voda a rostliny
DESCRIPTION
Voda a rostliny. Význam vody. unikátní vlastnosti vody (kapalná při běžných teplotách, polární, velké skupenské teplo odpařování) medium pro přenos živin rozpouštědlo, ve kterém se odehrávají metabolické procesy zdroj pro fotosyntézu (hydrolýza vody) turgor – drží rostlinu ( hydroskelet ) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Voda a rostliny
Význam vody
• unikátní vlastnosti vody (kapalná při běžných teplotách, polární, velké skupenské teplo odpařování)
• medium pro přenos živin• rozpouštědlo, ve kterém se odehrávají metabolické procesy• zdroj pro fotosyntézu (hydrolýza vody)• turgor – drží rostlinu (hydroskelet)
• obsah vody v rostlinách v průměru 80-90% (5-15% v semenech)
Vodní bilance stanoviště
Sv – vertikální srážky ( u nás 400-1700 mm)
ET – evapotranspiraceE – výpar z půdyI – intercepce (druhově specifická)Op – povrchový odtokOv – podpovrchový odtokWak – adsorpční a kapilární vodaWg – gravitační vodaWp – podzemní voda
Sh – horizontální srážky
dnes měření pomocí družic (NDVI)
Poikilohydrie
• vysušení buněk není letální, zachování některých metabolických funkcí v suchém stavu, aktivace při opětovném navlhčení
• akumulace ABA (kyselina abscisová) → LEA – late embryogenesis abundant proteins
kyvor (Ceterach officinarum)
Obnovení procesů po rehydrataci
Selaginella lepidophylla
Fotosyntéza poikilohydrických rostlin• Mezní hodnoty (relativní vzdušné) vlhkosti – vlhkostní kompenzační bod
lišejníků ~80% RH• nízká růstová rychlost nízký kompetiční potenciál
Homoiohydrie
• „vyrovnaný“ obsah vody v pletivech, turgidita buněk – voda tvoří 80–95% biomasy nedřevnatých pletiv (listy, kořeny, plody)
• optimalizace vodního provozu → koeficient využití vody ve fotosyntéze WUEph = fotosyntéza/transpirace [μmol CO2/mmol H2O]
Obsah vody v rostliněObsah vody v rostliněWC [%] = (FM - DM / FM) × 100
FM - čerstvá hmotnostDM - hmotnost sušiny
protoplazma 85 - 90 %, organely bohaté na lipidy (chloroplasty, mitochondrie) 50 %, zralé dužnaté plody 85 - 95 %, listy 80 - 90 %, kořeny 70 - 95 %, dřevo 50%, semena , pylová zrna 5 - 15 %
Relativní obsah vodyRWC [%] = [ 1 - (FMs - FMa)/(FMs - DM) ]×100
FMs - hmotnost po nasyceníFMa - aktuální hmotnost
Vodní potenciál• kohezní teorie
• vodní potenciál – (fí)
• je nulový na hladině moře u sladké čisté vody
• v rostlinách vždy záporný• osmóza (záporný)• tlak v buňkách (kladný)
tlakový potenciál
celkový potenciál
osmotický potenciál
Měření vodního potenciálu
Soil-plant-atmosphere-continuum (SPAC)
• transpirační proud – souvislá cesta půda-kořen-stonek-list-atmosféra podél gradientu vodního potenciálu půda > stonek > list > vzduch
• celkový vodní potenciál – = g + m + p + o – g – gravitační p., m – matriční p., p
– tlakový p., o – osmotický p.
Půdní hydrolimity• polní kapacita (FC) – voda v půdě po odtoku gravitační vody
– maximální kapilární kapacita• bod trvalého vadnutí (PWP) – množství vody v půdě, jejíž potenciál ≤
minimální potenciál kořene • hygrofyty –1 MPa, kulturní plodiny –1 až –2 MPa, lesní dřeviny –2 až –4
MPa, mezofyty až –4 MPa, xerofyty až –6 MPa
Půdní voda vs. textura půdy
• kapilární voda – voda přístupná rostlinám, zadržená v půdních kapilárách = FC–PWP
Příjem vody kořenem
Wabs = A.[(soil – root)/r]
Wabs – rychlost příjmu vodyA – výměnná plocha kořenepotenciály v půdě a kořenir – rezistence po cestě
• obsah vody v půdě– nízký obsah vody roste odpor (r)– zaplavení – inhibice aerobního dýchání
zavírání průduchů, vadnutí• nízká teplota
– viskozita zpomalení difůze ke kořeni – nižší permeabilita buněčných membrán
Kořenové systémy
Lore Kutschera
Kořenový systém rostlin
• intenzivní kořenový systém – velmi hustá síť vláknitých, intenzivně větvených kořenů– typicky trávy, palmy, některé dřeviny (buk)
• extenzivní – hlavní kořen a systém dlouhých postranních větví s aktivními kořeny– např. jasan, osika, řada dvou- i jednoděložných
bylin, rostliny s oddenky, apod.
