Движение воды по растению

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Вода -- самое распространенное в биосфере вещество, играющее исключительно важную роль в жизни живой природы и в частности растений. Вода входит в состав клеток и тканей любого животного и растения. Потеря большого количества воды живым организмом может привести к его смерти. В последнее время в связи с быстрым ростом населения и его производственной деятельностью потребность в воде значительно возросла. В настоящее время она достигла таких масштабов, что во многих местах планеты и особенно в развитых промышленных районах возникла острая проблема нехватки пресной воды. В настоящее время водный голод ощущается даже в тех местах, где раньше его не было. На 70% всех обрабатываемых земель царит засуха. При этом в нетронутых степях содержание влаги в почве в 1,5 - 3 раза больше, чем в пашне. В настоящее время основным источником пресной воды продолжают оставаться воды рек, озер, артезианских скважин и опреснение морской воды. В то же время, если во всех речных руслах находится 1,2 тыс. км³, то количество воды находящееся в каждый данный момент в атмосфере равно 14 тыс. км³. Парадоксально, но факт: самый крупный источник - вода в атмосфере - почти не используется.

Вода, всасываемая растениями из почвы, проходя через корень, стебель и лист, испаряется в атмосферу, увеличивая влажность воздуха. Растения способствуют более быстрому водному обмену почвы и воздуха. Вода, испаряемая растениями, гораздо чище воды из рек и озер.[1]

Моя тема актуальна: в ней изучаются этапы движения воды от жидкого состояния в почве, через растение, до водяного пара в атмосфере. Это может подсказать новые пути решения вопроса с нехваткой пресной воды.

Цель работы: исследовать движение воды из почвы в корень, стебель, цветок и лист растения. Пронаблюдать выделение водяного пара растением. Исследовать влияние растений на влажность в помещении.

Задачи работы: изучить литературу, описывающую строение растения и его проводящие воду ткани. Изучить литературу о роли воды и водяного пара на планете.

Провести опыты, связанные с движением воды по растению, изучить испарение воды растением.

растение вода влажность почва

1.Проводящие «трубопроводы» растения

Без них вода и минеральные соли, поглощенные корнем… останутся в корне. Органических веществ, произведенных в стеблях и листьях, корень не получит. А ведь они ему тоже необходимы! Значит не обойтись без того, чтобы наладить систему «трубопроводов» внутри растения. Причем по одним «трубам» вода и минеральные соли будут подниматься в стебель и листья , по другим «трубам» органические вещества будут опускаться в корень.

Такие ткани растения называются проводящими, у деревьев - это цепочка клеток, а проводящая воду ткань - сосуд - наиболее совершенна у цветковых растений.

Нисходящий ток органических веществ идет гораздо медленнее, ведь растение вырабатывает во много раз меньше органических веществ, чем потребляет воды.

Проводящие пучки растения хорошо видны на листьях растений в виде жилок. Пучки образуют сложную разветвленную сеть внутри растения. Наглядно всю сложность этой сети можно увидеть на примере «растительной губки» - обычной мочалки, которая изготавливается из плода тыквы люффы.[2]

Органы высших растений и их проводящая система

1. Лист

Лист-это та «волшебная фабрика», где под действием солнечных лучей происходит превращение воды и углекислого газа в органические вещества. Помимо этого лист дышит, испаряет воду.

Каждый лист можно сравнить с чутким прибором. Он прекрасно чувствует небольшие изменения освещенности. Пока солнце движется по небосклону, черешки листьев непрерывно «работают», поворачивая каждый лист так, чтобы на него падало как можно больше света. Если комнатное растение развернуть от света , то на следующий день можно будет увидеть, что все его листья дружно «повернулись обратно». Листья «стараются» не затенять друг друга. Это хорошо видно у плюща, который при небольшом количестве листьев может покрывать стену сплошным «зеленым ковром». Ощущают листья и гравитацию (всемирное тяготение).

Природа немало потрудилась, создавая существующее разнообразие форм листьев. Сложный лист состоит из нескольких листочков на общем черешке, главное его отличие - не в сильной рассеченности, а в том, что каждый листочек может опасть отдельно. Листья могут превращаться в колючки, усики, ловчие аппараты.

На каждом листе видны многочисленные жилки. Это «трубопровод» листа, по которому он сообщается со всем растением.

Каков срок жизни листа? У листопадных растений - около полугода. Но и у вечнозеленых растений срок жизни листьев не так уж велик. У сосны лист ( хвоинка) в среднем живет 2 года, у ели - до 12 лет.

