물과 미네랄의 이동과 뿌리에서 흡수된 물의 증산

물과 미네랄의 이동은 목질부를 통한 물과 미네랄의 이동은 압력이 높은 나무 꼭대기까지 물을 끌어올리기에는 힘이 부족한 것은 분명하지만 도움이 됩니다. 그럼 어떤 효과가 있을까요? 오토 레너는 1911년에 독일에서 이 해결책에 대해 몇가지 제안을 했습니다. 공기가 잎 표면을 통과하면 증발에 의해 수분이 손실되어 '튜브'의 열린 상단에 인력이 생깁기면서 잎에서 증발이 발생합니다.

 

물기둥의 장력과 안정

물기둥 전체의 장력은 뿌리까지 뻗어 있습니다. 물은 분자의 응집으로 생기는 고유한 인장강도를 가지며 서로 수소결합을 형성하는 경향이 있습니다. 물기둥의 인장강도는 기둥의 직경에 반비례하여 변화합니다.즉, 기둥의 직경이 작을수록 인장력이 커지면서 힘을 줍니다. 식물은 직경이 매우 좁은 수송선을 가지고 있기 때문에 그 안의 응집력은 강합니다. 또한 물 분자는 기관지 또는 목질 혈관의 측면에 부착되어 긴 물기둥을 더욱 안정시킵니다.

기포를 삽입하면 물기둥은 실패합니다(블록의 탑을 가시화하고 가운데에서 하나를 꺼냅니다). 해부학적 적응은 이것의 확률을 낮춥니다. 개별 기관과 혈관의 구성원은 벽에 있는 여러 피트(공동)에 의해 연결되어 있습니다. 일반적으로 기포는 개구부보다 크기 때문에 통과할 수 없으며 또한 응집력도 있다고 합니다.

물의 힘은 매우 크고 기포는 가소성을 갖지 않는 단단한 구체에 밀려 들어가 그 때문에 개구부를 밀어붙일 수 없습니다. 변형된 세포나 동결은 작은 기포의 공기를 목질 세포 내에 형성할 가능성이 있습니다. 형성되는 기포는 그것들이 발생하는 목질 원소로 제한되며, 물은 평행한 열로 계속 상승할 가능성이 있습니다. 이것은 계절적인 기온 변화에 의해 일어날 가능성이 높습니다. 그 결과 목질식물에서 활성 목질의 대부분은 말초, 혈관층을 향해 발생합니다. 

식물에 필요한 미네랄의 대부분은 활발한 수송을 통해 뿌리로 들어갑니다. 최종적으로 그것들은 뿌리에서 제거되어 목질을 통해 식물의 다른 대사적으로 활성된 부분으로 옮겨집니다. 인, 칼륨, 질소, 그리고 때로는 철이 특정 계절에 목질에 풍부하게 존재할 수 있습니다. 많은 식물에서 이러한 이온 농도의 패턴은 이러한 필수 요소를 보존하는 데 도움이 됩니다.

잎이나 잔가지와 같은 성숙한 낙엽성 부분에서 활발하게 성장하는 영역으로 이동할 수 있는 영양소입니다. 목질을 통해 재배치된 광물은 목질을 통과하는 일반적으로 상향 흐름과 함께 이동해야 합니다. 모든 미네랄이 씨름도관에 재침입할 수 있는 것은 아닙니다. 필수 영양소인 칼슘은 일단 식물의 부분에 침전되어 버리면 다른 곳으로 운반할 수 없습니다.

 

잎에서 나오는 수분의 증산

식물의 뿌리에서 흡수된 물의 90% 이상은 결국 잎으로부터의 증산에 의해 대기로 손실됩니다.
물은 잎 안의 공기 주머니에 들어가 중엽 세포 벽의 습한 표면에서 이동합니다. 38장에서 보았듯이 이들 세포 간 공간은 기공을 통해 잎 밖의 공기와 접촉하고 있습니다. 메소필 세포의 표면에서 증발하는 물은 기공을 증기로 남깁니다. 이 물은 잎의 정맥류 끝에서 지속적으로 보충됩니다. 

