Водний режим рослин. Підйом води в стовбурах високих дерев

Ви перебуваєте: Водний режим рослин

Довгий час механізм підйому води до верхівок високих дерев залишався загадкою для фітофізіологів, однак тепер ми представляємо його собі досить добре. Проблема ця видалася настільки важкої, оскільки було відоме, що під дією атмосферного тиску стовп води може піднятися не вище чому на 10 м, а найвищі з дерев досягають у висоту більш 100 м. Доводилося, отже, допустити, що тут діє ще якась сила, що перевищує силу атмосферного тиску приблизно в 10 раз. Тепер ми знаємо, що це не що інш сила, що як ссе, атмосфери, породжувана вкрай низкою величиною її водного потенціалу.

Нагадаємо, що водний потенціал атмосферного повітря при відносній вологості <100% становить негативну величину порядку декількох сотень бар. Саме низький водний потенціал атмосфери обумовлює втрату води на транспірацію через листи й безперервне переміщення молекул води в стовбурі дерева від клітки до клітки - по градієнту потенціалу. Втрата (випар) молекул води у верхній частині водного стовпа, що заповнює ксилему, змушує воду текти по трубках ксилеми нагору для заповнення цієї втрати. Це викликане транспірацією переміщення води, так званий транспирационный струм, у свою чергу обумовлює вступ води в рослину із ґрунту, також по градієнту водного потенціалу. Внаслідок транопирации водний потенціал у верхній частині рослини нижче, чим у його підстави; крім того, нерідко швидкість випару води більше швидкості її вступу, тому що й клітинні стінки, і ендодерма кореня чинять опір руху води. Внаслідок цього у водних стовпах високих дерев, що заповнюють ксилему, існує негативний тиск, тобто натяг. Виявити це легко. Якщо невелику чашечку з формувальної глини наповнити чорнилом і пригорнути зовні до стовбура дерева, а потім зробити на стовбурі надріз таким чином, щоб перерізувати в цьому місці посудини ксилеми, то чорнило швидко втягнуться в стовбур і піднімуться по ньому нагору на кілька метрів. Негативний тиск показує й манометр, уведений у стовбур дерева. Можна також, вимірюючи діаметр стовбура, простежити за добовими його коливаннями й переконатися в тому, що мінімуми збігаються з періодами посиленої транспірації.

У свій час висловлювалася думка, що якби в таких умовах у водних стовпах виникав натяг, то в них спостерігалася б кавітація - утвір порожнин, заповнених тільки водяними парами й тому блокувальних переміщення води знизу нагору. Переконливо показане, однак що в чистій скляній трубці, заповненою водою, що не містить ніяких розчинених газів, кавітації не відбувається навіть при натягу в кілька сотень бар; перешкоджає кавітації когезія - зчеплення молекул води під дією сил притягання. У посудинах ксилеми молекули води зв'язані не тільки один з одним, за рахунок сил когезії (зчеплення), але також і зі стінками посудин (дуже гідрофільними) - за рахунок адгезії (прилипания); ці сили теж перешкоджають кавітації в посудинах ксилеми при натягу, що звичайно спостерігається.

Продемонструвати цей механізм, тобто дія, що присмоктує, транспірації в комбінації із силами зчеплення водного стовпа при натягу води, можна за допомогою наступного досвіду. У верхній частині скляної трубки, заповненою водою, щільно закріплюють зрізану облиственную гілку, а нижній кінець трубки занурюють у ртуть. Якщо стекло чисте й вода в трубці не містить розчинених газів, то ртуть внаслідок транспірації листів може піднятися в трубці на висоту більш 760 мм, тобто вище того рівня, до якого вона піднімається в барометрі при атмосферному тиску в 1 атм. Система ця чисто фізична; вона зовсім не залежить від життєвих властивостей рослинних кліток. Насправді, транспірація відбувається, навіть якщо клітки стебла вбиті пором, аби тільки тільки не були вбиті листи. У цьому приладі можна навіть замінити гілку якою-небудь поверхнею, що випаровує, наприклад шматком гіпсу. Цей переконливий досвід зміцнює нашу впевненість у тому, що саме комбінація транспірації, когезії й натягу обумовлює підйом води в стовбурах високих дерев (мал. 6.16).