Voda a rostliny

Význam vody unikátní vlastnosti vody (kapalná při běžných teplotách, polární, velké skupenské teplo odpařování) medium pro přenos živin rozpouštědlo, ve kterém se odehrávají metabolické procesy zdroj pro fotosyntézu (hydrolýza vody) turgor – drží rostlinu (hydroskelet) obsah vody v rostlinách v průměru 80-90% (5-15% v semenech)

Vodní bilance stanoviště Sv – vertikální srážky ( u nás 400-1700 mm) ET – evapotranspirace E – výpar z půdy I – intercepce (druhově specifická) Op – povrchový odtok Ov – podpovrchový odtok Wak – adsorpční a kapilární voda Wg – gravitační voda Wp – podzemní voda Sh – horizontální srážky dnes měření pomocí družic (NDVI)

Poikilohydrie vysušení buněk není letální, zachování některých metabolických funkcí v suchém stavu, aktivace při opětovném navlhčení akumulace ABA (kyselina abscisová) → LEA – late embryogenesis abundant proteins kyvor (Ceterach officinarum)

Obnovení procesů po rehydrataci

Selaginella lepidophylla

Fotosyntéza poikilohydrických rostlin Mezní hodnoty (relativní vzdušné) vlhkosti – vlhkostní kompenzační bod lišejníků ~80% RH nízká růstová rychlost  nízký kompetiční potenciál

Homoiohydrie „vyrovnaný“ obsah vody v pletivech, turgidita buněk – voda tvoří 80–95% biomasy nedřevnatých pletiv (listy, kořeny, plody) optimalizace vodního provozu → koeficient využití vody ve fotosyntéze WUEph = fotosyntéza/transpirace [μmol CO2/mmol H2O]

Obsah vody v rostlině Obsah vody v rostlině WC [%] = (FM - DM / FM) × 100 FM - čerstvá hmotnost DM - hmotnost sušiny protoplazma 85 - 90 %, organely bohaté na lipidy (chloroplasty, mitochondrie) 50 %, zralé dužnaté plody 85 - 95 %, listy 80 - 90 %, kořeny 70 - 95 %, dřevo 50%, semena , pylová zrna 5 - 15 % Relativní obsah vody RWC [%] = [ 1 - (FMs - FMa)/(FMs - DM) ]×100 FMs - hmotnost po nasycení FMa - aktuální hmotnost

Vodní potenciál kohezní teorie vodní potenciál –  (fí) je nulový na hladině moře u sladké čisté vody v rostlinách vždy záporný osmóza (záporný) tlak v buňkách (kladný) tlakový potenciál celkový potenciál osmotický potenciál

Měření vodního potenciálu

Soil-plant-atmosphere-continuum (SPAC) transpirační proud – souvislá cesta půda-kořen-stonek-list-atmosféra podél gradientu vodního potenciálu půda > stonek > list > vzduch celkový vodní potenciál –  = g + m + p + o g – gravitační p., m – matriční p., p – tlakový p., o – osmotický p.

Půdní hydrolimity polní kapacita (FC) – voda v půdě po odtoku gravitační vody maximální kapilární kapacita bod trvalého vadnutí (PWP) – množství vody v půdě, jejíž potenciál ≤ minimální potenciál kořene hygrofyty –1 MPa, kulturní plodiny –1 až –2 MPa, lesní dřeviny –2 až –4 MPa, mezofyty až –4 MPa, xerofyty až –6 MPa

Půdní voda vs. textura půdy kapilární voda – voda přístupná rostlinám, zadržená v půdních kapilárách = FC–PWP

Wabs = A.[(soil – root)/r] Příjem vody kořenem obsah vody v půdě nízký obsah vody  roste odpor (r) zaplavení – inhibice aerobního dýchání  zavírání průduchů, vadnutí nízká teplota viskozita  zpomalení difůze ke kořeni nižší permeabilita buněčných membrán Wabs = A.[(soil – root)/r] Wabs – rychlost příjmu vody A – výměnná plocha kořene potenciály v půdě a kořeni r – rezistence po cestě

Kořenové systémy Lore Kutschera

Kořenový systém rostlin intenzivní kořenový systém – velmi hustá síť vláknitých, intenzivně větvených kořenů typicky trávy, palmy, některé dřeviny (buk) extenzivní – hlavní kořen a systém dlouhých postranních větví s aktivními kořeny např. jasan, osika, řada dvou- i jednoděložných bylin, rostliny s oddenky, apod. povrchový – mělce uložený systém kořenů zasahujících do širokého okolí efektivní zachycování srážkové vody, řada druhů aridních oblastí Cactaceae – tvorba nových kořenů bezprostředně po deštích (rain roots)

