Transportul nutrienților în plante și animale. Transport de substanțe în interiorul unei plante Transport de substanțe în interiorul unei plante

Celulele schimbă diferite substanțe cu mediul lor ca rezultat al difuziei. Totuși, transferul de substanțe prin difuzie obișnuită pe distanțe mari este ineficient; este nevoie de sisteme de transport specializate. Un astfel de transfer dintr-un loc în altul se realizează datorită diferenței de presiune din aceste locuri. Toate substanțele transportate se mișcă cu aceeași viteză, spre deosebire de difuzie, unde fiecare substanță se mișcă cu viteza proprie în funcție de gradientul de concentrație.

La animale, se pot distinge patru tipuri principale de transport: sistemul digestiv, respirator, circulator și limfatic. Unele dintre ele au fost descrise mai devreme, vom trece la altele în paragrafele următoare.

La plantele vasculare, mișcarea substanțelor se realizează prin două sisteme: xilem (apă și săruri minerale) și floem (substanțe organice). Mișcarea substanțelor de-a lungul xilemului este direcționată de la rădăcini către părțile aeriene ale plantei; Floemul mută substanțele nutritive departe de frunze.

Osmoza este unul dintre cele mai importante mecanisme de transport al substanțelor într-o plantă. Osmoza este mișcarea moleculelor de solvent (cum ar fi apa) din zone cu concentrație mai mare în zone cu concentrație mai scăzută printr-o membrană semi-permeabilă. Acest proces este similar cu difuzia normală, dar este mai rapid. Numeric se caracterizează osmoza presiune osmotica- presiunea care trebuie aplicata pentru a preveni intrarea osmotica a apei in solutie.

La plante, rolul unor astfel de membrane semipermeabile îl joacă membrana plasmatică și tonoplastul (membrana care înconjoară vacuola). Dacă celula vine în contact cu o soluție hipertonică (adică o soluție în care concentrația de apă este mai mică decât în ​​celula însăși), atunci apa începe să curgă din celulă. Acest proces se numește plasmoliză. Celula se micșorează. Plasmoliza este reversibilă: dacă o astfel de celulă este plasată într-o soluție hipotonă (cu un conținut mai mare de apă), atunci apa va începe să curgă în interior, iar celula se va umfla din nou. În acest caz, părțile interne ale celulei (protoplast) exercită presiune asupra peretelui celular. Într-o celulă vegetală, umflarea este oprită de un perete celular rigid. Celulele animale nu au pereți rigizi, iar membranele plasmatice sunt prea delicate; este necesar un mecanism special pentru reglarea osmozei.

Subliniem încă o dată că presiunea osmotică este mai degrabă o valoare potențială decât una reală. Devine reală doar în unele cazuri - de exemplu, atunci când este măsurată. De asemenea, trebuie amintit că apa se mișcă în direcția de la o presiune osmotică mai mică la una mai mare.

Masa principală de apă este absorbită de zonele tinere ale rădăcinilor plantelor din zona firelor de păr rădăcină - excrescențe tubulare ale epidermei. Datorită acestora, suprafața de absorbție a apei este crescută semnificativ. Apa intră în rădăcină prin osmoză și se deplasează până în xilem de-a lungul apoplastului (de-a lungul pereților celulari), a simplastului (de-a lungul citoplasmei și plasmodesmelor) și, de asemenea, prin vacuole. Trebuie remarcat faptul că în pereții celulelor există benzi numite Curele Caspari. Ele constau din suberina impermeabilă și împiedică mișcarea apei și a substanțelor dizolvate în ea. În aceste locuri, apa este forțată să treacă prin membranele plasmatice ale celulelor; se crede că în acest fel plantele sunt protejate de pătrunderea substanțelor toxice, ciupercilor patogene etc.

Al doilea forță importantă implicat în ridicarea apei este presiunea rădăcinii. Este de 1–2 atm (în cazuri excepționale, până la 8 atm). Această valoare, desigur, nu este suficientă pentru a asigura numai mișcarea fluidului, dar contribuția sa în multe plante este incontestabilă.

