Транспирация

Механизм транспирации

Процесс жизнедеятельности любого растения неразрывно связан с потреблением влагой. Из суточного объема полученной воды для фотосинтеза и физиологических потребностей растению необходимо только 10%. Оставшиеся 90% испаряются в атмосферу.

Транспирация – это процесс перемещения жидкости по растительному организму и ее испарения наземной частью растения. В транспирации участвуют листья, стебли, цветы, плоды, корневая система растительного организма.

Зачем растению нужно испарять влагу? Транспирация позволяет растению получать из грунта питательные вещества и микроэлементы, растворенные в воде.

Механизм действия следующий:

1. Освобождаясь от лишней влаги, в водопроводящих тканях растений создается отрицательное давление.
2. Разряжение «подтягивает» влагу из соседних клеток ксилемы, и так, по цепочке, непосредственно до всасывающих клеток корневой системы.

Благодаря процессу испарения растения естественным образом регулируют свою температуру, защищая себя от перегрева. Доказано, что температура транспирирующего листа ниже не испаряющего влагу. Разница достигает 7°С.

У растений различают две разновидности влагообмена:

• посредством устьиц;
• через кутикулы.

Чтобы понять принцип действия данного явления необходимо вспомнить строение листа из школьного курса биологии.

Лист растения состоит из:

1. Клеток эпидермиса, которые образуют основной защитный слой.
2. Кутикула – восковой (внешний) защитный слой.
3. Мезофилл или «мякоть» – основная ткань, расположенная между внешними слоями эпидермиса.
4. Прожилки – «транспортные магистрали» листа, по которым перемещается влага насыщенная питательными веществами.
5. Устья – отверстия в эпидермисе, контролирующие газообмен растения.

При устьичной транспирации, процесс испарения происходит в две стадии:

1. Переход влаги из жидкой фазы в парообразную. Вода в жидком состоянии находится в клеточных оболочках. Пар формируется в межклеточном пространстве.
2. Выделение газообразной влаги в атмосферу через устья эпидермиса.

При устьичном влагообмене растение может регулировать уровень испарения. Далее рассмотрим механизм действия данного процесса.

Кутикулярная транспирация регулирует испарение влаги с поверхности листьев при закрытых устьях. Интенсивность испарения жидкости зависит от толщины кутикулы и возраста растения.

Важно знать, что уровень устичной транспирации составляет от 80 до 90 % от объема испарения всего листа. Именно поэтому такой механизм является основным регулятором интенсивности испарения у растений

Испарение в жизни

И действительно: чего в этой жизни только не испаряется — мы встречаемся с этим каждый день. Давайте узнаем, зачем этот процесс вообще нужен, и как люди научились извлекать из него пользу.

Испарение в организме человека и животных

Выше мы разбирали вопрос, почему если облиться теплой водой, нам все равно станет холодно. По этому же принципу работает ощущение холода после того, как мы вспотели — в какой-то момент нам становится холодно.

Само потоотделение — важный процесс терморегуляции организма. Если мы достигаем высокой температуры (из-за внешних воздействий или же из-за болезни), то организм стремится себя охладить, чтобы не умереть из-за превращения белков в нашем организме в яичницу.

Пот выделяется через поры кожи, а затем испаряется — все это позволяет нашему организму быстро избавиться от лишней энергии, охладить тело и нормализовать температуру.

У животных этот механизм работает схожим образом. Но, например, собакам испарения с кожи недостаточно, поэтому они часто открывают пасть, высовывают язык и дышат порой ну очень смешно

Именно гортань и язык собаки идеально подходят для испарения влаги и охлаждения тела животного.

Испарение у растений

Удивительно, но у растений механизм испарения тоже работает схожим образом. Растения очень любят воду, поэтому домашние растения мы поливаем, а в пустынях их просто нет.

Ту воду, которую цветы поглотили, они могут испарять, чтобы не перегреться под жарким солнцем. Да, вода нужна, чтобы растения питались, но в жаркие дни еще и для температурной саморегуляции. Поэтому не забывайте поливать цветы, а в очень жаркие дни делайте это еще интенсивнее.

