінеральних солей по рослині поставляє не рослина, а безпосередньо Солнце?

Предполагаемые відповіді. Теорію пересування води по ксилеме називають теорією «адгезии-когезии».

Молекулы води полярні і притягуються друг до друга електричними силами, та був утримуються з допомогою водневих связей.

Энергию для руху води поставляє Сонце, т.к. нагрівання листя сприяє відриву молекул води від водного потоку ксилеми, що створює натяг в стовпі води, що передається вниз по стеблу завдяки когезии.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із російського сайту internet.