Водный режим растений

ВОДНЫЙ РЕЖИМ РАСТЕНИЙ (водный обмен растений), совокупность тесно связанных между собой процессов поглощения, передвижения и выделения воды. Благодаря водному режиму растений клетки и ткани содержат количество воды, необходимое для поддержания всех процессов жизнедеятельности (фотосинтеза, дыхания, роста, развития и др.). Насыщенность клеток водой придаёт тканям упругость (тургор) и помогает ориентации органов в пространстве. Вода составляет 80-95% массы растения, но лишь незначительное её количество образуется в самих клетках, например, при дыхании. Основная масса воды поступает из почвы в корень через покрывающую его однослойную ткань - эпиблему. В клетки растения вода поступает под действием осмотических сил, в результате набухания биополимеров и через специальные водные каналы (смотри Аквапорины). Попав в клетки эпиблемы, вода далее движется по корню, переходит в ткани стебля и листья. Достигнув последних, меньшая часть воды используется на рост и метаболизм клеток листьев, а большая (до 90%) выделяется в виде пара (транспирация) или жидкости (гуттация). В тканях органа (ближний транспорт) вода передвигается по симпласту (совокупность протопластов, соединённых цитоплазматическими каналами - плазмодесмами) и апопласту (совокупность клеточных стенок, межклетников и сосудов), а между органами (дальний транспорт) - по проводящим тканям. При водном дефиците она передвигается преимущественно по симпласту.

Поступление, направление транспорта и выделение воды зависят от градиента водного потенциала в системах «почва - растение», «растение - атмосфера» и др. Водный потенциал, выражаемый в тех же единицах, что и давление, зависит от концентрации веществ в клетках; в верхней части растений он ниже, чем у основания. Вода всегда движется в сторону более низкого водного потенциала. Возникновение градиента водного потенциала в растении связано с активным поглощением солей клетками эпиблемы, их передвижением в радиальном направлении по корню и поступлением в сосуды; важная роль в его поддержании принадлежит транспирации. Увеличение концентрации солей понижает водный потенциал в сосудах. Продолжающееся выделение воды из клеток корня в сосуды ещё больше понижает водный потенциал, создавая тем самым условия для поступления в корень следующей её порции. Активное поглощение и транспорт веществ связаны с работой мембранных транспортных белков. В процессах выделения и передвижения воды могут участвовать сократительные белки клеток. Сила, возникающая благодаря активному поглощению солей клетками корня и поднимающая вверх воду вместе с растворёнными веществами, называется корневым давлением.

Интенсивное испарение воды в листьях также приводит к понижению водного потенциала в их клетках и поступлению в них воды из стебля и корня. Движение воды по растению, вызванное транспирацией, называется транспирационным током. Благодаря совокупности сил корневого давления, сцепления (когезии) между молекулами воды и транспирации вода может подниматься вверх по растению на десятки метров (у древесных пород большую роль в этом процессе играют живые клетки ствола). Скорость транспорта воды особенно велика днём. У хвойных пород она обычно равняется 0,5-1,2 м/ч, а у лиственных (например, у дуба) - 27-40 м/ч. Из-за транспирации растения расходуют огромные количества воды. За вегетационный период одно растение кукурузы испаряет 200-250 л воды, а 35-летняя яблоня - до 26 т. Соотношение между поступлением и расходованием воды называют водным балансом. В умеренно влажные и не слишком жаркие дни транспирация хорошо согласована с поступлением воды, оводнённость тканей довольно постоянна. В жаркие летние дни расход воды на транспирацию превышает её поступление, возникает водный дефицит, который может привести к увяданию растения. Водный режим растений зависит от температуры и влажности воздуха, водно-воздушного режима и засолённости почвы, освещённости, наличия ветра, внесения удобрений, а также от площади и строения листьев, размера корневой системы. Самая частая причина нарушения водного режима рек - засуха.

По способности регулировать водный режим растения делят на пойкилогидрические (почвенные водоросли, лишайники, мхи, папоротники и некоторые покрытосеменные), которые сами не могут регулировать свой водообмен, и гомойогидрические (большинство покрытосеменных), способные его регулировать. По адаптационным способностям, связанным с регуляцией водного режима в конкретных условиях обитания, растения относят к разным экологическим группам. Наиболее многочисленны среди них мезофиты, произрастающие в условиях умеренной влажности (большинство культурных растений).

Смотри также Гигрофиты, Гидрофиты, Ксерофиты.

Лит.: Kramer Р. J., Boyer J. S. Water relations of plants and soils. San Diego, 1995; Жолкевич В. Н. Транспорт воды в растении и его эндогенная регуляция. М., 2001; Кузнецов В. В., Дмитриева Г. А. Физиология растений. М., 2005.