Испарение в природе и окружающей среде

Процесс испарения напрямую связан с круговоротом воды в природе. Именно круговоротом воды в природе обеспечивается жизнь на Земле — так как влага разносится по всему миру, растения в дикой природе способны жить без наших попыток полить большую пальму из леечки.

Испарение воды с поверхности рек, озер, морей и океанов создает дождевые тучи, которые затем, проливаясь дождем, поливают растения и деревья. Многие дождь не любят, мол, он мокрый, мерзкий и затекает в ботинки, но он очень нужен засушливым регионам — Северной Африке или Центральной Индии, которые часто страдают от засухи.

Испарение в промышленности и быту

С бытом совсем все просто: мы сушим вещи, готовим еду, покупаем увлажнители воздуха или размазываем разлитую лужу по полу.

В случае с промышленностью для нас все не так очевидно. Промышленная техника, работающая на основе испарения, разрабатывается по схожей схеме: в ней всегда максимально увеличена площадь поверхности жидкости, чтобы испарение шло интенсивно.

Например, испаритель, изображенный на схеме, состоит из совокупности соединенных между собой испарителей. В основе его действия — пар, полученный в одной ступени, который используют в качестве источника тепла для следующей ступени. По мере того, как температура уменьшается от одной ступени к другой, вакуум увеличивается, так что температура кипения становится ниже и испарение поддерживается. Он предназначен для того, чтобы очистить воду от отходов.

Понимать и любить этот мир проще, когда разбираешься в физике. В этом помогут небезразличные и компетентные преподаватели детской школы Skysmart.

Чтобы формулы и задачки ожили и стали более дружелюбными, на уроках мы разбираем примеры из обычной жизни современных подростков, Приходите на бесплатный вводный урок по физике и начните учиться в удовольствие уже завтра!

Регулирование транспирации воздействием на движение воды

Растение регулирует скорость движения влаги путем изменения размеров устьиц, степени их раскрытия. В засушливых районах вырабатываются ксероморфные признаки экономии воды, растения адаптируются к ее недостатку.

Видоизмененная форма листа — защитная реакция на дефицит влаги. Испарение резко уменьшается за счет превращения листьев в иглы у хвойных деревьев, шипы и колючки у суккулентов, свернутые трубкой листья ковыля.

Каждое растение приспосабливается к окружающей среде.

Толстая блестящая пленка, восковой налет, отражая лучи солнца, блокируют кутикулярную транспирацию. Потерю влаги снижают небольшие кожистые листья, наличие ворсистости.

В условиях избытка влаги испарение с листа отсутствует. Саблевидные, складчатые, свисающие вниз листья с желобками по краю сбрасывают воду. Во влажных лесах тропической зоны наблюдается гуттация, когда на листву выделяются капли воды. Подобное явление возникает под укрытием теплиц, при проведении поливов дождеванием.

Испарение с листа создает беспрерывное передвижение влаги и питательных веществ. Транспирация защищает растение от перегрева. Формирует саморегулируемый водный режим, смягчает влияние неблагоприятных факторов. Это главное биологическое свойство растений.

Коэффициенты испарения и ректификации

Как уже говорилось, при перегонке браги или самогона температура кипения отдельного вещества отходит на второй план. Главную роль здесь играет способность вещества испаряться из смеси.

Характеризует эту способность коэффициент испарения Ки. Он равен отношению количеству определенного вещества в паре к количеству его же в жидкости:

Ки = a/b, где

а — доля вещества в паре, %; b –доля этого же вещества в растворе, %.

Если для какого-то компонента Ки больше единицы, то пар (а следовательно и его конденсат) обогащается этим компонентом, а жидкость обедняется.

Ки этилового спирта обычно обозначается Ксп. В водно-спиртовом растворе Ксп меняется в зависимости от содержания этанола. Значения Ксп приведены в таблице:

Как видно из таблицы коэффициент испарения этанола в диапазоне его содержания в жидкости от 0 до 97,2% об. и при атмосферном давлении 760 мм р.ст. всегда больше 1.

Коэффициент испарения примеси (обозначается как Кпр) также зависит от содержания в растворе этилового спирта. Отсюда следует, что знания только Кпр конкретного вещества недостаточно, чтобы понять, что в данный момент перегонки происходит с дистиллятом — обогащается он этой примесью или наоборот обедняется.

