Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a...
Transcript of Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a...
![Page 1: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/1.jpg)
Laboratoř růstových regulátorů
Miroslav Strnad
• Univerzita Palackého & Ústav experimentální botaniky AV CR
Olomouc
Voda v pVoda v půůdděě a transport vody v rostlina transport vody v rostlináách ch [kap 3][kap 3]
![Page 2: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/2.jpg)
CornCorn yieldyield as a as a functionfunction ofof waterwater availabilityavailability [3.1][3.1]
![Page 3: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/3.jpg)
Rostlina a vodaRostlina a voda
Rostliny se liší od ostatních organismů:
• Fotoautotrofie – voda jako komponent spolu se světlem a CO2
• Schopnost získávat vodu a minerálnílátky
• Vnitrobuněčný hydrostatický tlak (turgor)
![Page 4: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/4.jpg)
Rostlina a vodaRostlina a voda
Rostliny jsou homoiohydrické organismy –vysoký obsah vody v orgánech – 60-90%, kořeny 80-90%, dřevo 50%.
Orgánově závislé: semena , zrna – nízký obsah vody, Sleziník routička (Asplenium) jsou poikilohydrické – mohou vyschnout, nemajívakuolu
Obsah vody v rostlině velmi jemně regulován –transpirace a gutace versus fotosyntéza
![Page 5: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/5.jpg)
ÚÚloha vody v rostlinloha vody v rostlinááchch
• Rozpouštědlo anorganických a organických látek, prostředí pro pohyb molekul a iontů
• Metabolická surovina: ve fotosyntéze, hydrolýza, hydratace
• Stavební materiál buňky – vakuola• Transportní prostředek – hromadný tok látek• Snižování teploty
![Page 6: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/6.jpg)
Diagram Diagram ofof thethe waterwater moleculemolecule [3.3][3.3]
![Page 7: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/7.jpg)
The structure and properties of waterThe structure and properties of water
The Polarity of Water Molecules Give Rise to Hydrogen Bonds
• angle of 105o
• oxygen more electronegative - attracts electrons of the covalent bond
• the separation of partial charges + shape of water makes water a polar structure
• the polarity of water molecules give rise to hydrogen bonds
The Polarity of Water Makes it an Excellent Solvent• shells of hydratation in the case of macromolecules
![Page 8: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/8.jpg)
HydrogenHydrogen bondingbonding betweenbetween waterwater moleculesmolecules [3.4][3.4]
![Page 9: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/9.jpg)
[3.1][3.1]
![Page 10: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/10.jpg)
[3.1][3.1]
![Page 11: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/11.jpg)
Struktura a vlastnosti vodyStruktura a vlastnosti vody
• Kohezní a adhezní vlastnosti vody jsou závislé na existenci vodíkových můstků:
• koheze drží molekuly vody pohromadě při transportu • adhezí lnou k povrchu• Molekuly vody na rozhraní voda-vzduch jsou více
atrahovány k sobě, povrch voda vzduch má tendenci minimalizovat povrch → koule
• E. potřebná ke zvětšení povrchu – povrchovénapětí, vytváří rovněž napětí v kapalině
• koheze + adheze + povrchové napětí = kapilarita (vzlínavost)
![Page 12: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/12.jpg)
TTermermáálnlníí vlastnosti vodyvlastnosti vody
TTermermáálnlníí vlastnosti vodyvlastnosti vody jsou rovněž způsobeny vodíkovými můstky
• Neobvyklé termální vlastnosti – vysoká měrná tepelná kapacita a vysoké skupenské teplo výparu – molekuly se musí napřed rozpojit a poté teprve zrychlení pohybu molekul a jejich zahřátí
• Vysoká měrná tepelná kapacita vody – velký přísun energie pro zvýšení teploty – 1 cal/g/oC
• Vysoké skupenské teplo výparu – energie potřebná k separaci molekul z kapalné fáze (transpirace) - 25oC = 44 kJ/mol –nejvyšší známe množství u kapalin
• Vysoké latentní teplo výparu – ochlazování rostlin, odběr E z okolí
![Page 13: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/13.jpg)
Vlastnosti vodyVlastnosti vody
Voda má vysokou pevnost v tahu
• pevnost v tahu (stříkačka jako příklad) • positivní a negativní hydrostatický tlak (MPa) 1MPa = 9.9 Atm• voda vydrží až -30 MPa• kavitace
![Page 14: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/14.jpg)
[3.1][3.1]
![Page 15: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/15.jpg)
Voda v pVoda v půůdděě
Půdní vodní potenciál= koncentrace, tlak a gravidita
• Ψw=Ψs + Ψp + Ψg + Ψm• Ψs - osmotický potenciál – vliv rozpuštěných látek, látky
redukují volnou energii, roste neuspořádanost, Ψs = - RTcσ (R-plynová konstanta, T-teplota, cσ osmolalita) v půdě malý, max. 0.2 MPa
• Ψp - hydrostatický tlak (v půdě záporný), normální voda Ψp = 0MPa
• Ψg= ρwgh, ρwg má hodnotu 0.01 MPa/m, 10 m = 0.1 MPazměna u Ψw
• Ψm = matricový potenciál – zmenšení Gibbsovy volné energie vody po adsorbci na povrch struktur
![Page 16: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/16.jpg)
Pohyb vody v pPohyb vody v půůdděě
• Půdní hydraulická konduktivita – závisína množství vody v půdě a její kvalitě
• Difuze a objemové proudění
![Page 17: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/17.jpg)
DifuzeDifuze je spontje spontáánnnníí pohyb pohyb ččáásticstic- Spontánní pohyb molekul z oblasti vyšší koncentrace (vyššího
chemického potenciálu) do oblasti nižší koncentrace. Je projevem jejich translační kinetické energie.