물은 식물의 대사에 필수적이지만, 기공을 통해 대기 중에 계속 손실되고 있습니다. 광합성에는 대기에서 기공으로 들어가는 CO2의 공급이 필요합니다. 이로 인해 대기에 대한 물 손실을 최소화할 필요성과 이산화탄소를 인정할 필요성이라는 다소 모순된 두 가지 요건이 생깁니다. 이러한 요건 중 하나 또는 양쪽 모두에 따라 기공이나 큐티클 등의 구조적 특징이 진화하고 있습니다. 증산 속도는 날씨에 따라 다릅니다.

습도와 하루의 시간처럼 말입니다. 해가 지면 잎으로부터의 증산이 적어집니다. 태양은 물의 이동을 위한 잠재적인 에너지의 궁극적인 원천입니다. 물의 이동을 일으키는 물 퍼텐셜은 주로 태양광의 온난화에 의해 일어나는 증산에 의해 생기는 부압의 산물입니다.

증산율 규제입니다. 단기적으로는 기공을 닫음으로써 수분 손실을 억제할 수 있습니다. 이것은 많은 식물이 물 스트레스에 노출되어 있을 때 발생합니다. 그러나 이산화탄소가 침입할 수 있도록 기공은 적어도 부분적으로 열려 있어야 합니다. 이산화탄소가 세포 간 공간에 들어가면 식물의 세포에 들어가기 전에 물에 녹아 버립니다. 가스는 주로 기공 아래 세포 간 공간 벽의 물에 용해됩니다. 뿌리에서 잎에 닿는 연속적인 물줄기가 이 벽들을 촉촉하게 유지합니다. 식물은 물을 절약할 필요성과 이산화탄소를 인정할 필요성 모두에 대응해야 합니다.

기공은 가드 세포의 팽윤 압력의 변화에 의해 개폐됩니다. 소시지나 아령 모양의 가드세포는 모양뿐만 아니라 엽록체를 포함한 유일한 표피세포이기 때문에 다른 표피세포와는 차별화되어 있습니다. 안쪽은 두껍고 다른 곳은 얇은 독특한 벽 구조로 타지드가 되면 부풀어 올라 절을 합니다. 2개의 기다란 풍선을 들고 닫힌 양 끝을 맺고 양쪽 풍선을 약간 부름으로써 모형을 만들 수 있습니다. 2개의 개구단을 함께 가질 때, 2개의 풍선 사이에는 거의 공간이 없을 것입니다. 양쪽 풍선의 안쪽 끝에 덕트 테이프를 놓고 각각을 조금 더 부풀립니다. 열린 끝을 함께 잡습니다. 도넛 모양의 '가드 셀'을 가운데 '스토마'가 있는 상태로 가지고 있을 것입니다. 진정한 가드 세포는 개폐하기 위해 공기가 아니라 물의 유입과 유출에 의존하고 있습니다.

가드세포의 팽윤이 손실되면 혈장 속 ATP를 동력으로 하는 이온 수송 채널을 통해 칼륨(K+) 이온이 흡수됩니다. 이로 인해 가드 세포 내에 용질 전위가 생성되어 수분이 침투합니다. 그 결과, 이 세포들은 물을 채우고 응결하여 기공을 엽니다. 기공을 연 채로 두려면 ATP의 지속적인 소비가 필요하며, 가드 세포는 이온이 세포 내로 유입되는 동안만 응집된 채로 있습니다. 기공이 닫히면 K+가 아닌 수크로스는 수크로스 수송체를 통해 세포에서 떨어집니다. 그 후 물은 가드 세포를 남기고 그것은 팽만감을 잃고 기공은 닫힙니다. 왜 폐쇄는 세포로부터의 수크로스 수송에 의존하고, K+ 도입에 대한 개방은 미해결의 문제입니다. 실험적 증거는 기공의 개폐를 규제하는 몇 가지 경로와 일치합니다.