Возможность очистки этилового спирта от конкретного вещества определяется коэффициентом ректификации Кр:

Кр=Кпр/Ксп

Кр показывает, уменьшается или увеличивается количество примеси в паре (а следовательно и в дистилляте) в сравнении с его содержанием в перегоняемой жидкости в конкретный момент.

Значения коэффициента ректификации (Кр) некоторых примесей, содержащихся в самогоне, приведены на графике ниже. График взят из книги «Производство спиртных напитков» А.К. Дорош и В.Л. Лысенко.

Как уже говорилось, при Кр>1 происходит обогащение пара этой примесью, при Кр<1 — обеднение, а следовательно очистка. При Кр=1 количество испаряемой примеси равно количеству испаряемого этилового спирта, очистка не происходит.

По коэффициенту ректификации примеси делятся на следующие группы:

1. Головные — у которых Кр при любых концентрациях этанола больше единицы. Эти вещества всегда идут в первой части погона не зависимо от крепости перегоняемой жидкости. Типичными представители — уксусный альдегид, акролеин, уксусно- и муравьиноэтиловый и уксусноэтиловый эфиры.
2. Хвостовые — те, у которых Кр всегда ниже 1. Типичный представитель — фурфурол.
3. Промежуточные — у которых при высоких концентрациях этанола Кр<1, при низких Кр>1, а при определенных равен единице. Это основные компоненты сивушного масла — изоамиловый, изобутиловый и пропиловы спирты.
4. Концевые — у которых при высоком содержании этилового спирта Кр>1, а при низких меньше единицы. Типичный представитель — метиловый спирт (№7 на графике).

Пример

Давайте разберем на примере, как работает этот график. Допустим мы перегоняем брагу. Содержание этилового спирта в ней 10%.

Она закипела и по графику видно, что при 10% крепости например уксусный альдегид имеет Кр=3,8, а метанол имеет Кр=0,65. Это значит, что в данный момент при испарении из браги 1% спирта мы испаряем 3,8% уксусного альдегида и 0,65% метанола. Т.е. происходит обогащение альдегидом и очистка от метанола.

Что произойдет с примесями, если мы выгоним из браги весь этанол?

Согласно графику при данной крепости все летучие примеси, кроме фурфурола и метанола имеют Кр>1. Следовательно при испарении всего спирта в дистиллят полностью перейдут и эти примеси. Частичная очистка произойдет только от фурфурола и метанола. Ну и от воды.

Транспирация

Транспирация

Транспирация (от лат. trans – сквозь и spiro – дышу). Это выведение растением водяного пара (испарение воды). Растения поглощают много воды, но используют лишь незначительную ее часть. Воду испаряют все части растения, но в особенности – листья. Благодаря испарению вокруг растения возникает особый микроклимат.

Устьичная транспирация

Устьичная транспирация – это испарение воды через устьица. Наиболее интенсивной является устьичная. Устьица регулируют скорость испарения воды. Количество устьиц у разных видов растений разное.

Транспирация способствует поступлению нового количества воды к корню, поднятию воды по стеблю к листьям (с помощью всасывающей силы). Таким образом корневая система образует нижний водный насос, а листья – верхний водный насос.

Одним из факторов, определяющих скорость испарения, является влажность воздуха: чем она выше, тем меньше испарение (испарение прекращается при насыщении воздуха водным паром).

Значение испарения воды: снижает температуру растения и защищает ее от перегрева, обеспечивает восходящий ток веществ от корня к надземной части растения. От интенсивности транспирации зависит интенсивность фотосинтезов, поскольку оба этих процесса регулируются устьичным аппаратом.

Оценка суммарного испарения

Эвапотранспирацию можно измерить или оценить с помощью нескольких методов.

Косвенные методы

Испарению данные могут быть использованы для оценки озера испарения, но испарение и испарение перехваченных дождя на растительности неизвестны. Существует три общих подхода к косвенной оценке суммарного испарения.

