§25. Испарение воды растением

Определения и обозначения

Испарение воды растением — переход жидкой воды в водяной пар с поверхности растения. Больше всего воды испаряют листья: они имеют большую поверхность, а их кожица содержит устьица. Благодаря этому вода может выходить из множества небольших участков листа, а не только с поверхности стебля.

Транспирация — испарение воды растением, главным образом листьями. Этот термин обозначает потерю воды самим растением, а испарение с почвы происходит отдельно — с поверхности грунта. Различие важно, например, когда нужно понять, почему листья теряют влагу даже при влажной почве.

Устьица — образования в кожице листа, через которые происходят газообмен и испарение воды. Через них внутрь листа поступает углекислый газ, необходимый для фотосинтеза, а наружу выходит водяной пар. Устьица связывают обмен газами с потерей воды.

Устьичная щель — отверстие между двумя замыкающими клетками устьица. Если щель шире, водяному пару обычно легче выходить из листа; если уже — труднее. Изменяя её ширину, растение регулирует интенсивность испарения.

Как это устроено

Вода поступает в растение из почвы через корни, а затем движется по проводящим тканям — специальным «трубкам» растения. Они доставляют её к стеблю и листьям, где вода нужна клеткам для жизнедеятельности. Часть воды достигает внутренних пространств листа и превращается в пар. Так поглощение воды корнями связано с её последующим испарением листьями.

Большая часть воды покидает лист через устьица. Внутри листа водяной пар оказывается в пространствах между клетками, а затем проходит через устьичную щель наружу. Снаружи воздух обычно менее насыщен водяным паром, чем влажные внутренние пространства листа, поэтому пар перемещается наружу. Потеря воды с поверхности почвы не является транспирацией: для транспирации вода должна испаряться с самого растения.

Ширину устьичной щели меняют замыкающие клетки, расположенные по её краям. Когда щель сужается, выход пара затрудняется и потеря воды уменьшается; когда она шире, испарение обычно идёт интенсивнее. Такая регулировка помогает растению ограничивать потерю влаги, когда её запас нужно беречь. Однако закрытие устьиц влияет и на газообмен, поэтому растение не может без последствий постоянно держать их закрытыми.

На скорость испарения влияют условия вокруг листа. В тепле вода быстрее переходит в пар, а сухой воздух может принять больше влаги, чем уже влажный. Движение воздуха уносит пар от поверхности листа и не даёт рядом с ним долго сохраняться влажному слою, поэтому испарение обычно усиливается. Если устьица закрываются, выход пара ослабевает, даже когда воздух тёплый или движется.

Испарение помогает поддерживать движение воды по растению: когда вода уходит из листьев, к ним поступают новые её порции от корней. Кроме того, переход воды в пар охлаждает растение, что защищает его от перегрева. Но при сильной потере воды корни могут не успевать восполнять запас. Тогда клетки листьев теряют упругость, и растение может увянуть.

Пути испарения воды листом

Сначала сравни, через какую часть листа выходит водяной пар и какая доля испарения приходится на этот путь. Затем проверь, какие условия могут изменить скорость выхода воды. Таблица помогает увидеть, почему устьица важны, но не являются единственным путём испарения.

Разбор задач

Задача 1. Объясните, почему вода, поглощённая корнями, может испаряться листьями. Нужно установить, как вода перемещается внутри растения и каким образом она покидает лист. Не следует смешивать поглощение воды и её испарение: это разные этапы. Проследим путь воды от почвы до воздуха.

1. Корни поглощают воду из почвы. Значит, вода сначала оказывается внутри растения.
2. Проводящие ткани переносят воду от корней к стеблю и листьям. Поэтому вода может достичь частей растения, расположенных над землёй.
3. В листе часть воды переходит в пар и выходит наружу преимущественно через устьичные щели. Так вода, поглощённая корнями, может покинуть растение через листья.

Ответ: вода проходит от корней к листьям по проводящим тканям, а затем испаряется, главным образом выходя через устьица.

Задача 2. На растении часть устьиц закрылась. Предположите, как изменится испарение воды и почему. Важно учесть, что устьица — основной, но не единственный путь выхода водяного пара. Поэтому нельзя делать вывод о полном прекращении испарения.

1. Устьичная щель служит выходом для пара из листа. Если устьица закрываются, таких открытых выходов становится меньше.
2. Через закрытые щели водяному пару труднее выходить, поэтому общая интенсивность испарения обычно снижается.
3. Небольшая часть воды всё ещё может испаряться через кожицу листа. Следовательно, закрытие части устьиц уменьшает потерю воды, но не обязательно прекращает её полностью.

Ответ: испарение ослабеет, потому что меньше водяного пара будет выходить через устьица, однако полностью оно не остановится.

Задача 3. Два одинаковых растения поставили в тёплое место: одно — в сухой движущийся воздух, другое — во влажный неподвижный. У какого испарение будет интенсивнее? Температура у растений одинакова, поэтому сравнивать нужно прежде всего влажность и движение воздуха. Оба различия в условиях обычно способствуют более быстрой потере воды.

1. В сухом воздухе водяной пар от листа распространяется легче, чем во влажном, поэтому разница во влажности между листом и воздухом больше.
2. Движущийся воздух уносит пар от поверхности листа. Влажный слой около листа не задерживается, и испарение может продолжаться быстрее.
3. У второго растения воздух влажный и неподвижный: он уже содержит много водяного пара, а около листа легче сохраняется влажный слой. Эти условия замедляют испарение.

Ответ: интенсивнее вода будет испаряться у растения в сухом движущемся воздухе.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что вода испаряется только через устьица. Так думают потому, что устьица обеспечивают основной выход водяного пара и часто упоминаются при объяснении транспирации. Однако небольшая часть воды испаряется и через кожицу листа. Проверка: спроси себя, означает ли закрытая устьичная щель, что все прочие поверхности листа перестали терять воду.

Ошибка: путать испарение с поглощением воды корнями. Эти процессы связаны, поэтому их легко принять за одно и то же действие. Но корни вводят воду в растение, а листья теряют её в виде пара; между ними вода передвигается по проводящим тканям. Проверка: назови, где вода входит в растение и откуда выходит.

Ошибка: утверждать, что при закрытых устьицах испарение полностью прекращается. Такое заключение возникает, если помнить только об основном пути выхода воды. Через кожицу листа тоже может испаряться небольшое количество влаги, поэтому вернее говорить об уменьшении испарения. Проверка: вспомни оба пути выхода водяного пара.

Ошибка: считать испарение только вредным для растения. При чрезмерной потере воды растение действительно может увядать, поэтому процесс кажется исключительно опасным. Но испарение также помогает передвижению воды и охлаждению растения. Проверка: перечисли и возможный вред при недостатке воды, и пользу нормального испарения.

Связь с другими темами

Чтобы понять транспирацию, нужно знать строение корня и листа, а также роль проводящих тканей: они объясняют, откуда берётся вода и как достигает листьев. Тема связана с фотосинтезом и газообменом, потому что через устьица в лист поступает углекислый газ, но через те же отверстия теряется вода. Понимание испарения пригодится при изучении движения воды по растению и приспособлений к засухе. Например, сужение устьичных щелей помогает уменьшить потерю влаги.

Что запомнить

• Испарение воды листьями называют транспирацией.
• Основной путь выхода водяного пара из листа — через устьица.
• Ширина устьичной щели влияет на интенсивность испарения.
• Тепло, сухой воздух и движение воздуха обычно усиливают испарение.
• Испарение способствует передвижению воды по растению и его охлаждению.
• При чрезмерной потере воды растение может увядать.