Trecând prin xilem în frunze, apa și mineralele sunt distribuite printr-o rețea ramificată de fascicule vasculare prin celule. Mișcarea de-a lungul celulelor frunzei se realizează, ca și în rădăcină, în trei moduri: de-a lungul apoplastului, simplastului și vacuolelor. Pentru nevoile sale, planta folosește mai puțin de 1% din apa pe care o absoarbe, restul se evaporă în cele din urmă prin stratul de ceară de la suprafața frunzelor și tulpinilor - cuticula (aproximativ 10% apă) - și pori speciali - stomatele (90). % apă). plante erbacee pierd aproximativ un litru de apă pe zi, iar la copacii mari această cifră poate ajunge la sute de litri. Evaporarea apei (transpirația) se realizează datorită energiei soarelui. Cel mai simplu mod de a observa transpirația este să acoperiți planta în ghiveci cu un capac; picături de lichid se vor aduna pe suprafața interioară a capacului.

Mulți factori influențează viteza de evaporare; atât condițiile externe (lumină, temperatură, umiditate, prezența vântului, disponibilitatea apei în sol), cât și caracteristicile structurale ale frunzelor (suprafața frunzei, grosimea cuticulei, numărul de stomi). O serie de factori externi duc la scăderea difuziei apei din frunze, alții (de exemplu, lipsa luminii sau vântul puternic) determină închiderea stomatelor (datorită muncii celulelor speciale de gardă). Plantele din regiunile aride au adaptări speciale pentru a reduce transpirația: stomatele înfundate adânc în frunze, pubescența densă a părului sau solzilor, acoperirea groasă de ceară, transformarea frunzelor în țepi sau ace și altele. Căderea frunzelor de toamnă la latitudini temperate este, de asemenea, concepută pentru a reduce evaporarea apei atunci când se instalează vremea rece.

Unele minerale, după ce și-au îndeplinit funcția utilă, se pot deplasa mai departe în sus sau în jos în floem. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, înainte de a vărsa frunzele, când substanțele benefice acumulate de frunze sunt depozitate, fiind depuse în alte părți ale plantei.

Plantele pluricelulare au alta sistem de transport, conceput pentru a distribui produsele fotosintezei - floem. Spre deosebire de xilem, materia organică poate fi transportată în sus și în jos pe floem. 90% din substanțele transportate sunt zaharoză, care practic nu participă direct la metabolismul plantei și, prin urmare, este un carbohidrat ideal pentru transport. Viteza de mișcare a zahărului este de obicei de 20-100 cm/h; într-o zi, prin trunchiul unui copac mare pot trece câteva kilograme de zahăr (în masă uscată).

Cum pot curge astfel de fluxuri mari de nutrienți în tuburi subțiri de sită floem (diametrul lor nu depășește 30 de microni) nu este complet clar. Aparent, substanțele sunt distribuite de-a lungul floemului printr-un curent de masă, și nu prin difuzie. Mecanismele posibile de transport sunt presiunea convențională sau electroosmoza.

Dacă floemul este deteriorat, tuburile de sită se înfundă ca urmare a depunerii de caloză pe plăcile de sită. Scurgerile ireversibile de nutrienți se opresc de obicei în câteva minute de la rănire.

În organismele multicelulare, celulele diferitelor țesuturi sunt îndepărtate unele de altele. Prin urmare, au format un sistem de transport care asigură fluxul de gaze și substanțe nutritive către toate organele și țesuturile.

Mișcarea substanțelor într-o plantă

Pentru a afla cum funcționează sistemul de transport al plantelor, vom efectua două experimente.

Experiența 1. Lăstarii de plop (arțar, salcie) se pun într-un vas cu apă colorată cu cerneală roșie. După două zile, vom face mai multe secțiuni longitudinale și transversale ale tulpinii. Pe toate secțiunile vom vedea că doar lemnul a fost pătat. Scoarța și miezul au rămas nevopsite. Aceasta înseamnă că apa cu substanțe dizolvate se ridică prin lemnul tulpinii, prin vase.