Водный баланс водосбора

Эвапотранспирацию можно оценить, составив уравнение водного баланса водосборного бассейна. Уравнение уравновешивает изменение воды, хранящейся в бассейне ( S ), с входами и выходами:

Δ S знак равно п — E Т — Q — D {\ Displaystyle \ Delta S = P-ET-QD \, \!}

Входными данными являются осадки ( P ), а выходными данными — суммарное испарение (которое необходимо оценить), сток реки ( Q ) и пополнение подземных вод ( D ). Если все изменения в накоплении, осадках, речном стоке и пополнении подземных вод оцениваются, недостающий поток ET можно оценить, переписав приведенное выше уравнение следующим образом:

E Т знак равно п — Δ S — Q — D {\ Displaystyle ET = P- \ Delta SQD \, \!}

Энергетический баланс

Третий метод оценки фактического суммарного испарения — использование энергетического баланса.

λ E знак равно р п — грамм — ЧАС {\ displaystyle \ lambda E = R_ {n} -GH \, \!}

где λE — энергия, необходимая для изменения фазы воды из жидкости в газ, R _n — чистое излучение, G — поток тепла почвы и H — поток явного тепла . Используя такие инструменты, как сцинтиллометр , пластины теплового потока почвы или измерители радиации, можно рассчитать компоненты энергетического баланса и определить количество энергии, доступной для фактического суммарного испарения.

В SEBAL и метрические алгоритмы решают энергетический баланс на земной поверхности с использованием спутниковых снимков. Это позволяет рассчитывать как фактическое, так и потенциальное эвапотранспирацию на попиксельной основе. Эвапотранспирация — ключевой показатель для управления водными ресурсами и эффективности орошения. SEBAL и METRIC могут отображать эти ключевые показатели во времени и пространстве для дней, недель или лет.

Экспериментальные методы измерения суммарного испарения

Одним из методов измерения суммарного испарения является использование весового лизиметра . Вес столба почвы измеряется непрерывно, и изменение запаса воды в почве моделируется изменением веса. Изменение веса преобразуется в единицы длины с использованием площади поверхности весового лизиметра и единицы веса воды. Эвапотранспирация рассчитывается как изменение веса плюс количество осадков минус просачивание.

Вихревая ковариация

Самым прямым методом измерения суммарного испарения является метод вихревой ковариации , при котором быстрые колебания вертикальной скорости ветра коррелируют с быстрыми колебаниями плотности водяного пара в атмосфере . Это позволяет напрямую оценить перенос водяного пара (суммарное испарение) с поверхности суши (или навеса) в атмосферу.

Гидрометеорологические уравнения

Наиболее общим и широко используемым уравнением для расчета эталонного ET является уравнение Пенмана . Вариант Пенмана-Монтейта рекомендован Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций и Американским обществом инженеров-строителей . Более простое уравнение Блейни-Криддла было популярно на западе США в течение многих лет, но оно не так точно в регионах с более высокой влажностью. Другие используемые решения включают Makkink, который прост, но должен быть откалиброван для конкретного местоположения, и Hargreaves.

Для того, чтобы преобразовать испарению к фактической эвапотранспирации запашек, коэффициент культуры и коэффициент напряжения должны быть использован. Коэффициенты урожая, используемые во многих гидрологических моделях, обычно меняются в течение года, чтобы приспособиться к тому факту, что культуры являются сезонными и, в целом, растения ведут себя по-разному в зависимости от сезона: многолетние растения созревают в течение нескольких сезонов, а реакция на стресс может в значительной степени зависеть от многих аспектов. состояния растений.

Кавитация [ править ]