가드 세포 내의 광합성은 분명히 ATP의 직접적인 원천을 제공하며 특정 K+ 채널을 통해 K+의 능동적인 수송을 촉진합니다.이 K+ 채널은 현재 분리되어 연구되고 있습니다. 몇몇 종에서는 Cl– 는가드세포내외에K+ 을 수반하므로 전기적인 중립성을 유지합니다. 대부분의 종에서는 Cl-와 malate2- 모두 K+의 반대 방향으로 이동합니다.
이용 가능한 물이 부족해 식물 전체가 시들면 가드세포도 팽만감을 잃어 결과적으로 기공이 닫힐 수 있습니다. 많은 식물 종의 가드 세포는 광합성이 일어나는 아침에 정기적으로 터기가 되고, 물의 입수 가능성에 관계없이 저녁에 터기를 잃게 됩니다. 응결되면 기공이 열리고 CO2가 자유롭게 들어가 그것들이 연질이 되면 CO2는 크게 제외되지만 물 손실도 느려집니다.

아부시산은 식물호르몬입니다,
K+가 가드 셀에서 신속히 통과하고 가뭄에 응답하여 기공이 닫히게 하는 주요 역할을 합니다. 이 호르몬은 엽록체에서 방출되어 잎에서 생성됩니다. 그것은 가드 세포의 혈장막의 특정 수용체 부위에 결합합니다. 식물은 블루 라이트를 포함한 몇 가지 자극의 통합에 의해 기공의 개구 시간을 제어할 가능성이 있습니다. 다음 장에서는 환경과 식물의 상호작용에 대해 보다 상세하게 설명합니다.

증산을 규제하는 다른 요인도 있습니다. CO2 농도, 빛, 온도 등의 요인도 기공의 개구부에 영향을 줄 수 있습니다. CO2 농도가 높으면 많은 식물 종의 가드 세포는 팽만감을 잃고 그 기공은 닫힙니다. 이럴 때 추가적인 이산화탄소가 필요 없고 가드셀을 닫으면 물이 절약됩니다. 기공은 또한 증산이 크게 증가하는 온도가 30~34℃를 초과하면 닫힙니다. 어둠 속에서 기공은 저농도의 이산화탄소로 열립니다.
10장에서는 선인장과 같은 다육질에서 일어나는 CAM 광합성에 대해 언급했습니다. 이 과정에서 CO2는 야간에 포섭되어 주간에 고정됩니다.

CAM 광합성은 다육식물이 자라는 건조한 환경과 물의 저장

물의 손실률을 조절하는 많은 메커니즘은 식물에서 진화하고 있습니다. 하나는 1년의 건조한 시간대 휴면을 포함하고, 다른 하나는 잎 상실을 동반합니다. 낙엽성 식물은 주기적으로 심각한 가뭄을 경험하는 지역에서 일반적입니다. 겨울이 어려운 지역에서는 물이 얼음이나 눈에 갇히고, 그 때문에 식물을 이용할 수 없게 되는 경우가 자주 있습니다. 일반적인 의미에서 일년생 식물은 단순히 종자로 휴면 상태에 들어감으로써 상황이 불리할 때 물을 절약합니다. 두껍고 딱딱한 잎은 비교적 기공이 적고 종종 잎 아래쪽에만 기공이 있어 풍부한 기공을 가진 크고 유연한 잎보다 훨씬 천천히 수분을 잃게 됩니다. 양모처럼 보이는 트리홈 덩어리로 덮인 잎의 온도는 크게 저하됩니다.