Сколько листьев может быть на одном дереве? На старом дубе растет около четверти миллиона листьев, а на кипарисе - 50 млн. хвоинок.[2]

Транспортную функцию в листе выполняет проводящая система -- жилки. Жилки -- полифункциональные образования: они снабжают лист водой, минеральными и органическими веществами, притекающими из корня; обеспечивают отток ненужных веществ; выполняют механическую функцию, создавая опорный скелет листа и укрепляя его мякоть. Длина сети жилок зависит от многих внешних и внутренних факторов.

Передвижение веществ в листе происходит по флоэме и ксилеме. В наиболее крупных жилках листьев они образуют один или несколько пучков, располагающихся в виде кольца, полукольца или беспорядочно. [3]

2.Корень

Между корнями и листьями существует «разделение труда». Листья обеспечивают все растение органическими веществами, а корни обеспечивают его водой и минеральными солями. Корень закрепляет растение в почве, помогает противостоять ему ветрам и бурям. В поисках воды и минеральных солей он проникает в толщу земли, порой на большую глубину. Например, корень верблюжьей колючки, уходит на глубину 15м, достигая грунтовых вод. А рекорд проникновения в глубь земли принадлежит корням инжира (120м) и вяза (110м). Растет корень чаще всего прямо вниз.

Воду и минеральные соли - пищу растения - корень впитывает через корневые волоски - мощное орудие всасывания. Каждый из них состоит из одной клетки и очень мал. Проводя опыт биологи измерили длину корней ржи, оказалось, что общая длина волосков почти в 20 раз превышает длину самих корней.

Некоторые растения, например сосну обыкновенную, можно встретить на песках, на голых гранитных скалах, на болотах. Корни у нее в каждом случае разные. На песках у нее будет глубокий стержневой корень, доходящий до грунтовых вод. А на болоте - какой смысл забираться вглубь? Влаги и так хватает. Здесь корни сосны будут ветвиться в верхних слоях почвы.[2]

Проводящая система корня проводит воду и минеральные вещества из корня в стебель (восходящий ток) и органические вещества из стебля в корень (нисходящий ток). Состоит она из сосудисто-волокнистых пучков. Основными слагаемыми частями пучка являются участки флоэмы (по ним вещества передвигаются к корню) и ксилемы (по которым вещества передвигаются от корня).[3]

3.Стебель

Стебель - это каркас растения, к которому прикреплены различные «лаборатории», обеспечивающие жизнь и размножение растений (например, лист, цветок, плод). Кроме того, стебель - это своеобразный трубопровод, связывающий все органы растения между собой.

Кроме того, стебель может брать на себя роль «кладовой», наполненной на «черный день» самым ценным для растения, без чего невозможна жизнь, - влагой. Это мы видим, в частности, у кактусов.

Стебель с листьями ( побег) может превращаться в луковицу, корневище, клубень. В них растение прячет под землей запасенные питательные вещества. С помощью подземных побегов растение может размножаться, как всем известный картофель.[2]

Строение стебля соответствует его главным функциям: проводящей -- в стебле хорошо развита система проводящих тканей, которая связывает все органы растения; опорной -- с помощью механических тканей стебель поддерживает все надземные органы и выносит листья в благоприятные условия освещения и ростовой.[3]

4.Цветок

Цветки - органы размножения растений. Части цветка - чашелистики, лепестки, тычинки и пестик - представляют собой не что иное, как видоизмененные листья.

Чашелистики еще сохраняют зеленый цвет, немногим отличаясь от обычных листьев. Венчик, состоящий из лепестков, окружает тычинки и пестик. Человек выводит махровые цветы, у которых тычинки и пестики неотличимы от лепестков.[2]

Проводящие пучки идут в органы цветка из стебля. Проводящие пучки цветка обнаруживают некоторую тенденцию к упрощению и срастанию. Срастание пучков, а, следовательно, уменьшение их количества, вызвано тем, что части цветка располагаются скученно. Упрощение в строении пучков проявляется в том, что очень слабо развивается флоэма. Иногда ее элементы совсем отсутствуют или замещаются специальными клетками.[4]

2. Растения и вода

У разных растений различна потребность в воде - у одних она может быть в 80-90 раз больше, чем у других. Любое растение самое меньшее наполовину, а иногда на 98% состоит из воды. Всего за один летний день подсолнечник «выпивает» 1-2 л воды, а вековой дуб - более 600литров.

Человек испаряет пот, прежде всего для того, чтобы охладиться. Растению так же необходимо охлаждение. Но значительная часть испаряемой влаги расходуется для другой цели. Только через увлажненную поверхность растение может впитывать углекислый газ из воздуха, чтобы расти. Поневоле ему приходится постоянно испарять воду. Поэтому растения засушливых мест, где воды мало, растут так медленно. Такие растения научились по-разному ограничивать свой водный рацион. Одни в ходе эволюции приобрели сочные мясистые стебли или листья (кактусы, алоэ), наполненные влагой, и испаряют её очень экономно. Их называют суккулентами. Полная противоположность им - склерофиты, жесткие сухие растения (например, верблюжья колючка). Засуху они переносят в полузасушенном виде.