Experiența 2. Puneți doi lăstari într-un vas cu apă și expuneți la lumină. Anterior, unul dintre
vom scoate inelul de scoarță (3 cm lățime), retrocedând de la capătul lăstarii cu 8-10 cm.După 3-4 săptămâni, în lăstari se vor dezvolta rădăcini adventive. Într-un lăstar intact, rădăcinile se formează la capătul inferior. Într-un lăstar cu o tăietură inelară, se vor dezvolta rădăcini adventive peste secțiunea goală a tulpinii. Nu vor exista rădăcini sub tăietura inelară, deoarece prin îndepărtarea inelului de scoarță am deteriorat tuburile site. Substanțele organice din frunze, deplasându-se de-a lungul bastului, au ajuns la punctul de tăiere și s-au acumulat aici. Acest lucru a contribuit la dezvoltarea rădăcinilor adventive.

Astfel, experiența demonstrează că substanțele organice se mișcă de-a lungul scoarței tulpinii, tuburi de sită ale libenului. Se deplasează către toate organele plantei - rădăcini, lăstari subterani, vârfuri de lăstari supraterane, flori, fructe, semințe.

Transport de substante la animale

Așa cum substanțele sunt transportate prin sistemul conducător al unei plante, sistemul circulator asigură transferul de oxigen și substanțe nutritive către toate organele și țesuturile animalelor. Dioxidul de carbon și substanțele nocive intră în sânge din țesuturi. Eliberarea sângelui din dioxid de carbon are loc în organele respiratorii, iar din substanțele nocive - în organele excretoare.

Organismul principal sistem circulator care asigură funcția de transport este inima. Joacă rolul unei pompe care asigură circulația sângelui. Inima pompează sânge prin vasele de sânge.

Animale cu sânge cald și cu sânge rece

La broaște, șopârle, șerpi, crocodili, țestoase, sângele se amestecă într-una din secțiunile inimii. Ca urmare, sângele, sărac în oxigen, pătrunde în toate organele. Astfel de animale sunt cu sânge rece. Temperatura corpului lor depinde de mediu inconjurator. La păsări și mamifere, sângele oxigenat nu se amestecă cu sângele care transportă dioxid de carbon și substanțe nocive. O creștere a conținutului de oxigen din sânge asigură eliberarea unei cantități mari de energie, datorită căreia aceste animale au o temperatură constantă a corpului și au sânge cald. Acest lucru le permite să suporte mai ușor condițiile de mediu nefavorabile și să se răspândească pe scară largă în întreaga planetă.

Întrebarea 1. Care este importanța transportului de substanțe pentru organismele vii pluricelulare?

Transportul de substanțe pentru organismele pluricelulare este implicat în aproape toate procesele vitale: respirația - hemoglobina transportă oxigen la fiecare celulă pentru respirație, iar apoi dioxidul de carbon părăsește corpul nostru prin plămâni; nutriție - mișcarea alimentelor prin tractul gastrointestinal.

Întrebarea 2. Amintiți-vă caracteristicile structurale ale unei celule vegetale și explicați cum și datorită ce structuri se deplasează substanțele de la o celulă la alta în țesuturile unui organism vegetal.

Celula este formată dintr-o înveliș cu pori, în interiorul unei substanțe-citoplasme vâscoase, conține un nucleu cu nucleol și vacuole.

Mișcarea substanțelor (sub formă de soluții) are loc prin membrana celulară, datorită porilor - acestea sunt secțiuni mai subțiri ale membranei celulare.

Întrebarea 3. Aflați ce substanțe se mișcă în interiorul plantelor în procesul de metabolism și semnați-le numele în figură.

1 - apă cu minerale dizolvate în ea,

2 - oxigen

3 - dioxid de carbon

4 - materie organică dizolvată

Întrebarea 4. Care este diferența dintre transportul de substanțe în plantele inferioare și cele superioare?

