Back to chapter

34.15:

הסתגלות שמפחיתה איבוד מים

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Adaptations that Reduce Water Loss

Languages

Share

מים הם קריטיים לצמחים לצורך פוטוסינתזה, חילוף חומרים ושמירה על מבנה התא. מכאן שאובדן מים מוגזם הוא בעייתי עבור צמחים. אילו התאמות התפתחו כדי לאפשר לצמחים לסבול ולמנוע לאובדן מים?לרוב הצמחים יש קוטיקולה שעווה המכסה את פני העלה, ומונעת התאדות מים. ההרכב הספציפי של הקוטיקולה משפיע על המים שלו. פתחים זעירים על פני השטח המכונים פיונית, מקלים על חילופי גזים והזעה.כדי למזער את איבוד המים, צמחים מכוונים את צפיפות ומיקום של פיונית על העלים המתפתחים כתגובה למים וזמינות האור. ברוב העצים הנשירים, למשל, פיונית ממוקמת בחלק התחתון של העלים. בנוסף, צפיפות פיוניות גבוהה יותר בעלים בסמוך למרכז העץ ונמוכה יותר בעלים בפריפריה.שימור מים הוא קריטי במיוחד לצמחים השוכנים במדבר. השיח המדבר לוכד מים סביב עליו עם שערות עלים קטנטנות. שערות אלה, הנקראות יונקות, מסיטות את השמש ומקטינות את אפקט הייבוש של הרוח.צמחי מדבר אחרים כמו אופונטיה, אוגרים מים בגבעוליהם הבשרניים כדי להשמר מפני בצורת. בנוסף, לקקטוסים יש עלים שהשתנו, המכונים קוצים, שמפחיתים את האידוי ומפזרים חום. צמחים בסביבות צחיחות יכולים גם להפחית את האידוי על ידי נטילת פחמן דו חמצני בלילה בלבד.במהלך היום, הפיונית נותרת סגורה. תהליך זה נקרא מטבוליזם של חומצת הטבוריתיים, או CAM. ארכיטקטורות עלים ספציפיות עשויות לסייע גם בהפחתת אובדן המים.עלים קטנים או דקים מפחיתים את האידוי. עשבים רכשו מבני עלים מגולגלים או מקופלים אשר מצמצמים באופן דומה את שטח הפנים, ולכן את ההתאיידות.

34.15:

הסתגלות שמפחיתה איבוד מים

Though evaporation from plant leaves drives transpiration, it also results in loss of water. Because water is critical for photosynthetic reactions and other cellular processes, evolutionary pressures on plants in different environments have driven the acquisition of adaptations that reduce water loss.

In land plants, the uppermost cell layer of a plant leaf, called the epidermis, is coated with a waxy substance called the cuticle. This hydrophobic layer is composed of the polymer cutin and other plant-derived waxes that are synthesized by epidermal cells. These substances prevent unwanted water loss and the entry of unneeded solutes. The specific composition and thickness of the cuticle vary according to plant species and environment. Other leaf adaptations can also minimize evaporation, primarily by reducing surface area. For example, some grasses have a folded structure that reduces water loss. Alternatively, other grass species undergo a rolling of the blade to protect against evaporation. Some desert-dwelling plants have leaves coated in microscopic hairs that trap water vapor, therefore reducing evaporation.

Water primarily evaporates through tiny holes in plant leaves called stomata. The stomata of some plants are located exclusively on the lower leaf surface, protecting them from excessive heat-associated evaporation. Other plants trap water vapor near stomata that are located in pits on their leaves, reducing evaporative water loss, as the guard cells that flank the stomatal opening can sense relative humidity. Some desert plants open their stomata only at night when evaporation is less likely to occur. This strategy is called Crassulacean Acid Metabolism (CAM), and plants that use it capture and fix carbon dioxide at night, and run light-dependent photosynthetic reactions during the day. Some scientists have proposed bioengineering plants to decouple carbon fixation from photosynthesis by utilizing CAM as a mitigation effort for evaporation associated with warming global temperatures.

Suggested Reading

Buckley, Thomas N., Grace P. John, Christine Scoffoni, and Lawren Sack. "The sites of evaporation within leaves." Plant Physiology 173, no. 3 (2017): 1763-1782. [Source]

Borland, et al. "Climate‐resilient agroforestry: physiological responses to climate change and engineering of crassulacean acid metabolism (CAM) as a mitigation strategy." Plant, Cell & Environment 38, no. 9 (2015): 1833-1849. [Source]

Yang X et al. A roadmap for research on crassulacean acid metabolism (CAM) to enhance sustainable food and bioenergy production in a hotter, drier world. New Phytol. 2015 Aug;207(3):491-504. [Source]

Jalakas, Pirko, Ebe Merilo, Hannes Kollist, and Mikael Brosché. "ABA-mediated Regulation of Stomatal Density Is OST1-independent." Plant Direct 2, no. 9 (September 1, 2018). [Source]