Происходит испарение в основном через устьица - «приспособления», созданные природой. Устьица расположены в основном на нижней стороне листа ( во избежание чрезмерного испарения). Устьице состоит из двух клеток полулунной формы (похожих на фасолины). Когда клетки эти наполнены влагой , они «надуваются», как два воздушных шарика, и сквозь широкую щель между ними хорошо испаряется влага. А когда воды становится меньше , клетки «вянут», - «воздушные шарики» становятся «полусдутыми», щель между ними исчезает. Испарение не идет. Соответственно и углекислый газ не может поступать в ткани растения.

На каждом квадратном миллиметре поверхности листа - несколько сотен устьиц, иногда даже тысяча, а у алоэ и кактусов - порой всего десятки. Через них растение дышит, получает углекислый газ.[2]

Испарение. Водяной пар в атмосфере.

Наиболее важная переменная составляющая атмосферы -- водяной пар. Изменение его концентрации колеблется в широких пределах: от 3% у земной поверхности на экваторе до 0,2% в полярных широтах. Основная масса его сосредоточена в тропосфере, содержание определяется соотношением процессов испарения, конденсации и горизонтального переноса. В результате конденсации водяного пара образуются облака и выпадают атмосферные осадки (дождь, град, снег, роса, туман).[5]

Воздух нижних слоев атмосферы всегда заключает в себе некоторое количество воды. Вода в атмосфере может находиться в трех состояниях: парообразном (водяной пар), жидком (капельки воды, образующие облака и туманы) и твердом (кристаллики льда и снежинки). Источником воды в атмосфере является водяной пар. Наибольшее количество водяных паров воздух получает с поверхности океанов и морей, меньшее с озер и рек и еще меньшее с поверхности суши. По последним данным с поверхности земного шара в год испаряется 518 600 км³ воды, из них 447 900 км³ воды (86%) испаряется с поверхности океанов и 70 700 км³ (14%)--с поверхности суши.

Испарение. Процесс испарения с поверхности воды связан с непрерывным движением молекул внутри жидкости. Молекулы воды двигаются в различных направлениях и с различной скоростью. При этом некоторые молекулы, находящиеся у поверхности воды и имеющие большую скорость, могут преодолеть силы поверхностного сцепления и выскочить из воды в прилежащие слои воздуха.

Скорость и величина испарения зависят от многих причин, в первую очередь от температуры и ветра, от дефицита влажности и давления. Чем выше температура, тем больше воды может испариться. Роль ветра в испарении понятна. Ветер все время уносит тот воздух, который успел поглотить некоторое количество водяных паров с испаряющей поверхности, и непрерывно приносит новые порции более сухого воздуха. Согласно наблюдениям даже слабый ветер (0,25 м/сек) увеличивает испарение почти в три раза.

Дефицит влажности и давление атмосферы по-разному влияют на испарение. Скорость испарения прямо пропорциональна дефициту влажности и обратно пропорциональна атмосферному давлению.

При испарении с поверхности суши огромную роль играет растительность, так как, кроме испарения с почвы, происходит испарение растительностью (транспирация).

Наблюдения показали, что площадь, покрытая луговой растительностью, испаряет в три с лишним раза больше, чем площадь поля, лишенная растительности. Лес испаряет воды еще больше (почти столько же, сколько поверхность моря в соответствующих широтах).[6]

В результате процесса испарения с поверхности водяной пар поступает в атмосферу. Например, летней ночью при ясной погоде, соприкасаясь с холодной поверхностью, водяной пар оставляет на ней капельки росы, при отрицательной температуре выпадает иней, в воздухе, охлаждающемся от поверхности или от пришедшего холодного воздуха, образуется туман, который состоит из мелких капелек или кристалликов, взвешенных в воздухе. В сильно загрязнённом воздухе образуется густой туман с примесью дыма - смог.

Наиболее благоприятная для человека относительная влажность воздуха (40-60%), именно такая влажность поддерживается в космических кораблях. Выявлено, что чем прохладнее воздух, тем ниже его влажность. Свой вклад в обезвоживание и без того сухого зимнего воздуха вносят обогревательные приборы центрального отопления в городских квартирах.

