Zadanie 5.
Higrofity to rośliny przystosowane do środowiska o wysokiej wilgotności powietrza i podłoża.
Z powodu wysokiej wilgotności powietrza parowanie z powierzchni liści jest powolne.
U higrofitów doszło do wykształcenia się licznych cech ułatwiających transpirację:
fizjologicznych, morfologicznych i anatomicznych, np. komórki skórki są pokryte cienką
warstwą kutikuli.
Na zdjęciu mikroskopowym (A) oraz na schemacie (B) przedstawiono anatomię blaszki
liściowej higrofitu Ruellia portellae.
Na podstawie: D. Richter i in., Przystosowanie roślin do środowiska, Wrocław 2020.
Fotografia: E. Rinne (CC BY-NC 4.0). Schemat: A. Szweykowska i J. Szweykowski, Botanika, Warszawa 2003.
Odpowiedź: 5.1. TT 1. T — żywe włoski (trichomy) są wypustkami komórek skórki. Każdy z nich powiększa powierzchnię kontaktu liścia z atmosferą, z której może parować woda. 2. T — brodawkowate uwypuklenia komórek skórki działają tak samo: nierówna, pofałdowana powierzchnia ma większe pole niż powierzchnia gładka, więc parowanie jest z niej intensywniejsze. U roślin suchych siedlisk (kserofitów) włoski pełnią funkcję odwrotną — tworzą warstwę nieruchomego, wilgotnego powietrza ograniczającą transpirację. U higrofitów są to włoski żywe i pojedyncze, nietworzące gęstego kożuszka, więc powiększają jedynie powierzchnię parowania. 5.2. Rozstrzygnięcie: przyśpiesza przepływ wody w drewnie. Uzasadnienie: transport wody w roślinie opiera się na mechanizmie transpiracyjno-kohezyjnym: 1. Woda paruje z komórek miękiszu liścia i uchodzi przez aparaty szparkowe. 2. W komórkach liścia spada potencjał wody — powstaje siła ssąca. 3. Siła ta „podciąga" wodę z sąsiadujących naczyń drewna (ksylemu). 4. Ciągły słup wody w naczyniach nie rwie się dzięki siłom kohezji (przyciąganiu między cząsteczkami wody) oraz adhezji do ścian naczyń. Im szybsza transpiracja, tym silniejsze podciśnienie w naczyniach i tym szybszy przepływ wody na trasie korzeń → łodyga → liść. Cechy ułatwiające parowanie przyśpieszają więc transport w drewnie.
\nTreść zadania (CKE)
\nMechanizm transpiracyjno-kohezyjny
\n$$\\text{transpiracja} \\rightarrow \\downarrow \\Psi_w \\text{ w liściu} \\rightarrow \\text{siła ssąca} \\rightarrow \\text{podciąganie wody z ksylemu}$$
\nOgniwo | Zjawisko
parowanie z komórek miękiszu | usuwa cząsteczki wody z górnego końca słupa
spadek potencjału wody ($\\Psi_w$) | tworzy gradient napędzający przepływ
podciśnienie (napięcie) w naczyniach | „ciągnie" słup wody w górę
kohezja | wiązania wodorowe między cząsteczkami wody utrzymują ciągłość słupa
adhezja | przyleganie wody do ścian naczyń przeciwdziała opadaniu
parcie korzeniowe | pomocniczo popycha wodę od dołu (istotne nocą i wiosną)
Cały mechanizm jest bierny — energię dostarcza słońce, nie ATP rośliny.
\nHigrofity, mezofity, kserofity
\nCecha | Higrofity | Mezofity | Kserofity
siedlisko | wilgotne, cieniste | umiarkowane | suche
kutikula | cienka | średnia | gruba, woskowa
aparaty szparkowe | wyniesione ponad skórkę | w płaszczyźnie skórki | zagłębione w kryptach
blaszka liściowa | duża, cienka | średnia | mała, gruba, zredukowana
owłosienie | pojedyncze żywe włoski | zmienne | gęsty kutner z martwych włosków
hydatody | liczne — gutacja | rzadkie | brak
tkanka wodna | brak | brak | często obecna (sukulenty)
przykłady | Ruellia, paprocie leśne, niecierpek | większość drzew liściastych | kaktusy, rozchodniki, oleander
Transpiracja a gutacja
\nCecha | Transpiracja | Gutacja
postać wody | para wodna | ciecz (krople)
przez co | aparaty szparkowe, kutikula | hydatody
kiedy | w dzień, przy suchym powietrzu | noc, wysoka wilgotność
co napędza | gradient wilgotności | parcie korzeniowe
skład | czysta woda | woda z solami mineralnymi
Higrofity mają liczne hydatody właśnie dlatego, że w wilgotnym powietrzu transpiracja jest utrudniona — nadmiar wody usuwają gutacją.
\nDwa rodzaje transpiracji
\nRodzaj | Udział | Regulowana?
szparkowa | ok. 90% | tak — przez ruchy komórek szparkowych
kutykularna | ok. 10% | nie — zależy od grubości kutikuli
U higrofitów cienka kutikula zwiększa udział transpiracji kutykularnej — to kolejna cecha ułatwiająca parowanie.
\nPo co higrofitom szybka transpiracja
\nFunkcja | Znaczenie
transport soli mineralnych | jony wędrują z wodą z korzeni do liści
chłodzenie liścia | parowanie pochłania ciepło
utrzymanie ciągłości przepływu | bez transpiracji ustaje ruch wody w ksylemie
turgor | dostarczanie wody komórkom
W wilgotnym powietrzu parowanie jest utrudnione — dlatego higrofity musiały wykształcić cechy je ułatwiające, odwrotnie niż rośliny suchych siedlisk.
\nPunktacja CKE
\nTypowy błąd: W 5.1 kusi odpowiedź N przy włoskach. To odruch z lekcji o kserofitach, gdzie gęste owłosienie ogranicza transpirację. Tutaj kontekst jest odwrotny: higrofity mają cechy ułatwiające parowanie, a polecenie pyta wprost o zwiększenie powierzchni. Polecenie 5.1 zawiera dodatkowe kryterium: „przez zwiększenie powierzchni". Cecha musi ułatwiać transpirację właśnie tym mechanizmem, a nie jakimkolwiek. Cienka kutikula ułatwia transpirację, ale nie przez powiększenie powierzchni — nie spełniałaby więc kryterium. W 5.2 kusi odpowiedź „spowalnia". Intuicja podpowiada, że skoro powietrze jest wilgotne, woda krąży wolniej. Ale pytanie dotyczy skutku cech ułatwiających transpirację — a te, zwiększając parowanie, przyśpieszają przepływ. Uzasadnienie musi odwołać się do mechanizmu, nie do skutku. Samo „bo woda szybciej paruje" to za mało. Trzeba wskazać siłę ssącą / spadek potencjału wody / podciśnienie w naczyniach — i najlepiej wspomnieć o kohezji utrzymującej ciągłość słupa wody. Nie myl hydatody z aparatem szparkowym. Aparat szparkowy odpowiada za transpirację (parowanie pary wodnej); hydatoda wydala wodę w postaci ciekłej — to gutacja, zachodząca przy wysokiej wilgotności, gdy transpiracja jest utrudniona. Obecność hydatod to typowa cecha higrofitów. Transport wody w drewnie jest bierny. Roślina nie zużywa ATP na podciąganie wody — napędza je energia słoneczna zużywana na parowanie. Aktywny jest natomiast transport w łyku (floemie).
"}]}