Чтобы поддерживать градиент давления, необходимый для того, чтобы растение оставалось здоровым, оно должно постоянно поглощать воду своими корнями. Они должны быть в состоянии удовлетворить потребности в воде, потерянной из-за испарения. Если растение не способно приносить достаточно воды, чтобы оставаться в равновесии с транспирацией, происходит событие, известное как кавитация . Кавитация — это когда растение не может обеспечить свою ксилему достаточным количеством воды, поэтому вместо того, чтобы заполняться водой, ксилема начинает заполняться водяным паром. Эти частицы водяного пара объединяются и образуют засоры в ксилеме растения. Это мешает растению транспортировать воду по своей сосудистой системе. Нет очевидной картины того, где кавитация возникает по всей ксилеме растения. Если не предпринять эффективных мер по уходу, кавитация может привести к тому, что растение достигнет точки постоянного увядания и погибнет. Следовательно, у растения должен быть метод, с помощью которого можно удалить эту кавитационную закупорку, или он должен создать новое соединение сосудистой ткани по всему растению. Растение делает это, закрывая устьица на ночь, что останавливает поток транспирации. Это затем позволяет корням создавать давление более 0,05 МПа, и это способно разрушить закупорку и наполнять ксилему водой, повторно соединяя сосудистую систему. Если растение не может создать достаточное давление, чтобы устранить засорение, оно должно предотвратить распространение засора с помощью груши, а затем создать новую ксилему, которая может повторно соединить сосудистую систему растения.

Ученые начали использовать магнитно-резонансную томографию(МРТ) для неинвазивного мониторинга внутреннего состояния ксилемы во время транспирации. Этот метод визуализации позволяет ученым визуализировать движение воды по всему растению. Он также может видеть, в какой фазе находится вода в ксилеме, что позволяет визуализировать события кавитации. Ученые смогли увидеть, что в течение 20 часов солнечного света более 10 сосудов ксилемы начали заполняться частицами газа, становящимися кавитацией. Технология МРТ также позволила увидеть процесс восстановления этих ксилемных структур на заводе. После трех часов в темноте было замечено, что сосудистая ткань пополнилась жидкой водой. Это стало возможным, потому что в темноте устьица растения закрыты и транспирация больше не происходит.Когда транспирация прекращается, кавитационные пузыри разрушаются давлением, создаваемым корнями. Эти наблюдения предполагают, что МРТ способны контролировать функциональное состояние ксилемы и позволяют ученым впервые просматривать события кавитации.

Ссылки [ править ]

1. Benjamin Cummins (2007), биологических наук (3 -е изд.), Freeman, Скотт, стр. 215
2. ↑ Taiz, Lincoln (2015). Физиология и развитие растений . Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc. стр. 101. ISBN 978-1-60535-255-8.
3. Фриман, Скотт (2014). Биологические науки . Соединенные Штаты Америки: Пирсон. С. 765–766. ISBN 978-0-321-74367-1.
4. Simon, EJ, Dickey, JL, & Reece, JB (2019). Эссенциальная биология Кэмпбелла. 7-й Нью-Йорк: Пирсон
5. ↑ Graham, Linda E. (2006). Биология растений . Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси 07458: Pearson Education, Inc., стр. 200–202. ISBN 978-0-13-146906-8.
6. Мелландер, Пер-Эрик; Епископ, Кевин; Лундмарк, Томас (28 июня 2004 г.). «Влияние температуры почвы на транспирацию: изменение масштаба участка в молодом насаждении сосны обыкновенной». Экология и управление лесами . 195 (1): 15–28. DOI . ISSN .
7. Мартин, J .; Леонард, В .; Стэмп, Д. (1976), Принципы выращивания полевых культур (3-е изд.), Нью-Йорк: Macmillan Publishing Co., ISBN 978-0-02-376720-3
8. Ясечко, Скотт; Sharp, Zachary D .; Гибсон, Джон Дж .; Биркс, С. Жан; Йи, Йи; Фосетт, Питер Дж. (3 апреля 2013 г.). «В наземных водных потоках преобладает транспирация». Природа . 496 (7445): 347–50. Bibcode . DOI . PMID . S2CID .
9. Evaristo, Jaivime; Ясечко, Скотт; Макдоннелл, Джеффри Дж. (2015-09-03). «Глобальное отделение транспирации растений от грунтовых вод и речного стока». Природа . 525 (7567): 91–94. Bibcode . DOI . ISSN . PMID . S2CID .
10. Боуэн, Габриэль (2015-09-03). «Гидрология: многоотраслевая экономика почвенных вод». Природа . 525 (7567): 43–44. Bibcode . DOI . ISSN . PMID . S2CID .
11. Чжан, Юн-Цзян (декабрь 2016 г.). . Физиология растений . 172 (4): 2261–2274. DOI . PMC . PMID .
12. ↑ Hochberg, Uri (июнь 2017). . Физиология растений . 174 (2): 764–775. DOI . PMC . PMID .
13. ^ Холбрук, Мишель (май 2001 г.). . Физиология растений . 126 (1): 27–31. DOI . PMC . PMID .
14. Tiaz, Lincoln (2015). Физиология и развитие растений . Массачусетс: Sinauer Associates, Inc., стр. 63. ISBN 978-1605352558.

