§ 22. Роль листьев в испарении и дыхании растений

Определения и обозначения

Испарение воды листьями, или транспирация, — потеря растением воды в виде водяного пара, главным образом через устьица. Вода покидает лист и переходит в воздух, поэтому её запас растению приходится постоянно пополнять. Это понятие помогает объяснить, почему вода движется от корней к надземным частям растения. Также оно нужно, чтобы понять, как растение регулирует свою потерю воды.

Устьица — отверстия в кожице листа, через которые происходят испарение воды и газообмен. Через них водяной пар выходит наружу, а газы перемещаются между листом и воздухом. Устьица нужны растению, чтобы обмениваться газами, необходимыми для его жизненных процессов. Их расположение и работа влияют на то, сколько воды теряет лист.

Замыкающие клетки — клетки вокруг устьица, изменяющие его ширину и регулирующие испарение. Когда они меняют форму, отверстие устьица становится шире или уже. Так растение может усиливать газообмен или уменьшать потерю воды. Понятие помогает понять, почему устьица не всегда остаются одинаково открытыми.

Дыхание растений — процесс, при котором клетки используют кислород для получения энергии, выделяя углекислый газ и воду. Оно происходит в живых клетках, в том числе в клетках листа. Полученная энергия нужна для жизнедеятельности и роста растения. Поэтому дыхание нельзя считать процессом, который нужен только листьям или происходит только в темноте.

Как это устроено

Вода, поглощённая корнями, поднимается по растению и поступает в лист по жилкам. Жилки выполняют роль путей, по которым вода достигает клеток листа. С поверхности этих клеток вода испаряется, то есть превращается в водяной пар. Затем пар выходит наружу преимущественно через устьица, потому что они служат отверстиями для газообмена и потери воды.

Устьица могут открываться и закрываться благодаря замыкающим клеткам. Если устьице открыто, через него легче выходят водяной пар и поступают газы; если оно сужено, потеря воды уменьшается. Работа устьиц помогает растению отвечать на меняющиеся условия, но не прекращает испарение полностью. На его скорость влияют также температура, освещённость и влажность воздуха: тёплый, сухой воздух обычно ускоряет переход воды в пар.

Испаряясь с поверхности листьев, вода помогает поддерживать её движение от корней вверх. Это движение важно, потому что вода нужна разным частям растения. Испарение также охлаждает листья: при переходе воды в пар часть тепла уходит с их поверхности. Однако если воды в почве мало или растение теряет её слишком быстро, корни могут не успеть восполнить потерю и листья начинают увядать.

Дыхание листьев не прекращается после захода солнца. Клеткам нужна энергия для жизнедеятельности, поэтому они постоянно используют кислород и выделяют углекислый газ. Днём дыхание тоже продолжается, хотя на свету одновременно может идти фотосинтез. Чтобы не перепутать процессы, следует учитывать, что дыхание нужно клеткам для получения энергии, а фотосинтез создаёт питательные вещества при свете.

При фотосинтезе на свету растение поглощает углекислый газ и выделяет кислород. При дыхании оно, наоборот, использует кислород и выделяет углекислый газ; также образуется вода. Поэтому наблюдаемый газообмен листа зависит от того, какие процессы идут и насколько заметно их суммарное действие. Но сами процессы различны и не заменяют друг друга: дыхание идёт постоянно, а фотосинтез требует света.

Испарение воды и дыхание листьев

Сравнивайте процессы по каждому признаку отдельно: так проще не смешать потерю воды с дыханием. Строки о газах особенно полезны, чтобы различать дыхание и фотосинтез. Помните, что через устьица происходит газообмен, но это не означает, что дыхание идёт только через них или только днём.

Разбор задач

Вазелин на нижней стороне листьев

У растения покрыли вазелином нижнюю поверхность листьев. Нужно предположить, как изменится испарение воды. Для ответа важно знать, что основная часть воды выходит через устьица, а у многих растений большинство устьиц находится на нижней стороне листа. Покрытие вазелином затруднит обмен этой поверхности с воздухом.

