Фізіологічні функції рослинного організму, їхні взаємозв'язки, регуляція та пристосування до навколишнього середовища (становлення в процесі еволюції й індивідуального розвитку)

Підкреслюючи структурне значення води в рослині, доречно нагадати, що саме за рахунок води створюється гідростатичний тиск (тургор), від якого залежить характерна форма рослинних тканин і органів. Вода – терморегулюючий фактор, адже завдяки своїй високій теплоємності вона захищає рослину від різких коливань температур зовнішнього середовища. Отже, вода – це внутрішнє середовище організму, чим пояснюється необхідність високого рівня обводненості тканин. Разом із тим незрозуміло, чому вода, яка не вступає в біохімічні процеси, весь час кудись зникає, що потребує постійного надходження її ззовні.

Пояснюється це тим, що згідно з основними положеннями загальної біології, активний прояв життєдіяльності можливий лише у водному середовищі, яке повсякчас поновлюється.

Безперервно циркулюючи в організмі, вода постачає клітинам субстрати та метаболіти, одночасно виносячи продукти їхньої життєдіяльності, в тому числі й токсичні. Все це забезпечує гомеостаз і функціонування організму як єдиного цілого. Цілком очевидно, що ця об'єднуюча транспортна функція води має першочергове значення для життєдіяльності як рослин, так і інших організмів, тому механізм транспортування води в системі ґрунт-рослина-атмосфера не зводиться до простої ультрафільтрації води через рослину до атмосфери.

Отже, вода – це:

специфічне середовище, в якому лише і відбувається життєдіяльнісгь рослинних організмів;

зв'язуюча транспортна ланка між різними клітинами, тканинами, органами, яка забезпечує гомеостаз і функціонування організму як єдиного цілого;

невід'ємний компонент протоплазматичних структур;

обов'язковий компонент, учасник низки біохімічних процесів;

фактор, який забезпечує тургор, а отже, і форму тканин, органів, цілісних рослин;

фактор, який стабілізує температуру тіла, стає перепоною до перегрівання.

Фракційний склад внутрішньоклітинної води

Деякі іони підвищують рухомість молекул води, а інші – знижують. Якщо трансляційний рух води підвищується – то це від'ємна гідратація, а якщо знижується – позитивна.

Гідратація – це орієнтування молекул води в електростатичному колі йона.

Від'ємну гідратацію спричинюють йони калію, цезію, аміаку, хлору, йоду та нітратів; позитивну – йони магнію, кальцію, натрію, сульфатів.

Здатністю змінювати фізичні властивості води та її структуру характеризуються також слабкорозчинні речовини, які не утворюють зв'язків з молекулами води. Гідратація молекул високополімерних речовин розподіляється на йонну та електронейтральну. Вона базується на електростатичному притягуванні молекул води. В цитоплазмі, де присутні йони, низько- та високо-молекулярні сполуки, відбувається гідратація всіх її компонентів. Воду, яка зв'язана йонами та низькомолекулярними сполуками, називають осмотично зв'язаною водою.

В клітинних оболонках і судинах провідної системи локалізована капілярно зв 'язана вода. Крім того, слід розрізняти іммобілізовану, або структурно зв 'язану воду.

Іммобілізація – це механічне захоплення води в разі конформаційних змін молекул, внаслідок чого молекули потрапляють в замкнутий простір.

Більша частина іммобілізованої води зберігає властивості чистої води. Однак її досить важко використати, тому цю фракцію води вважають « зв'язаною». Про фізіологічне значення іммобілізованої води ми знаємо дуже мало. Перебуваючи у замкненому просторі, така вода важко випаровується, хоча і характеризується значною рухомістю. Вважається, що насіння довгий час зберігає свою життєздатність саме за рахунок наявності в його зародках іммобілізованої води.

Воду, зв'язану як із внутрішніми, так і з розташованими на поверхні групами, називають колоїдно зв'язаною водою.

Амінокислоти мають у своєму складі два електронегативні елементи – азот і кисень, які здатні утворювати водневі зв'язки з водою за рахунок невизначених пар електронів. Принципової різниці в гідратації амінокислот та вуглеводів немає.

Гідратація білків здійснюється за рахунок взаємодії молекул води з гідрофільними, гідрофобними радикалами та іммобілізації її в замкнених ділянках.

До складу протоплазми в значних кількостях входять і ліпіди, які мають у своєму складі велику кількість гідрофобних груп, однак їх дія на воду залишається нез'ясованою.

Вода, як складова частина протоплазми, в рослині перебуває переважно в стабілізованому стані, тобто її активність знижена. Причина стабілізації – зв'язування води шляхом гідратації та за рахунок бар'єрної функції мембран. В результаті цього формується фракція колоїдно зв'язаної води, найбільш стабільний водний запас організму, що забезпечує стійкість рослин у стресових ситуаціях. Частина води, яка належить до осмотично зв'язаної та так званої фракції вільної води, бере участь переважно у фізіологічних процесах.

Надходження і транспортування води в рослинному організмі

Переважна маса води надходить в рослину через кореневу систему із ґрунту. Розподіл кореневої системи в певних горизонтах ґрунту часто обумовлений розподілом води в ґрунті. Ґрунт складається з трьох фаз: твердої (мінеральні частинки, гумус), газоподібної (ґрунтове повітря) та рідкої (ґрунтовий розчин).

Водний режим ґрунтів залежить від явищ, які зумовлюють надходження вологи в ґрунт, її пересування по профільних горизонтах, утримання та втрати (випаровування) води. Розрізняють такі форми ґрунтової води:

гравітаційна вода, яка заповнює крупні проміжки між частинками ґрунту і доступна для рослин;

капілярна вода, яка заповнює капілярні пори ґрунту й утримується в них силами поверхневого натягу, і також доступна для рослин;

плівкова вода, що оточує колоїдні частинки ґрунту. Така вода із периферійних шарів гідратаційних оболонок може поглинатися клітинами кореня. Разом з тим, чим ближче до колоїдних частинок знаходяться молекули води, тим з більшою силою вони утримуються і, як правило, менш доступні для рослин;

гігроскопічна вода, яка адсорбується сухим ґрунтом, що перебуває в атмосфері з 95% -ю відносною