С.С. Медведев - Физиология растений (DJVU) (1134223), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Процессы гццролиза, а в ряде случаев и 1 фунт равен 16 унциям, а 1 унция — 28,35 г. 106 Голландский ученый Ян Батист ван Гельмонт (Л. В.чап Не1шоп1„1579 — 1644), вероятно, являлся первым естествоиспытателем, который стал проводить эксперименты на растениях. Он регпил проверить ццею Аристотеля о том, что растения с помощью корней извлекают из земли готовую пищу. Ван Гельмонт пытался выяснить, что именно является питанием для растений —. почва яли вода. Он высадил ветку ивы в горшок с землей, сухой вес которой был равен 200 фунтам*.
Иву поливали дождевой водой, и дерево прекрасно развивалось. Ровно через 5 лет Гельмонт извлек растение из горшка, очистил от земли и взвесил. Растение за 5 лет увеличилось в весе на 164 фунта 3 унции. Затем он высушил и взвесил зелглю, которая за 5 лет потеряла в весе всего лишь 2 унции. Отсюда Гельмонт делает вывод, что пип1ей растению служит вода.
Это был первый количественный экс- 1 перимент с живым организмом. и)то же касается трактовки полученных результатов, то при этом он честно заблуждался, полагая, что питанием растению служит вода. Его выводы послужнли основой водной теории питания растений, которая (неса1отря на ее ошибочность) продержалась почти до конца Х1Х в. Сотни людей щюверяли опыт ван Гсльмонта, получали аналогичные результаты и делали аналогичные выводы. Тех же, кто пытался доказать, что Гельмонт неправ, долгое время даже не хотели выслушивать. Только в 1889 г., через 245 лет после смерти Гельмонта, ему поставили памятник с надписью: «За полезные для науки заблужденияа.
Такова может быть сила вошедшей во все учебники доктрины. синтеза идут с участием воды. Передвижение веществ по растению в сосудах ксилемы и ситовндных трубках осуществляется в водной среде. Обладая высокой теплоемкостью и больпюй удельной теплотой парообразования, вода обеспечивает терморегуляцию растительного организма и защищает ткани от резких колебаний температуры. Благодаря явлениям осмоса и "гургорному давлению, вода обеспечивает упругое состояние клеток и тканей растительного организма, а также их защиту (как амортизатор) при механических воздействиях. 4.2.
СТРЪ'КТЪ'РА И СВОЙСТВА ВОДЫ Молекулярное строение. В молекуле воды атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Две ковалептные связи О- Н в молекуле воды формируют угол 100'. Атом кислорода обладает болыпей способностью оттягивать на себя электроны ковалентной связи. В результате со стороны кислорода образуется отрицательный заряд, а со стороны каждого атома водорода — положительный. Поскольку в молекуле воды разнояменные заряды пространственно разделены, она при общей электронейтральности является полярной молекулой -- молекулой-диполем: н . н о Й 1 .о, н*: н. о' „' 'о ! ~ ! н о н ~н Это свойство обусловливает тенденцию молекул воды притягиваться друг к другу разноименными полюсами и определенным образом ориентироваться в пространстве.
Слабые электростатические взаимодействия между атомами Н и О в молекулах воды ' г. обеспечиваются за счет водородных связей. Именно водородные связи отвечают за многие необычные физико-химические свойства воды. Поскольку водородные связи более слабые (около 19 кДж/моль) по сравнению с ковалентнымн (около 400 кДж/моль), они постоянно возникают и разрушыотся.
Каждая молекула воды, являясь диполем с тетраэдрическим распределением электронов вокруг атома кислорода, за счет образования водородньгх связей может взаимодействовать с четырьмя другими молекулами воды (см. выше). Вода может находиться в трех агрегатных состояниях "- твердом, жидком и газообразном. В структуре льда каждая молекула воды окружена четырьмя другими молекулами, образующими тетраздр, форлгируя таким образом кристаллическую структуру льда. 2Кцлкая вода в зависимости от температуры может находиться либо в жидкокристаллической форме, либо в свободном состоянии: 107 Мономерная структура Жидкокристаллическая структура В жидкокристаллическом состоянии молекулы воды объединены водородными связями в кластеры, время жизни которых составляет 10 го — 10 ы с.
Считается, что в каждый момент времени в формировании кластеров участвует до 2/3 молекул воды. Ионизация воды. Поскольку электроны в молекуле воды сильнее связаны с кислородом, чем с водородом, происходит диссоциация воды: НгО+ — + Н++ ОН-. Однако свободный протон не способен к самостоятельному существованию и гидратируется молекулой воды с образованием иона гидроксоння: Н + НгО+ — ~ НзО+. Обычно ион Н+ переходит от одной молекулы воды к другой с образованием гидроксильного иона и иона гндроксония.
Поэтому суммарная реакция запишется следующим образом: НгО+ НгО ОН + НзО+. Физико-химические свойства воды. Биологические мембраны могут содержать до 25% воды в связанной форме. В связанной форме вода находится и в капнллярах (капиллярнал вода). В основе явлении капплллрности лежат три процесса: когсзия, адгезия и поверхностное натяжение. Все эти процессы имеют место в биологических системах. Когезиео называют процесс связывания 1сцепления) молекул воды мегилу собой за счет водородных связей. Взаимодействие молекул воды с твердой фазой (например, с клеточной стенкой) за счет водородных связей называют адгезией.
