Физиология растений - Лебедев С.И.
ISBN 5-10-000574-2
Скачать (прямая ссылка):
Диэлектрическая проницаемость воды. Важной физической 'характеристикой воды является чрезвычайно высокая диэлектрическая проницаемость, которой обладают вещества, состоящие :из молекул с сильно выраженными полярными свойствами. К таким веществам относится и вода. При высокой диэлектрической проницаемости электрические силы между растворенными в воде веществами относительно слабы. Количественные величины электрических эффектов, наблюдаемые в жидкости, можно иллюстрировать следующим примером. Между двумя частицами, имеющими заряды Qt и Q3 и находящимися на расстоянии г, электрическая сила, возникающая в результате взаимодействия .зарядов, определяется по закону Кулона:
QlQa
электрическая сила= 4я?|)д/-'Г'
тде Еа — константа пропорциональности, называемая проницаемостью вакуума; D — диэлектрическая проницаемость, безразмерная величина, для вакуума равна 1, для воздуха при О 3С и давлении 760 мм рт. ст.— 1,00058.
Диэлектрическая проницаемость воды 80,2 при температуре :20° и 78,4 при 25 °С. Это очень высокий показатель D для жидкости. Диэлектрическая проницаемость неполярной жидкости гексана СН3(СН2)4СН3 составляет 1,87. Малые величины D характерны для многих органических растворителей. Сила электрического притяжения, например таких ионов, как Na+ и С1~, в гексане в 43 раза больше, чем в воде. Поэтому степень диссоциации NaCl в гексане значительно меньше, чем в водном растворе. В связи с этим большое количество ионов остается в органических растворителях недиссоциированными. Вода — хороший растворитель для заряженных частиц и плохой для неполярных молекул. Известно, что молекулы некоторых вещестп, например таких, как белки, фосфатиды, имеют полярные и неполярные группы. Эти вещества в водных растворах могут образовывать мицеллы, в которых неполярные группы находятся в центре, а полярные — снаружи и взаимодействуют с водой. Такая особенность мицелл придает биологическим мембранам способность ограничивать проникновение воды в клетку и орга-неллы и выход воды из них (П. Нобел).
На протяжении всего периода жизни растения испаряют большое количество воды. Например, растение кукурузы за вегетацию испаряет до 200 л. На создание 1 т сухого вещества пшеница затрачивает около 300 т воды. Для получения 16 т зерна и соломы затрачивается до 4800 т воды, 1 га посева овса
за лето испаряет до 3400 т воды. Тридцатипятилетнее дерево-яблони, по данным Млиевской опытной станции садоводства, за период вегетации испаряет 26,5 т воды, или 265 мм осадков.
В жаркие летние дни через растение идет непрерывный поток, воды, вследствие чего оно охлаждается,
К. А. Тимирязев отмечал, что процесс испарения воды растением в тех размерах, в которых оно обычно происходит в природе, можно скорее, назвать необходимым физическим злом, чем необходимой физиологической функцией. Вместе с тем испарение такого большого количества воды растением является необходимым условием фотосинтеза — усвоения СОг воздуха и солнечной энергии для образования различных веществ. Таким образом, вода имеет первостепенное значение для осуществления фотосинтеза.
Из 1000 частей воды, прошедшей через растение, в процессе питания усваивается лишь 1,5—2 части. Это значит, что 998— 998,5 части поддерживают растение в состоянии достаточной насыщенности водой.
РАСТИТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА КАК ОСМОТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Существуют пористые перегородки, с помощью которых можно, отделить коллоиды от кристаллоидов. Их используют при методе' исследования, который известен под названием диализ. К перегородкам такого типа относятся клеточная целлюлозная оболочка и протопласт, Медленная диффузия растворителя и веществ через полупроницаемые перегородки (мембраны) называется осмосом. Осмос и осмотическое давление играют большую роль в биологических явлениях. Так, постоянный осмос воды внутрь клетки создает в растении повышенное гидростатическое давление, которое обусловливает прочность и упругость, тканей. Уравновешенное осмотическое давление клеточного сока составляет 405—2026 кПа,
Учение об осмосе разрабатывалось более 100 лет ботаниками, стремившимися найти физические основы водообмена клетки (А.'Дютроше, В. Пфеффер, Ю. Мейер, К- Андерсон и др.), физиками и химиками в связи с исследованиями свойств растворов (Я. Вант-Гофф, В. Оствальд, И. А. Каблуков и др.). Были выдвинуты различные представления о механизме осмоса и осмотического давления. Термину «осмотическое давление» разные авторы придавали различный смысл,
Так, Дютроше осмотическим давлением называл дополнительное гидростатическое давление, которое создается в осмометре (животный пузырь, наполненный раствором сахара или какой-нибудь соли) вследствие осмоса, Вант-Гофф и Оствальд осмотическим считали то давление, которое создавалось бы внутри раствора от ударов молекул или ионов растворенного
вещества о полупроницаемую перегородку. Однако такие объяснения осмоса рассматриваются в настоящее время как ошибочные, поскольку представление об осмотическом давлении базировалось на аналогии с законами давления газов. Действительно, газы давят на стенки сосудов, в которых находятся. Однако осмотическое давление растворов можно обнаружить лишь в том случае, когда они содержатся в сосуде с полупроницаемой перегородкой, причем с другой стороны перегородки обязательно должен быть растворитель. Налитый в сосуд или в осмометр раствор (даже самый концентрированный), но не погруженный в воду не оказывает осмотического давления на его стенки. Оно проявляется только тогда, когда раствор и растворитель разделены полупроницаемой перегородкой. Таким образом, осмотическое давление без полупроницаемой перегородки не возникает и имеется в растворах как бы в потенциальном состоянии, поэтому оно называется осмотическим потенциалом,
