Back to chapter

34.15:

Адаптации, которые сокращают потерю воды

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

Вода имеет решающее значение для фотосинтеза, метаболизма, и поддержания клеточной структуры растений. Следовательно, чрезмерная потеря воды проблематична для растения. Какие изменения произошли, чтобы позволить растениям выдерживать потерю воды и сопротивляться ей?Большинство растений имеют восковую кутикулу, которая закрывает поверхность листа, предотвращая испарение воды. специфический состав кутикулы оказывает влияние на ее воду Маленькие отверстия на поверхности, называемые стоматой, облегчают обмен газом и испарение. Чтобы свести к минимуму потери воды, растения регулируют плотность и расположение стоматы на развивающихся листьях в качестве реакции на доступность воды и света.В большинстве лиственных деревьев, например, стоматы расположены на нижней стороне листьев. Кроме того, плотность стоматы выше на листочках около центра дерева и ниже на листьях на его периферии. Сохранение воды особенно важно для выживающих в пустыне растений.Ломкий пустынный кустарник улавливает воду вокруг листьев с помощью крошечных волосков. Эти волоски, называемые трихомы, отражают солнце и уменьшают иссушающее воздействие ветра. Другие пустынные растения, такие как Опунтия, хранят воду в их мясистых стеблях для защиты от засухи.Кроме того, кактусы имеют модифицированные листья, называемые шипами, которые уменьшают испарение и рассеивают жар. Растения в засушливых среде также могут уменьшить испарение путём улавливания углекислого газа только ночью. В течение дня стоматы остаются закрытыми.Этот процесс называется метаболизмом крассуловой кислоты, или CAM. Специфическая архитектура листьев может также помогать снизить потери воды. Мелкие или тонкие листья уменьшают испарение.Трава приобрела свёрнутую или сложенную структуры листа, которые также уменьшают площадь поверхности и, следовательно, испарение.

34.15:

Адаптации, которые сокращают потерю воды

Хотя испарение с листьев растений вызывает транспирацию, оно также приводит к потере воды. Поскольку вода имеет решающее значение для фотосинтетических реакций и других клеточных процессов, эволюционное давление на растения в различных средах привело к приобретению адаптаций, снижающих потерю воды.

У наземных растений самый верхний клеточный слой листа растения, называемый эпидермисом, покрыт воскообразным веществом, называемым кутикулой. Этот гидрофобный слой состоит из полимерного кутина и других восков растительного происхождения, которые синтезируются эпидермальными клетками. Эти вещества предотвращают нежелательную потерю воды и попадание ненужных растворенных веществ. Конкретный состав и толщина кутикулы варьируются в зависимости от вида растений и окружающей среды. Другие приспособления листьев также могут минимизировать испарение, в первую очередь за счет уменьшения площади поверхности. Например, некоторые травы имеют складчатую структуру, что снижает потерю воды. В качестве альтернативы, другие виды трав подвергаются перекатыванию лезвия для защиты от испарения. У некоторых растений, обитающих в пустыне, листья покрыты микроскопическими волосками, которые задерживают водяной пар, что снижает испарение.

Вода в основном испаряется через крошечные отверстия в листьях растений, называемые устьицами. У некоторых растений устьица расположены исключительно на нижней поверхности листьев, защищая их от чрезмерного теплового испарения. Другие растения улавливают водяной пар возле устьиц, которые расположены в ямках на их листьях, уменьшая потери влаги при испарении, поскольку замыкающие клетки, расположенные по бокам устьичного отверстия, могут ощущать относительную влажность. У некоторых пустынных растений устьица открываются только ночью, когда испарение маловероятно. Эта стратегия называется метаболизмом крассулоидной кислоты (CAM), и растения, которые ее используют, улавливают и фиксируют углекислый газ ночью и запускают светозависимые фотосинтетические реакции в течение дня. Некоторые ученые предложили биоинженерные растения отделить фиксацию углерода от фотосинтеза за счет использования CAM в качестве меры по снижению испарения, связанного с повышением глобальной температуры.

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]