Адгезия (или прилипание) характерна только для воды, у ртути, например, этого не происходит. В основе капиллярности, т.е. подъема воды по капнлляру против вектора силы тяжести, лежат оба этих процесса, а также поверхностное нптлэсение. Опыт показывает, что для увеличения поверхности какой-либо фазы, например поверхности воды, граничащей с газообразной средой, необходима затрата работы. Эта работа, связанная с увеличением поверхности, выражается в эрг/см и равна поверхностинаму нашялсению на гравице раздела фаз. Если перенос молекул вещества из '::! . вну-гренних частей фазы к ее границе связан с затратой работы, это означает, что ;; ' ' свойства вещества в поверхностном слое отличаются от его свойсгв в более глубоких '!::; слоях.
Молекула воды, находящаяся внутри жццкой фазы, подвергается воздействию ", . со стороны соседних молекул равномерно со всех сторон. На границе раздела фаз по:;:.': лекулы воды испытывают более сильное притяжение со стороны ее жидкой фазы, чем "~!,' со стороны газообразной среды. Эти различия межлу поверхностными и глубинными слоями молекул воды уменьшаются с увеличением расстояния от поверхности.
Теплоамкость воды (количество теплоты, необходимое для повышения ее темпе;.!':- ратуры на 1'С) в 5-30 раз выше, чем у других веществ. Только водород и аммиак 1; обпадаюг большей теплоемкостью. Эта особенность воды объясняется сцеплением молекул воды друг с другом (когезией) за счет водородных связей и обеспечивает защиту растений от резкого повышения температуры. 4.3. ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ В теорем распюров известно такое правило: подобное растворяется в подобном.
Во'!"::- да яз-за полярной структуры и небольшнх размеров молекулы является наилучшим ",;"~',; распюрителем полярных веществ. Растворение, например, кристаллов неорганических солей осуществляется за счет гидратации ионов, входящих в состав растворяемых сослинений. Хорошо растворяются в воде также сахара, белки и другие органические !',;, соединения, которые содержат полярные группы: СОО, НН+, ОН и др.
При раство'! ' '- рении молекулы воды ориентируются вокруг ионов и полярных молекул, нейтрализуя ях электрические заряды. Это ослабляет электростатические взаимодействия между заряженными веществами и повышает их растворимость. При растворении веществ в воде происходит изменение ее жидкокристаллической --,'-. структуры, изменяется также и вязкость раствора. Эти изменения зависят прежде все- ю от поляризующей силы иона и его концентрации. В разбавленных растворах неболь!:;, шве по размеру ионы с большой плотностью заряда сильнее действуют на структуру 4~: водородных связей воды, чем крупные ионы, имеющие малую плотность заряда.
Одна.:;'.: ко и те и другие ионы разрушают жидкокристаллическую структуру воды и изменяют ~':;,,: вязкость раствора. При гидратации катиона молекулы воды ориентируются отрицательными полюсами .,;,':::: внутрь коьшлекса. Если же П1дратируется анион, то внутрь направлены положитель,';. ные полюсы молекул-диполей воды: Процесс формирования слоя молекул-диполей воды, прочно связанных с централь"':: ным ионом, называют перепой гидратацией. Однако ионы могут оказывать влия,':.: няе на ориентацию молекул воды, которые не входят в состав первичной оболочки, а ,~ расположены за ее пределамн.
Такую гидратацию называют впюричной. В состоянии "-- первичной гцдратации подвижность молекул воды гораздо ниже, чем у молекул воды ,;:: вторичной оболочки. 109 Вода, связанная с ионами, называется связанной осчотически и являегся важным элементом осл~отического давления в клетках растений. При концентрации раствора более 1,5-2 моль/л вторичныс гидратныс оболочки вокруг ионов начиная>т перекрыватьсн, и вода переходит в новую форму . — кристаллогидрань Чем болыпе ионов в растворе, тем больше нарушается структура воды, меньше необходимо энергии для разрушения оставшихся водородных связей н тем меньше теплоемкость раствора.
Поэтому концснтрированные растворы солей закипают при меньшей температуре. При гидратацин происходит выделение тепла (зкзотермический процесс) и увеличение обьема гидратпруемого вещества, при осмотическом поглощении — только увеличение обьема. Вода, оказавшаяся внутри макромолекул (имчобилпзоеаннал), может находиться в двух формах. Одна часть ее формирует слой первичной гидратации, а вторая сохраняет свойства обычной воды, но с ограниченной подвижностью. Молекулы белков гидратируются только в льготах расположения полярных и нонизированных групп. Растворньюсгь белков в воде варьирует в широких пределах и зависит от концентрации солей и рН. 4.4.
ВОДНЫЙ ОБМЕН РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК Поглощение воды из внешней среды является обязателыпкм условием существова-- ния любого живого организма. Поступление воды в клетки идет в результате осмоса„ набухании биоколлондов и увеличения степени их гидратации, а также активным путем. В тургесцснтных клетках центральная вакуоль плотно прижимает цитоплазму к клеточной стенке, тем самым способствуя поддержанию формы клетки я мягких органах растения, например в листьях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
