Transpirasie
Transpirasie is die proses van waterbeweging deur 'n plant en verdamping deur lugdele, soos blare, stingels en blomme. Water is nodig vir plante, maar slegs 'n klein hoeveelheid water wat deur die wortels opgeneem word, word gebruik vir groei en metabolisme. Die oorblywende 97–99,5% gaan verlore deur transpirasie en afvoer. Blaaroppervlaktes is gestippel met porieë wat stomata genoem word (enkelvoud "stoma"), en by die meeste plante is hulle meer aan die onderkant van die blare. Die stomata word begrens deur beskermingselle en hul stomale bykomstige selle (saam bekend as stomatale kompleks) wat die porie oopmaak en toemaak. [1] Transpirasie vind plaas deur die maagopenings, en kan beskou word as 'n noodsaaklike 'koste' verbonde aan die opening van die stomata om die diffusie van koolstofdioksiedgas uit die lug vir fotosintese moontlik te maak. Transpirasie verkoel ook plante, verander die osmotiese druk van die selle en maak massa vloei van minerale voedingstowwe en water van wortels na lote moontlik. Twee belangrike faktore beïnvloed die snelheid van die watervloei vanaf die grond na die wortels: die hidrouliese geleidingsvermoë van die grond en die grootte van die drukgradiënt deur die grond. Albei hierdie faktore beïnvloed die snelheid van die groot hoeveelheid vloei van water wat vanaf die wortels na die stomale porieë in die blare beweeg via die xileem.
# Water word passief in die wortels vervoer en dan na die xileem. # Die kragte van samehorigheid en hegting veroorsaak dat die watermolekules 'n kolom in die xileem vorm. # Water beweeg van die xileem na die mesofiltselle, verdamp van hul oppervlaktes en verlaat die plant deur diffusie deur die stomata. Sjabloon:Ordered list
Die massavloei van vloeibare water vanaf die wortels na die blare word deels gedryf deur kapillêre werking, maar hoofsaaklik deur die waterpotensiaalverskille. As die waterpotensiaal in die omringende lug laer is as die waterpotensiaal in die blaarlugruimte van die stomale porie, sal waterdamp deur die helling beweeg en van die blaarlugruimte na die atmosfeer beweeg. Hierdie beweging verlaag die waterpotensiaal in die lugruim van die blaar en veroorsaak verdamping van vloeibare water vanaf die mesofiliese selwande. Hierdie verdamping verhoog die spanning op die water menisci in die selwande en verlaag hul radius en sodoende die spanning wat op die water in die selle uitgeoefen word. As gevolg van die samehangende eienskappe van water, beweeg die spanning deur die blaarselle na die blaar- en stam-xileem, waar 'n oombliklike negatiewe druk geskep word wanneer die xileem deur die wortels opgetrek word. Aangesien verdamping op die blaaroppervlak plaasvind, werk die eienskappe van hegting en samehorigheid in tandem om watermolekules vanaf die wortels, deur xileemweefsel en uit die plant deur stomata te trek. [2] By groter plante en bome kan die gravitasiekrag slegs oorkom word deur die afname in die hydrostatiese (water) druk in die boonste dele van die plante as gevolg van die verspreiding van water uit stomata in die atmosfeer. Water word by die wortels deur osmose opgeneem, en enige opgeloste minerale voedingstowwe beweeg daarmee deur die xileem.
Die samehang-spanningsteorie verduidelik hoe blare water deur die xileem trek. Watermolekules kleef aan mekaar of vertoon kohesie . Terwyl 'n watermolekule van die blaaroppervlak verdamp, trek dit die aangrensende watermolekule aan en skep 'n voortdurende vloei van water deur die plant.
Regulasie
wysigPlante reguleer die transpirasietempo deur die grootte van die maagopenings te beheer. Die transpirasietempo word ook beïnvloed deur die verdampingsvraag van die atmosfeer rondom die blaar, soos die geleiding van die grenslaag, humiditeit, temperatuur, wind en sonlig. Saam met bogrondse faktore kan grondtemperatuur en vog 'n invloed op die opening van die maag hê [3], en dus die transpirasietempo. Die hoeveelheid water wat deur 'n plant verloor word, hang ook af van die grootte en die hoeveelheid water wat by die wortels opgeneem word. Transpirasie is verantwoordelik vir die meeste van die waterverlies deur 'n plant deur die blare en jong stingels. Transpirasie dien om plante te verdamp, aangesien die verdampende water hitte-energie wegvoer as gevolg van die groot latente verdampingshitte van 2260 kJ per liter.