Transportul de substanțe atât la plantele inferioare, cât și la cele superioare diferă prin aceea că: la plantele superioare, transportul apei, substanțelor minerale și organice se realizează prin rădăcini și vase de-a lungul țesuturilor conductoare, în timp ce la plantele inferioare nu există țesuturi și substanțele se deplasează între celule.

Întrebarea 5. Completați tabelul „Transportul de substanțe în plantele superioare”.

Întrebarea 6*. La începutul primăverii, seva de mesteacăn este colectată din crestăturile de pe trunchiul de mesteacăn. Ce crezi că este din punct de vedere al compoziției și de unde vine dacă nu există încă frunze pe plantă?

Seva de mesteacăn este apă purificată din solul pământului procesată și trecută prin sistemul radicular de mesteacăn deja cu adăugarea de oligoelemente din trunchiul de mesteacăn.

Întrebarea 7*. Iarna, iepurii au roade scoarța unui cireș tânăr, iar după un timp s-a dovedit că copacul murise. Sugerați de ce și cum s-a întâmplat acest lucru.

Iepurii au deteriorat vasele de sânge și tuburile de sită. Transportul substanțelor a fost întrerupt, din această cauză copacul a murit.

Întrebarea 8. Privește imaginea și citește descrierea experienței descrise în ea. Au luat două pahare cu apă, au lăsat apă curată într-unul și au adăugat câteva picături de cerneală roșie în celălalt. În fiecare pahar a fost pusă câte o plantă din aceeași specie cu flori albe. Cinci ore mai târziu, în al doilea pahar, unele părți ale plantei au fost pătate.

Răspunde la întrebările:

1) Ce proces poate fi studiat folosind acest experiment?

Cu ajutorul acestui experiment este posibil să se studieze procesul de transport al substanțelor.

2) Ce părți (organe) ale plantei sunt pătate?

Au fost pictate frunze și flori de plante.

3) Ce structuri ale acestor organe s-au colorat cel mai intens și de ce?

Petalele florilor au fost cele mai intens pătate. Deoarece au fost inițial albi, colorarea lor este cea mai vizibilă.

4) Este posibil să returnăm culoarea originală organelor plantei? Justificați răspunsul.

Această plantă poate fi readusă cu siguranță la aspectul inițial, trebuie doar să te întorci apă plată când substanțele colorate părăsesc planta, aceasta va deveni culoarea ei normală.

Întrebarea 9*. Explicați rezultatele experimentului cu ramurile inelate descris în manualul de la p.114. De ce credeți că deteriorarea scoarței copacilor este periculoasă pentru viața lor?

În scoarța unui copac trec tuburi de sită prin care trec substanțele necesare vieții. Dacă scoarța este deteriorată, tuburile sunt și ele deteriorate. În consecință, aportul de nutrienți este redus, ceea ce are un efect dăunător asupra plantei.

Pentru implementarea proceselor vitale, plantele au nevoie de apă și substanțe minerale (anorganice) dizolvate în ea. O plantă le poate obține în principal din sol umed. Rădăcinile sunt responsabile pentru absorbția apei în plante. Cu toate acestea, nu atât rădăcinile au nevoie de apă, cât frunzele și alte organe supraterane ale plantei (muguri în curs de dezvoltare, lăstari, flori, fructe). Așadar, la plantele superioare, în proces de evoluție, s-a dezvoltat un sistem conducător care asigură transportul substanțelor. Are cea mai complexă structură la angiosperme.

Pentru mișcarea apei și a mineralelor atât de-a lungul tulpinii, cât și de-a lungul frunzelor și în rădăcini, acestea sunt responsabile vasele. Sunt celule moarte. Mișcarea ascendentă a apei și a mineralelor este asigurată de presiunea rădăcinii și de evaporarea apei din frunze.