- 1880 Německý vědec Adolf Fick – rychlost difuzního pohybu je přímo úměrná koncentračnímu gradient (Δcs/Δx), Δcs – rozdíly v koncentraci látek, Δx - vzdálenost
• Rychlost transportu, nebo hustota toku: Js=-Ds (Δcs/Δx), Ds je difuzní koeficient
• 2. Fickův zákon – lze odvodit závoslost doby difuze látky na vzdálenosti tc=1/2 = x2/Ds . K – čas potřebný pro difuzi látky na určitou vzdálenost vzrůstá se čtvercem vzdálenosti.
• Difuze na malé vzdálenosti – buňka 50μm, glukosa 10-9 m2 s-1 →
tc=1/2 = 2,5 s• 1 m keř → tc=1/2 = 109 = 32 let• Velmi pomalý na dlouhé vzdálenosti - glukosa - 1 m = 32 let, • 50 μm = 2.5 s• Difuzní koeficient – jaké množství látky difunduje jednotkou
plochy za 1 s při koncentračním spádu 1 mol.m-2. Závisí na prostředí, velikosti molekul
![Page 18: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/18.jpg)
DifuzeDifuze molekul vody [3.6]molekul vody [3.6]
![Page 19: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/20.jpg)
ThermalThermal motionmotion ofof moleculesmolecules leadsleads to to diffusiondiffusion [3.7][3.7]
![Page 21: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/21.jpg)
![Page 22: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/22.jpg)
![Page 23: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/23.jpg)
TTřři hlavni hlavníí faktory ovlivfaktory ovlivňňujujííccíí vodnvodníí potencipotenciáál bul buňňkyky
Vodní potenciál= koncentrace, tlak a gravidita
• Ψw=Ψs + Ψp + Ψg• Ψs - osmotický potenciál – vliv rozpuštěných látek,
látky redukují volnou energii, roste neuspořádanost, Ψs = - RTcσ (R-plynová konstanta, T-teplota, cσosmolalita)
• Ψp - hydrostatic tlak (v buňce = turgorový tlak) (+/-), normální voda Ψp = O MPa
• Ψg= ρwgh, ρwg má hodnotu 0.01 MPa/m, 10 m = 0.1 MPa změna u Ψw
![Page 24: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/24.jpg)
WaterWater potentialpotential andand itsits componentscomponents [3.9][3.9]
![Page 25: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/25.jpg)
WaterWater flowflow [4.1][4.1]
![Page 26: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/26.jpg)
SloSložženeníí ppůůdy [4.2]dy [4.2]
![Page 27: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/27.jpg)
SloSložženeníí ppůůdydy
-bio-organo-minerální systémPrvná fáze – minerální látky, humus, biomasa; humus
soli huminových kyselin a fulvokyselin, jílovité ažpísčité částice
Kapalná fáze –vodný roztok min. solíPlynná fáze – půdní vzduch, půdní O2
![Page 28: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/28.jpg)
PathwaysPathways for for waterwater uptakeuptake by by thethe rootroot [4.3][4.3]
![Page 29: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/29.jpg)
![Page 30: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/30.jpg)
![Page 31: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/31.jpg)
Gutace [4.5]Gutace [4.5]
![Page 32: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/32.jpg)
TTranspiraranspiraččnníí proudproud
Je to proud vody směřující z kořenů do listů a dalších orgánů, kde přechází v proud vodní páry.
Závisí na:• Transpiraci – zdroj tažné síly• Koheze vody – kontinuita vodního sloupce• Adheze – přilnavost přispívá ke stabilitě• Kapilární síly – v submikroskopických kapilárních
prostorách – stabilizace vodního sloupce• Hydraulická vodivost, resp. hydraulický odpor vodních
drah a difuzní odpor proudu vodní páry.
![Page 33: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/33.jpg)
TrachearyTracheary elementselements [4.6][4.6]
![Page 34: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/34.jpg)
VesselsVessels andand tracheidstracheids [4.7][4.7]
![Page 35: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/35.jpg)
[4.9][4.9]
![Page 36: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/36.jpg)
WaterWater pathwaypathway throughthrough thethe leafleaf [4.10][4.10]
![Page 37: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/37.jpg)
ConcConc. . ofof waterwater vaporvapor in in saturatedsaturated airair as a as a functionfunction ofofairair temperaturetemperature [4.11][4.11]
![Page 38: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/38.jpg)
StomatStomatáárnrníí transpirace jako transpirace jako difuzedifuze vodnvodníí ppááry ry prprůůduchyduchy
-děje se průduchy a závisí na koncentračním gradientu vodní páry.
Tc=1/2 = x2/difuzní koeficient → (10-3 m)2/2,4 x 10-5 m2 s-1 = 0,042 s - velká rychlost
• Rychlost přímo závisí na gradientu vodních par a difuzním odporem cesty:
• E = cwv(list) – cwv(vzduch) /rs + rb
E = rychlost transpirace (mol m-2 s-1)
![Page 39: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/39.jpg)
[4.13][4.13]
![Page 40: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/40.jpg)
![Page 41: Olomouc · 2008. 5. 13. · Voda v půděa transport vody v rostlinách [kap 3] Corn yield as a function of water availability [3.1] Rostlina a voda Rostliny se liší od ostatních](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012002/6096100bd3ac8a47da6d4149/html5/thumbnails/41.jpg)