Поглощение воды корнями

Вода поступает в растение главным образом через молодые участки корня, где находятся корневые волоски. Поглощение происходит благодаря осмосу: вода движется из почвенного раствора через оболочку корневого волоска в клетки корня, а затем по тканям поступает в проводящую систему.

Где и как корень поглощает воду

Основная зона поглощения воды — зона всасывания, или зона корневых волосков. Она расположена недалеко от кончика корня, за зоной деления и зоной роста. Корневой волосок — это длинный вырост клетки покровной ткани корня. Его тонкая оболочка и большая поверхность соприкосновения с почвой помогают поглощать воду и растворённые минеральные вещества.

Сначала вода из плёнки почвенного раствора проходит через оболочку корневого волоска. Затем она перемещается из клетки в клетку по тканям корня и достигает сосудов ксилемы. По ним вода направляется вверх; это движение называют восходящим током. Вода необходима для фотосинтеза, поддержания упругости клеток и переноса солей, поэтому поглощение воды связано с минеральным питанием растений.

Осмос — причина поступления воды

Клеточный сок корневого волоска содержит растворённые вещества: сахара, органические кислоты и минеральные ионы. Поэтому концентрация растворённых веществ внутри клетки обычно выше, чем в почвенном растворе. Вода проходит через полупроницаемую клеточную мембрану в сторону более концентрированного раствора. Подробнее этот процесс описан на странице об осмосе у растений.

Направление движения зависит не просто от количества солей, а от разности концентраций растворов. Если почвенный раствор становится слишком концентрированным, например из-за избытка удобрений или засоления, вода может поступать медленнее. При очень высокой концентрации почвенного раствора вода способна выходить из клеток корня, и растение увядает даже при влажной почве.

Условия, влияющие на поглощение воды

Скорость поглощения зависит от свойств растения и условий среды. Важны площадь корневых волосков, влажность и температура почвы, концентрация почвенного раствора, доступ воздуха и состояние корня.

• Влажность почвы. При недостатке воды почвенная плёнка становится тонкой или исчезает, поэтому контакт корня с водой ухудшается. При избытке воды поры почвы заполняются водой, вытесняя воздух.
• Аэрация почвы. Корневым клеткам нужен кислород для дыхания. В переувлажнённой почве дыхание ослабевает, уменьшается образование энергии, и поглощение воды и солей нарушается.
• Температура. В умеренных пределах повышение температуры ускоряет дыхание и обмен веществ, поэтому поглощение может увеличиваться. Сильный холод замедляет процессы, а перегрев повреждает клетки корня.
• Концентрация почвенного раствора. Избыток солей уменьшает поступление воды в корень и может вызвать обезвоживание клеток.
• Площадь корней. Разветвлённая корневая система с большим числом корневых волосков соприкасается с большим объёмом почвы и поглощает больше воды.
• Состояние корня. Повреждение корневых волосков, болезнями или механическим воздействием, уменьшает площадь всасывания.

На поглощение воды также влияет движение воды внутри растения. Испарение воды листьями создаёт всасывающую силу, а давление, возникающее в корне, может поддерживать продвижение воды вверх. Эти явления связаны с корневым давлением и силой притяжения, но не заменяют осмос как причину перехода воды через мембрану клетки.

Путь воды внутри корня

После попадания в корневой волосок вода движется через клетки покровной ткани, коры и внутреннего слоя корня к сосудам ксилемы. На границе с центральным цилиндром находится эндодерма. Её клетки регулируют прохождение воды и растворённых веществ к проводящей ткани.

Часть воды проходит по клеточным стенкам и межклетникам, а часть — через цитоплазму клеток. Мембраны клеток действуют как избирательные барьеры. Поэтому растение может регулировать, какие ионы поступают внутрь вместе с водой. Поглощение воды и солей — не одно и то же: вода движется главным образом по осмотическому градиенту, а многие ионы переносятся с участием специальных белков и затрат энергии.

Разобранный пример

В двух сосудах находятся одинаковые растения. В первом почвенный раствор содержит 2% растворённых веществ, во втором — 8%. Клеточный сок корневых волосков содержит 5% растворённых веществ. В каком сосуде вода будет поступать в корень легче? Что произойдёт во втором сосуде?

Ответ: в первом сосуде вода поступает в корень легче. Во втором сосуде растение может увядать из-за выхода воды из клеток, хотя почва кажется влажной. Такой эффект возможен при засолении почвы или внесении слишком большого количества удобрений.

Как отвечать на задания по теме

1. Определите, о каком участке корня говорится: для поглощения воды чаще всего называют зону корневых волосков.
2. Сравните концентрацию растворов по обе стороны мембраны.
3. Укажите направление движения воды: к более концентрированному раствору.
4. Проверьте условия среды: влажность, воздух, температуру и содержание солей.
5. Не смешивайте причины поступления воды в клетку с факторами её дальнейшего подъёма по растению.