Определить насколько уровень влажности в квартире соответствует нормальному можно без применения специальных приборов, а опираясь на косвенные признаки. Надежным подсказчиком служат комнатные растения. Особенно чувствительны к дефициту атмосферной влаги тропические растения, для которых естественная среда это влажный и теплый климат. Поэтому так часто можно наблюдать, как зимой начинают чахнуть представители теплолюбивой флоры при своевременном и бережном уходе.

Другим, не менее надежным, индикатором является наше самочувствие. При пониженной влажности у человека быстро наступает чувство усталости и общего дискомфорта. Недостаток влаги в воздухе способствует снижению концентрации и внимания.

Недостаток атмосферной влажности способствует высушиванию слизистой оболочки дыхательных путей и полости рта. Это повышает риск возникновения респираторных заболеваний за счет ослабления защитных функций организма. Особенно часто этому подвержены дети.[7]

Огромную роль влажность играет в метеорологии. Её используют для предсказания погоды. Несмотря на то, что количество водяного пара в атмосфере сравнительно невелико (около 1%), роль его в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество теплоты, и наоборот, испарение воды сопровождается поглощением теплоты.[5]

3. Опыты

1. Цель опыта: пронаблюдать выделение воды из стебля герани, которая поглощается корнем растения из почвы.

Подготовка: для проведения опыта используем : растение герань со срезанным стеблем, прозрачную трубочку.

Опыт.

На срезанный стебель герани плотно надеваем прозрачную трубочку, наливаем немного воды в трубочку, отмечаем уровень воды красной линией, через некоторое время наблюдаем как уровень жидкости в трубочке повышается, отмечаем новый уровень синей линией.

Вывод.

Стебель выделяет жидкость, которая поступает в растение из почвы через корень. В корне и стебле имеются проводящая система, по которой вода поднимается по корню и стеблю.

2. Цель опыта: пронаблюдать, поступает ли вода по стеблю в лепестки цветка.

Подготовка: для проведения опыта используем срезанные цветки белой хризантемы, воду, окрашенную пищевым красителем, прозрачную емкость для цветков.

В окрашенную воду ставим срезанные цветки белой хризантемы. Через несколько часов наблюдаем на лепестках явно выраженные полоски того же цвета, что и используемый краситель.

Вывод.

Вода по стеблю поднимается в лепестки хризантемы. Лепестки ,как и стебель имеют проводящую воду систему.

3. Цель: узнать, поступает вода в листья из стебля растения? Могут листья испарять воду?

Подготовка: для проведения опыта используем растение герань, полиэтиленовый пакет, электролампу, скотч.

Опыт: лист растения герани помещаем внутрь полиэтиленового пакета, обматываем вокруг черешка листа скотчем для герметичности. Электролампу включаем и направляем на лист, чтобы повысить температуру внутри пакета и усилить испарение. Через несколько часов наблюдаем капельки влаги внутри пакета.

Вывод.

Вода из стебля движется в лист герани и затем испаряется. Лист растения имеет проводящую воду систему.

4. Цель: исследовать влияние зеленых растений на влажность.

Подготовка: для проведения опыта используем растения герани в горшках, куски полиэтилена, прибор для измерения влажности - гигрометр.

Опыт: измеряем в комнате влажность гигрометром, затем вокруг гигрометра устанавливаем горшки с геранью в которых почва предварительно закрыта полиэтиленом ,чтобы испарение воды с поверхности почвы не влияло на показания влажности. Через час снова замечаем показание гигрометра.

Влажность без растений - 50%

Влажность возле растений - 60%

Вывод. Растения повышают влажность воздуха.

Заключение

В работе рассмотрено движение воды через органы растений, испарение влаги листьями растения.

Измерена влажность воздуха в помещении и влияние на влажность зеленых растений.

Изучена литература о роли влаги и водяного пара в жизни всего живого.

Рассмотрена роль растений как источника пресной воды из выделенного ими водяного пара. Например, подсолнечник испаряет в день до 4 стаканов воды, береза - до 6 ведер, а старое дерево бука - до 10 ведер. Эксперименты по получению воды из атмосферы проводятся во многих районах мира. В 22 странах на 5 континентах сбор воды данным методом подтвержден экспериментально. Возможно, принудительная конденсация воды из воздуха в приземном слое могла бы со временем решить проблему водоснабжения во многих регионах, страдающих от нехватки пресной воды.

Выводы:

Растения - это уникальные природные системы, позволяющие проводить водный обмен почвы и воздуха, помогающие сохранять и поддерживать влажность воздуха в атмосфере, что имеет одно из главных значений для поддержания жизни на планете.

Необходимо защищать леса от вырубки.

Дома нужно держать комнатные растения для увлажнения воздуха.

Растения могут помочь людям восполнить недостаток пресной воды.

Размещено на Allbest.ru