| Funksie | Effek op transpirasie |
|---|---|
| Aantal blare | Meer blare (of stekels, of ander fotosintetiserende organe) beteken 'n groter oppervlakte en meer stomata vir gaswisseling. Dit sal groter waterverlies tot gevolg hê. |
| Aantal stomata | Meer stomata sal meer porieë bied vir transpirasie. |
| Grootte van die blaar | 'n Blaar met 'n groter oppervlakte sal vinniger verbygaan as 'n blaar met 'n kleiner oppervlak. |
| Teenwoordigheid van plantkutikula | 'n Wasagtige kutikula is relatief ondeurdringbaar vir water en waterdamp en verminder verdamping vanaf die plantoppervlak, behalwe via die stomata. 'n Reflektiewe kutikula sal die verhitting van die son en die temperatuurverhoging van die blaar verminder, en dit help om die verdamping te verminder. Klein haaragtige strukture wat trichome op die blare se oppervlak noem, kan ook waterverlies belemmer deur 'n hoë humiditeit aan die oppervlak van blare te skep. Dit is 'n paar voorbeelde van die aanpassings van plante vir die bewaring van water wat op baie xerofiete voorkom. |
| Ligte toevoer | Die snelheid van transpirasie word beheer deur die diafragma en die klein porieë open veral vir fotosintese. Alhoewel daar uitsonderings hierop is (soos nag- of CAM-fotosintese ), sal 'n ligte toevoer in die algemeen 'n oop stomata aanmoedig. |
| Temperatuur | Temperatuur beïnvloed die snelheid op twee maniere:
1) 'n Verhoogde tempo van verdamping as gevolg van 'n temperatuurverhoging sal die waterverlies vinniger maak. 2) Verlaagde relatiewe humiditeit buite die blaar sal die gradering van die waterpotensiaal verhoog. |
| Relatiewe humiditeit | Droër omgewing gee 'n steiler gradiënt van waterpotensiaal en verhoog die transpirasietempo. |
| Wind | In stil lug kan water wat verlore gaan, as gevolg van transpirasie, ophoop in die vorm van damp naby die blaaroppervlak. Dit sal die tempo van waterverlies verminder, aangesien die waterpotensiaalgradiënt van binne na buite van die blaar dan effens minder is. Wind blaas baie van hierdie waterdamp naby die blaaroppervlak weg, wat die potensiële gradiënt steiler maak en die verspreiding van watermolekules in die omliggende lug versnel. Selfs in wind kan daar tog waterdamp ophoop in 'n dun grenslaag van stadiger bewegende lug langs die blaaroppervlak. Hoe sterker die wind is, hoe dunner is die laag, en hoe steiler is die waterpotensiaalgradiënt. |
| Water toevoer | Waterstres wat veroorsaak word deur 'n beperkte watertoevoer uit die grond, kan lei tot die dodelike sluiting en die transpirasietempo verminder. |
-
Die effek van temperatuur op die transpirasietempo van plante. -
Die effek van windsnelheid op die transpirasietempo van plante. -
Die effek van humiditeit op die transpirasietempo van plante.
Gedurende 'n groeiseisoen sal 'n blaar baie keer meer water as sy eie gewig transporteer. 'n Akker koring lewer ongeveer 3 000 – 4 000 af liter water (11 400 –15 100 liter) water per dag, en 'n groot eikeboom kan 40.000 verval liter (151 000 liter) per jaar. Die transpirasie-verhouding is die verhouding van die massa water wat oorgedra word tot die massa droë materiaal wat geproduseer word; die transpirasieverhouding van gewasse is geneig om tussen 200 en 1 000 te daal (dit wil sê gewasplante verdwyn 200 tot 1 000 kg water vir elke kg droë materiaal geproduseer). [4]
Transpirasietempo's van plante kan gemeet word deur 'n aantal tegnieke, insluitend potometers, lysimeters, porometers, fotosintese stelsels en termometriese sapvloeisensors. Isotoopmetings dui aan dat transpirasie die grootste komponent van evapotranspirasie is.[5] Onlangse bewyse uit 'n wêreldwye studie [6] van isotope in waterstabiele toon dat transpirasiewater isotopies anders is as grondwater en strome. Dit dui daarop dat grondwater nie so goed vermeng word as wat algemeen aanvaar word nie. [7]
Woestynplante het spesiaal aangepaste strukture, soos dik kutikula, verminderde blaaroppervlaktes, gesinkte stomata en hare om transpirasie te verminder en water te bespaar. Baie kaktusse doen fotosintese in vetplant stingels, eerder as blare, dus is die oppervlak van die loot baie laag. Baie woestynplante het 'n spesiale tipe fotosintese, die sogenaamde crassulacean-suurmetabolisme of CAM-fotosintese, waarin die stomata bedags gesluit is en saans oop is wanneer die transpirasie laer sal wees.