1. Вспоминаем, что устьица — главные пути выхода водяного пара из листа.
2. Учитываем, что вазелин закроет отверстия на покрытой поверхности и затруднит выход пара.
3. Делаем вывод: испарение заметно уменьшится, но может не прекратиться совсем, поскольку часть воды испаряется через другие участки листа.

Ответ: листья будут терять меньше воды, так как вазелин перекроет большинство устьиц на нижней стороне. Полностью испарение не исчезнет, потому что вода может выходить и через другие участки поверхности.

Газообмен днём и ночью

Нужно сравнить газообмен листа днём на свету и ночью. Здесь важно отдельно проверить, какие процессы возможны в каждое время суток. Дыхание идёт постоянно, а фотосинтез происходит на свету, поэтому днём процессы идут одновременно, а ночью остаётся дыхание.

1. Днём на свету лист дышит: поглощает кислород и выделяет углекислый газ.
2. При этом идёт фотосинтез: поглощается углекислый газ и выделяется кислород.
3. Ночью фотосинтез не идёт, но дыхание продолжается: лист поглощает кислород и выделяет углекислый газ.

Ответ: днём происходят и дыхание, и фотосинтез, а ночью — дыхание. При дыхании поглощается кислород и выделяется углекислый газ; при фотосинтезе на свету — наоборот. Поэтому нельзя утверждать, что растение дышит только ночью.

Растения в тёплом сухом и прохладном влажном местах

Два одинаковых растения получили одинаковое количество воды, но одно стоит в тёплом сухом месте, другое — в прохладном влажном. Нужно сравнить не количество полива, а условия испарения с поверхности листьев. Тепло ускоряет испарение, а сухой воздух способствует переходу воды из листа в воздух.

1. Определяем, что в тёплом месте вода с листьев испаряется быстрее, чем в прохладном.
2. Сравниваем влажность: сухой воздух усиливает потерю воды, а влажный замедляет её.
3. Учитываем оба фактора вместе: тепло и сухость повышают скорость испарения, прохлада и влажность её снижают.

Ответ: больше воды потеряет растение в тёплом сухом месте. Там испарение идёт быстрее из-за высокой температуры и низкой влажности воздуха, даже если оба растения поливали поровну.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что листья дышат только ночью. Её допускают, потому что ночью заметнее дыхание без фотосинтеза, но дыхание не зависит от наличия света и идёт днём тоже. Проверьте себя: если речь о дыхании, оно должно происходить постоянно в живых клетках.

Ошибка — путать газообмен при дыхании и фотосинтезе. Это происходит, когда оба процесса сводят к одному «обмену газами», хотя направления поглощения и выделения различаются. При дыхании поглощается кислород, а при фотосинтезе на свету — углекислый газ; сверяйте ответ с названием процесса.

Ошибка — утверждать, что вода испаряется только через устьица. Так думают, потому что именно устьица обеспечивают основную часть испарения, но небольшое количество воды может выходить через другие участки поверхности листа. Чтобы проверить себя, замените слово «только» на «главным образом».

Ошибка — считать испарение исключительно вредной потерей воды. Такое впечатление возникает, если замечать лишь уменьшение запаса воды, но испарение помогает её движению по растению и охлаждает листья. Проверьте вывод: учитывает ли он пользу процесса и возможную опасность при нехватке воды.

Связь с другими темами

Чтобы понять испарение, нужно знать строение листа: жилки проводят воду, а кожица защищает его поверхность и содержит устьица. Связь с корнем объясняет, откуда вода поступает в лист и почему её запас зависит от поглощения из почвы. Тема также связана с фотосинтезом: оба процесса затрагивают газообмен листа, но различаются по условиям и результатам.

Эти знания пригодятся при изучении движения воды и веществ в растении. Они помогают объяснить, почему условия среды влияют на потерю воды и состояние листьев. Различение фотосинтеза и дыхания позволит верно описывать, какие газы поглощаются и выделяются в разное время суток.

Что запомнить

• Основная часть воды испаряется через устьица листа.
• Замыкающие клетки регулируют открытие устьиц.
• Испарение помогает перемещению воды и охлаждает растение.
• Дыхание происходит во всех живых клетках растения постоянно.
• При дыхании поглощается кислород и выделяется углекислый газ.
• Дыхание и фотосинтез — разные процессы.