Болезни и вредители пахистахиса

Пахистахис относится к очень устойчивым и выносливым растениям, однако невнимательное отношение к цветку может привести к плачевным последствиям.

Насекомые-вредители

В борьбе с такими насекомыми, как мучнистый червец, тля, щитовка помогут химические препараты, также важно соблюдать гигиену цветка, регулярно опрыскивая листья и вытирая их от пыли. Некоторые цветоводы рекомендуют провести небольшую обрезку растения, чтобы удалить наиболее пораженные части пахистахиса

Изменения во внешнем облике растения

Причины:

• Слишком высокая температура приводит к появлению коричневых пятен на листьях, их пожелтению и опаданию;
• Сквозняки и слишком низкая температура воздуха приводят к опаданию листьев;
• Желтеют листья из-за недостаточного полива, нехватки света и низкой влажности воздуха;
• Недостаток света отражается на пышности растения;
• Несоблюдение режима полива приводит к гибели корневой системы.

Для гармоничного и правильного развития пахистахиса ему необходимы регулярные проветривания.

викторина

1. Какой тип транспирации НЕ является?A. Лентикулярная транспирацияB. Мезархальная транспирацияC. Кутикулярная транспирацияD. Стоматальная транспирация

Ответ на вопрос № 1

В верно. Лентикулярная, кутикулярная и устная транспирация – это формы транспирации, при которых вода теряется через линзу, кутикулу и устьицу соответственно. Мезархальная транспирация не существует. Месарх описывает путь развития ксилемы.

2. Когда температура повышается, что происходит со скоростью транспирации?A. Транспирация увеличивается.B. Транспирация уменьшается.C. Транспирация остается с той же скоростью.

Ответ на вопрос № 2

верно. Когда температура увеличивается, транспирация также увеличивается. Растения больше открывают свои устьицы в горячих средах, так что вода может испаряться, что охлаждает растение. Поэтому растения в горячих средах обычно переносят больше, чем растения в более холодных средах.

3. Когда _____________ увеличивается, скорость транспирации уменьшается.A. ветерB. Влага в почвеC. Влага в воздухеD. температура

Ответ на вопрос № 3

С верно. Когда относительная влажность высокая, транспирация уменьшается. Меньше воды испаряется в окружающий воздух, если в воздухе больше влаги. Когда влажность низкая, а воздух сухой, транспирация увеличивается. Вода проникает в воздух через диффузию; он перемещается из области с более высокой концентрацией (лист) в область с более низкой концентрацией (воздух).

Заключение

В первую очередь эта информация важна для тех, кто гонит самогон из зерна или ягод/фруктов. Для тех же, кто делает самогон из сахара эта информации менее актуальна. Ну обо всем по порядку.

Сахар

Тут все просто. В сахарном самогоне нет вкусоароматики которую необходимо сохранить. Поэтому смело чистим его всевозможными способами. К счастью сивушные масла очень хорошо поглощаются углем и маслом, особенно при низких концентрациях этилового спирта (10-15%)

Также очень важно делать качественную брагу — создавать дрожжам комфортные условия (температуру, подкормку, гидромодуль). Чем быстрее брага отбродит, тем меньше в ней накопится побочных примесей

Ну или, если есть возможность, отправлять на ректификацию.

Зерно, ягоды/фрукты и т.д.

Здесь все сложнее. Такой самогон обычно не чистят, дабы не навредить его вкусовым качествам. Чтобы их сохранить необходимо проводить правильную дробную дистилляцию — оставлять «вкусняшки», а гадости сливать в канализацию. Такие способы перегонки существуют, но я пока не имею практического опыта их применения. Когда попробую на себе — обязательно расскажу.

Всем пока, Дорофеев Павел.