Freatofyty Dva typy kořenů povrchové kořeny primárně příjem živin (též srážkovou vodu) hluboký kořen dosahující podloží, trvalý přísun vody

Hydraulický zdvih Obrácený tok vody rostlina→půda Agropyron desertorum – 20–50% vody původem z hydraulického zdvihu od Artemisia tridentata

Příjem vody povrchem listů – bromélie (především Tillandsioideae), některé epifytní kapradiny štítovitý trichom – centrální disk obklopený křídlem disipace záření, absorpce vody velamen – epifytické orchideje + dalších 6 čeledí (např. Araceae) příjem vody, kontakt se substrátem (stálý tvar kořene)

Velamen u Clivia

Vedení vody - xylém cévy (tracheje) – otevřené na obou koncích, bez přehrádek nebo s perforací, až 10 m dlouhé,  desetiny mm, vývojově mladší jednoduchá tečka – membrána (primární buněčná stěna) opatřená póry cévice (tracheidy) – uzavřené, délka řádově mm,  tisíciny–setiny mm, vývojově starší – téměř výhradně v xylému jehličnanů dvojtečka (dvůrkatá tečka) – torus, margo (uzavírací membrána), pór

Transpirační proud maximální rychlost transpiračního proudu funkcí celkového odporu/vodivosti xylému specifická vodivost xylému – roste s celkovou vodivou plochou, vodivost cévy úměrná čtvrté mocnině  (Hagen-Poisseuilleův zákon) q = (Π r4 / 8 lη) ΔΨp opadavé listnáče asi 2x vodivost vždyzelených listnáčů vždyzelené listnáče asi 2x vodivost jehličnanů

Kavitace xylému sucho nebo zmrznutí vody v cévách  vznik bublinek vzduchu (embolie)  kavitace otevřené cévy listnáčů vs. uzavřené tracheidy jehličnanů negativní tlak v cévách  riziko „prolomení“ menisku v pórech mezi cévami odolnost vůči kavitaci dána průměrem pórů mezi cévami

Kavitace xylému Ecology 85: 2184-99 (2004)

Mechanická pevnost xylému „kolaps“ cévy – implozní tlak ~ (t/d) lignifikace buněčné stěny – mechanické zpevnění vodivých pletiv

Trade-off xylému dřevin

Trade-off xylému dřevin jehličnany nejmenší specifická vodivost xylému vs. největší odolnost vůči kavitaci vodivost xylému v zimě téměř neklesá (0–8%) kruhově pórovité listnáče – dub, jilm, jasan vodivost xylému v zimě klesá v průměru o 55% roztroušeně pórovité listnáče – buk, javor, olše, bříza snížení vodivosti xylému v zimě v průměru o 17%

Trade-off xylému dřevin Liány relativně malá investice do podpůrných pletiv  malá mechanická pevnost cévy o velkém průměru  relativně velká vodivost xylému  náchylnost ke kavitaci

Transpirace stomata – ca 1% povrchu listu, ledvinovitý a činkovitý typ transpirace jako difúzní proces Tr = c/(rs+ra) hraniční vrstva listu – odpor hraniční vrstvy klesá s prouděním vzduchu a roste s rozměry listu ( ~ d/u)

Transpirace modifikace hraniční vrstvy – zapuštěné průduchy, trichomy, velikost listu anatomická stavba – kutikula, densita a velikost průduchů redukce transpiračního povrchu – svinování listů, opadavost, heliotropismus

Vodní bilance rostlin – dynamická rovnováha denní ztráty vody transpirací → vzrůst osmotického potenciálu buněk rostliny hydrostabilní (sukulenty, vodní r., sciofyty, konifery) vs. hydrolabilní – (stepní trávy, heliofyty, pionýrské druhy)

Strategie rostlin avoidance – strategie časování životního cyklu – efeméry (pluvioterofyty), geofyty resistence – strategie – sukulence stupeň sukulence = obsah vody při nasycení/plocha povrchu [g/m2]

Strategie ochrany odrazivé listy zapuštěné průduchy malé listy uchovávání vody hluboké kořeny odhazování listů 100 000 litrů

Gutace

Klonální rostliny

Informace o suchu Ariel Novoplansky @ TEDx

Sníh zásoba vody termoizolant abraze