이 트리홈들은 또한 잎 표면의 습도를 높입니다. 건조하거나 반건조한 서식지의 식물은 종종 잎 표면의 움푹 파인 곳 또는 움푹 파인 곳에 기공을 가지고 있습니다. 이러한 구덩이 안에서는 공기의 수증기 함유량이 높아 물 손실률이 감소할 수 있습니다.
홍수에 대한 식물의 반응은 또한 많은 물을 받을 수 있으며, 최종적으로는 '물에 빠지기'도 합니다 홍수는 토양의 가용 산소를 급속히 고갈시켜 뿌리 미네랄과 탄수화물의 수송을 방해합니다. 비정상적인 성장은 종종 일어납니다. 침수 식물의 호르몬 수준 변화 – 에틸렌(가스인 유일한 호르몬)은 증가하고, 지베렐린과 사이토카이닌은 증가합니다
보통은 감소합니다. 호르몬의 변화는 비정상적인 성장 패턴의 한 요인이 됩니다. 산소 결핍은 가장 중요한 문제 중 하나입니다. 서 있는 물은 움직이는 물보다 산소가 훨씬 적습니다. 일반적으로 입수의 범람은 더 해롭습니다
식물(립티드 제외)입니다. 식물이 휴면 상태에 있을 때 발생하는 홍수는 활발하게 성장하고 있을 때보다 훨씬 덜 해롭습니다. 산소 결핍의 결과로 뿌리에 일어나는 물리적인 변화는 물의 흐름을 멈출 수 있습니다
심습니다. 역설적으로 식물의 뿌리는 물 속에 서 있어도 잎은 말라가고 있을지도 모릅니다. 한 가지 적응적인 해결책은 침수된 식물의 기공이 종종 잎의 팽윤을 유지하기 위해 근처에 있다는 것입니다. 신선한 물 속에서의 생활에 적응합니다. 식물의 조류 조상들은 육지로 '이동'하기 전에 해수 환경에서 담수 환경에 적응했습니다. 이는 소금의 균형을 제어하는 데 큰 변화를 동반했습니다. 그 이후로 많은 사람들이 담수로 '이동'하고 자주 또는 항상 자연적으로 범람하는 곳에서 성장해 왔습니다;
그들은 진화 과정에서 이러한 조건에 적응해 왔습니다. 그러한 식물 중에서 가장 자주 적응하는 것 중 하나는 큰 공기 공간을 가진 느슨한 실질 조직의 형성입니다. 알렌치마는 수련과 다른 많은 수생 식물에서 매우 두드러집니다. 산소는 물 위의 식물 부분에서 공기 중의 통로를 통해 아래 부분으로 수송될 수 있습니다.

산소공급으로 식물의 산화호흡

일반적으로 일부 식물은 렌티큘라를 형성하지만, 다른 식물은 정기적인 홍수의 영향을 받아 필요에 따라 그것을 형성할 수 있습니다. 옥수수에서는 홍수라는 혐기성 조건 하에서 풍부해지는 에틸렌이 실질적인 생성을 유도합니다. 식물은 또한 더 큰 렌치셀(가스 교환을 용이하게 함)을 형성하고 추가 부정근을 형성함으로써 홍수 상태에 대응합니다.

소금물에서의 생활에 적응합니다. 맹구 로브와 같은 일반 소금물로 침수되는 식물은 물에 잠긴 부분에 산소를 공급할 뿐만 아니라 염분 균형도 제어해야 합니다. 소금은 들어갈 때 배제하거나 적극적으로 분비하거나 희석해야 합니다. 맹구 로브 아치형 실트 뿌리는 진흙 위에 나타나는 길고 스펀지 같은 공기가 가득한 뿌리로 이어져 있습니다. 이 뿌리들인데요,
기종 포자라고 불리며, 물의 윗부분에 큰 렌티큘러가 있고, 거기에서 산소가 들어와 물에 잠긴 뿌리로 운반됩니다. 또한 망그 로브의 다육질 잎에는 많은 양의 물이 포함되어 있어 그것들에 도달하는 소금을 희석합니다. 이러한 상태로 자라는 식물의 대부분은 대량의 염분도 분비합니다.

잎으로부터의 증산은 물과 미네랄을 목질 위로 끌어올립니다. 이것은 물의 물리적 특성과 전도관의 직경이 좁기 때문에 기능합니다. 가드 세포가 타지드가 되면 기공이 열립니다. 기공의 개폐는 다음과 같습니다
OSMOTIC RECTEDです. 생물화학적, 해부학적, 형태학적 적응은 증산에 의한 수분 손실을 줄이기 위해 진화했습니다. 식물은 과도한 물에 의해 해를 받습니다. 그러나 식물은 수몰된 부분에 산소를 전달할 수 있으면 침수된 상태에서도 살아남고, 그 안에서도 번영할 수 있습니다.

 

물과 미네랄의 이동과 뿌리에서 흡수된 물의 증산