• povrchový – mělce uložený systém kořenů zasahujících do širokého okolí– efektivní zachycování srážkové vody, řada druhů
aridních oblastí – Cactaceae – tvorba nových kořenů
bezprostředně po deštích (rain roots)
Freatofyty• Dva typy kořenů
– povrchové kořeny primárně příjem živin (též srážkovou vodu) – hluboký kořen dosahující podloží, trvalý přísun vody
Hydraulický zdvih• Obrácený tok vody rostlina→půda• Agropyron desertorum – 20–50% vody původem z hydraulického zdvihu od
Artemisia tridentata
Příjem vody
• povrchem listů – bromélie (především Tillandsioideae), některé epifytní kapradiny
• štítovitý trichom – centrální disk obklopený křídlem– disipace záření, absorpce vody
• velamen – epifytické orchideje + dalších 6 čeledí (např. Araceae)
• příjem vody, kontakt se substrátem (stálý tvar kořene)
Velamen u Clivia
Vedení vody - xylém• cévy (tracheje) – otevřené na obou koncích, bez přehrádek nebo s
perforací, až 10 m dlouhé, desetiny mm, vývojově mladší– jednoduchá tečka – membrána (primární buněčná stěna) opatřená póry
• cévice (tracheidy) – uzavřené, délka řádově mm, tisíciny–setiny mm, vývojově starší – téměř výhradně v xylému jehličnanů– dvojtečka (dvůrkatá tečka) – torus, margo (uzavírací membrána), pór
Transpirační proud• maximální rychlost transpiračního proudu funkcí celkového odporu/vodivosti
xylému• specifická vodivost xylému – roste s celkovou vodivou plochou, vodivost cévy
úměrná čtvrté mocnině (Hagen-Poisseuilleův zákon) q = (Π r4 / 8 lη) ΔΨp– opadavé listnáče asi 2x vodivost vždyzelených listnáčů– vždyzelené listnáče asi 2x vodivost jehličnanů
Kavitace xylému• negativní tlak v cévách riziko
„prolomení“ menisku v pórech mezi cévami
• odolnost vůči kavitaci dána průměrem pórů mezi cévami
• sucho nebo zmrznutí vody v cévách vznik bublinek vzduchu (embolie) kavitace
• otevřené cévy listnáčů vs. uzavřené tracheidy jehličnanů
Ecology 85: 2184-99 (2004)
Kavitace xylému
Mechanická pevnost xylému
• „kolaps“ cévy – implozní tlak ~ (t/d)• lignifikace buněčné stěny – mechanické
zpevnění vodivých pletiv
Trade-off xylému dřevin
Trade-off xylému dřevin• jehličnany
– nejmenší specifická vodivost xylému vs. největší odolnost vůči kavitaci
– vodivost xylému v zimě téměř neklesá (0–8%)
• kruhově pórovité listnáče – dub, jilm, jasan– vodivost xylému v zimě klesá v
průměru o 55%• roztroušeně pórovité listnáče – buk,
javor, olše, bříza– snížení vodivosti xylému v zimě v
průměru o 17%
• Liány– relativně malá investice do podpůrných pletiv malá mechanická pevnost– cévy o velkém průměru relativně velká vodivost xylému náchylnost ke kavitaci
Trade-off xylému dřevin
Transpirace
• stomata – ca 1% povrchu listu, ledvinovitý a činkovitý typ
• transpirace jako difúzní proces Tr = c/(rs+ra)
• hraniční vrstva listu – odpor hraniční vrstvy klesá s prouděním vzduchu a roste s rozměry listu ( ~ d/u)
Transpirace
• modifikace hraniční vrstvy – zapuštěné průduchy, trichomy, velikost listu• anatomická stavba – kutikula, densita a velikost průduchů• redukce transpiračního povrchu – svinování listů, opadavost, heliotropismus
Vodní bilance rostlin – dynamická rovnováha• denní ztráty vody transpirací → vzrůst osmotického
potenciálu buněk• rostliny hydrostabilní (sukulenty, vodní r., sciofyty,
konifery) vs. hydrolabilní – (stepní trávy, heliofyty, pionýrské druhy)
Strategie rostlin
• avoidance – strategie časování životního cyklu – efeméry (pluvioterofyty), geofyty
• resistence – strategie – sukulence– stupeň sukulence = obsah vody při
nasycení/plocha povrchu [g/m2]
Strategie ochrany
• odrazivé listy• zapuštěné průduchy• malé listy• uchovávání vody• hluboké kořeny• odhazování listů
100 000 litrů
Gutace
Klonální rostliny
Informace o suchu
Ariel Novoplansky @ TEDx
Sníh
• zásoba vody• termoizolant• abraze