La plantele lemnoase, vasele se găsesc în lemnul tulpinilor. Acest lucru poate fi verificat prin plasarea unei ramuri într-o soluție apoasă colorată. După ceva timp, pe tăietura transversală, puteți vedea că doar lemnul va fi vopsit. Aceasta înseamnă că apa și mineralele dizolvate în el se mișcă doar de-a lungul ei.

Mișcarea de-a lungul tulpinii materiei organice

În frunzele verzi ale plantelor are loc fotosinteza, în timpul căreia sunt sintetizate substanțe organice. Din aceste substanțe se sintetizează ulterior și alte substanțe organice, care sunt utilizate în diferite procese de viață și pentru producerea de energie.

Substanțele organice sunt necesare nu numai de părțile verzi ale plantei, ci și de alte organe și țesuturi. În plus, o parte din materia organică este stocată în rezervă. Prin urmare, la plante se realizează nu numai mișcarea apei și a mineralelor, ci și transportul substanțelor organice. De obicei merge în direcția opusă curgerii soluției apoase.

Materia organică din angiosperme se mișcă de-a lungul tuburi de sită. Acestea sunt celule vii, partițiile lor transversale, cu care vin în contact unele cu altele, arată ca o sită.

La plantele lemnoase, tuburile de sită sunt situate în bast, care este o parte a scoarței situată mai aproape de cambium (lemnul este situat în interiorul cambiumului).

Dacă scoarța tulpinii unei plante este deteriorată suficient de adânc, iar acest lucru împiedică scurgerea substanțelor organice, atunci pe trunchi se formează așa-numiții noduli sau excrescențe. Acumulează materie organică. Pe cheltuiala lor, se formează un dop de rană pe deteriorarea trunchiului. Mai mult, rădăcinile și mugurii pot începe să se dezvolte în acest loc.

Substanțele organice din plante se acumulează adesea în diferite organe și țesuturi (rădăcini, tulpini, midură). Primăvara, aceste substanțe sunt folosite pentru a se asigura că planta are frunze și lăstari noi. Pentru a face acest lucru, materia organică depozitată trebuie să se dizolve în apă și să se mute acolo unde este nevoie. Și se dovedește că în acest moment substanțele organice se mișcă nu prin tuburi sită, ci prin vase cu apă și minerale.

Intrebarea 1.
Pentru a menține viața normală, organismul are nevoie de nutrienți (minerale, apă, compuși organici) și oxigen. De obicei, aceste substanțe se mișcă prin vase (prin vasele de lemn și liban la plante și prin vasele de sânge la animale). În celule, substanțele se deplasează de la organel la organel. Substanțele sunt transportate în celulă din substanța intercelulară. Deșeurile și substanțele inutile sunt îndepărtate din celule și apoi prin organele excretoare din organism. Astfel, transportul substantelor in organism este necesar pentru metabolismul si energia normala.

Intrebarea 2.
În organismele unicelulare, substanțele sunt transportate prin mișcarea citoplasmei. Deci, într-o amibă, citoplasma curge dintr-o parte a corpului în alta. Nutrienții conținuti în el se mișcă și sunt transportați în tot corpul. Infuzoria are pantofi - organism unicelular, care are o formă constantă a corpului - mișcarea veziculei digestive și distribuția nutrienților în întreaga celulă se realizează prin mișcarea circulară continuă a citoplasmei.

Întrebarea 3.
Cardiovascular sistemul asigură mișcarea continuă a sângelui, care este necesară pentru toate organele și țesuturile. Prin acest sistem, organele și țesuturile primesc oxigen, substanțe nutritive, apă, săruri minerale, hormoni care reglează funcționarea organismului intră în organe cu sânge. Din organe în sânge vine dioxid de carbon, produse de degradare. În plus, sistemul circulator menține o temperatură constantă a corpului, asigură constanta mediului intern al corpului ( homeostaziei), relația dintre organe, asigură schimbul de gaze în țesuturi și organe. Sistemul circulator îndeplinește și o funcție de protecție, deoarece sângele conține anticorpi și antitoxine.