Holtevorming
wysigOm die drukgradiënt te handhaaf wat nodig is vir die plant om gesond te bly, moet hulle voortdurend water met hul wortels opneem. Dit moet in staat wees om aan die eise van verlore water weens transpirasie te voldoen. As 'n plant nie genoeg water kan inbring om in ewewig met transpirasie te bly nie, vind 'n voorval bekend as holtevorming plaas. [8] Holtevorming is wanneer die plant nie voldoende water aan sy xileem kan voorsien nie, in plaas daarvan om met water gevul te word, begin die xileem met waterdamp gevul word. Hierdie deeltjies waterdamp kom bymekaar en vorm verstoppings in die xileem van die plant. Dit verhoed dat die plant water deur die vaatstelsel kan vervoer.[9] Daar is geen sigbare patroon van waar holtevorming regdeur die plant van die plant voorkom nie. As dit nie effektief versorg word nie, kan holtevorming veroorsaak dat 'n plant sy permanente verwelkingspunt bereik en sterf. Daarom moet die plant 'n metode hê om hierdie holtevormingsblokkasie te verwyder, of dit moet 'n nuwe verband van vaatweefsel deur die hele plant skep.[10] Die plant doen dit deur oornag sy stomate te sluit, wat die vloei van transpirasie stop. Dit laat dan toe dat die wortels meer as 0,05 mPa druk opwek, wat die verstopping kan vernietig en die xileem met water kan hervul en die vaatstelsel weer kan verbind. As 'n plant nie genoeg druk kan opwek om die verstopping uit te roei nie, moet dit voorkom dat die verstopping versprei met die gebruik van pitpere en dan nuwe xileem skep wat die vaatstelsel van die plant weer kan verbind.
Wetenskaplikes het magnetiese resonansbeelding (MRI) begin gebruik om die interne status van die xileem tydens transpirasie op 'n nie-indringende manier te monitor. Hierdie metode van beeldvorming stel wetenskaplikes in staat om die beweging van water deur die hele plant te visualiseer. Dit is ook in staat om te sien in watter fase die water verkeer terwyl dit in die xileem is, wat dit moontlik maak om holtevormingsgebeure te visualiseer. Wetenskaplikes kon sien dat meer as 10 xileemvate gedurende 20 uur sonlig met gaspartikels begin vul het. MRI-tegnologie het dit ook moontlik gemaak om die proses waardeur die aanleg in staat was om hierdie xileemstrukture te herstel, te besigtig. Na drie uur in die duisternis is daar gesien dat die plant sy vaatweefsel met vloeibare water kon voorsien. Dit was moontlik omdat in die donker die stomate van die plant gesluit is en transpirasie nie meer voorkom nie. As transpirasie gestop word, kan die plant die holtevormingsborrels vernietig deur die druk wat deur die wortels veroorsaak word. Hierdie waarnemings dui daarop dat MRI's die funksionele status van xileem kan monitor en dat wetenskaplikes vir die eerste keer holtevorming gebeurtenisse kan besigtig. [10]
Verwysings
wysig- ↑ Benjamin Cummins (2007), Biological Science (3 ed.), Freeman, Scott, p. 215
- ↑ Simon, E.J., Dickey, J.L, & Reece, J.B. (2019). Campbell essential biology. 7th New York: Pearson
- ↑ Mellander, Per-Erik (28 Junie 2004). "The influence of soil temperature on transpiration: a plot scale manipulation in a young Scots pine stand". Forest Ecology and Management (in Engels). 195 (1): 15–28. doi:10.1016/j.foreco.2004.02.051.
- ↑ Martin, J.; Leonard, W.; Stamp, D. (1976), Principles of Field Crop Production (3rd ed.), New York: Macmillan Publishing Co., ISBN 978-0-02-376720-3
- ↑ "Terrestrial water fluxes dominated by transpiration". Nature. 496 (7445): 347–50. 3 April 2013. doi:10.1038/nature11983.
- ↑ "Global separation of plant transpiration from groundwater and streamflow". Nature. 525 (7567): 91–94. 3 September 2015. doi:10.1038/nature14983.
- ↑ "Hydrology: The diversified economics of soil water". Nature. 525 (7567): 43–44. 3 September 2015. doi:10.1038/525043a.
- ↑ Zhang, Yong-Jiang. "Reversible Leaf Xylem Collapse: A Potential "Circuit Breaker" against Cavitation": 2261–2274.
{{cite journal}}: Cite journal requires|journal=(hulp) - ↑ Hochberg, Uri. "Stomatal Closure, Basal Leaf Embolism, and Shedding Protect the Hydraulic Integrity of Grape Stems": 764–775.
{{cite journal}}: Cite journal requires|journal=(hulp) - ↑ 10,0 10,1 Holbrook, Michele. "In Vivo Observation of Cavitation and Embolism Repair Using Magnetic Resonance Imaging": 27–31.
{{cite journal}}: Cite journal requires|journal=(hulp)