Întrebarea 4.
Sânge este un țesut conjunctiv fluid. Este format din plasmă și elemente formate. Plasma este o substanță intercelulară lichidă, elementele formate sunt celule sanguine. Plasma reprezintă 50-60% din volumul sanguin și este 90% apă. Restul sunt substanțe plasmatice organice (aproximativ 9,1%) și anorganice (aproximativ 0,9%). Substanțele organice includ proteine ​​(albumină, gama globulină, fibrinogen etc.), grăsimi, glucoză, uree. Datorită prezenței fibrinogenului în plasmă, sângele este capabil de coagulare - o reacție de protecție importantă care salvează organismul de pierderea de sânge.

Întrebarea 5.
Sângele este format din plasmă și elemente formate. Plasma este o substanță intercelulară lichidă, elementele formate sunt celule sanguine. Plasma reprezintă 50-60% din volumul sanguin și este 90% apă. Restul este organic (aproximativ 9,1%) și anorganic
(aproximativ 0,9%) materie plasmatică. Substanțele organice includ proteine ​​(albumină, gama globulină, fibrinogen etc.), grăsimi, glucoză, uree. Datorită prezenței fibrinogenului în plasmă, sângele este capabil de coagulare - o reacție de protecție importantă care salvează organismul de pierderea de sânge.
Elementele formate din sânge sunt eritrocitele - globule roșii, leucocitele - globule albe și trombocitele - trombocite.

Întrebarea 6.
stomate reprezintă un decalaj care este situat între două celule în formă de fasole (trailing). Celulele de gardă sunt situate deasupra celor mari intercelularîn țesutul de frunze moale. Stomatele sunt de obicei situate pe partea inferioară a lamei frunzei, iar în plantele acvatice (nufăr, capsulă) - numai în partea de sus. Un număr de plante (cereale, varză) au stomatele pe ambele părți ale frunzei.

Întrebarea 7.
Pentru a menține viața normală, planta absoarbe CO 2 (dioxid de carbon) din atmosferă cu frunzele sale și apă cu săruri minerale dizolvate în ea din sol cu ​​rădăcinile sale.
Rădăcinile plantelor sunt acoperite, ca puful, cu fire de păr care absorb soluția de sol. Datorită acestora, suprafața de aspirație crește de zeci și chiar de sute de ori.
Mișcarea apei și a mineralelor în plante se realizează datorită a două forțe: presiunea rădăcinii și evaporarea apei de către frunze. Presiunea rădăcinii - forța care provoacă o alimentare unidirecțională de umiditate de la rădăcini la lăstari. Evaporarea apei de către frunze este un proces care are loc prin stomatele frunzelor și menține un flux continuu de apă cu minerale dizolvate în ea prin plantă în sens ascendent.

Întrebarea 8.
Substanțele organice sintetizate în frunze curg în toate organele plantei, dar în tuburile de sită ale libenului și formează un curent descendent. La plantele lemnoase, mișcarea nutrienților în plan orizontal are loc cu participarea razelor de bază.

Întrebarea 9.
Cu ajutorul firelor de păr din rădăcină, apa și mineralele sunt absorbite din soluțiile din sol. Învelișul celulelor părului rădăcină este subțire - acest lucru facilitează absorbția.
presiunea rădăcinii- forța care provoacă o alimentare unilaterală de umiditate de la rădăcini la lăstari. Presiunea radiculară se dezvoltă atunci când presiunea osmotică din vasele rădăcinii depășește presiunea osmotică a soluției din sol. Presiunea rădăcinii, împreună cu evaporarea, este implicată în mișcarea apei în corpul plantei.

Întrebarea 10.
Evaporarea apei dintr-o plantă se numește transpiratie. Apa se evaporă prin întreaga suprafață a corpului plantei, dar mai ales intens prin stomatele din frunze. Semnificația evaporării: participă la mișcarea apei și a substanțelor dizolvate prin corpul plantei; promovează nutriția cu carbohidrați a plantelor; protejează plantele de supraîncălzire.