Taimede veevahetus (0)

TAIMEFÜSIOLOOGIA KORDUSKÜSIMUSED
A.Veevahetus
Defineerige veepotentsiaali mõiste
Veepotentsiaal Yw võrdub vee keemilise potentsiaaliga mw, mis on väljendatud rõhuühikutes ja avaldatud standardtingimustes paikneva puhta vee keemilise potentsiaali mow suhtes.
jw=
Defineerige aine elektrokeemilise potentsiaali mõiste ja ühikud
= + 2.3 RT log aw + zFEw + P +mwgh
- vee standartne keemiline potentsiaal;
aw - vee kontsentratsioon (aktiivsus);
Ew - vee elektriline potentsiaal;
R - gaasikonstant (8.3 J mool -1 K-1);
F - Faraday konstant (96 kJ V-1 mool-1);
- vee partsiaalne molaarne ruumala;
m - moolmass;
g - raskuskiirendus ,
h - kõrgus
z - aine osakese laeng
rw - vee tihedus
Elektrokeemiline potentsiaal on töö, mida tuleb teha mooli iooni toomiseks standartsest olekust kindlasse konsentratsiooni.
Osmolaarsuseks nimetatakse
Erinevate lahustunud ainete osmootsete rõhkude summa.
Nimetage veepotentsiaali väärtust mõjutavad tegurid
Vee molekulid on elektriliselt neutraalsed, seetõttu elektrilist potentsiaali sisaldav liige valemist elimineerub. Veepotentsiaali väärtus süsteemis sõltub kolmest erinevast potentsiaalist - kontsentratsioonipotentsiaalist Ya, rõhupotentsiaalist YP ja gravitatsioonipotentsiaalist Yg. Teatud tingimustel arvestatakse ka veepotentsiaali neljanda komponendiga - maatrikspotentsiaaliga Ym. Arvestatava maatrikspotentsiaali teke on seotud tugevasti vett siduvate laenguga keemilisi rühmi sisaldavate pindade ( maatriks ) olemasoluga süsteemis, nagu näiteks kontsentreeritud rakulahus seemnete idanemisel, samuti rakuseinte polüsahhariidide ja valkude hüdrofiilsed pinnad, saviosakesed mullas jne. Maatrikspotentsiaal on negatiivne, sest vee seostumine (hüdratatsioon) vähendab veepotentsiaali ja seetõttu vesi liigub kõrge maatrikspotentsiaaliga piirkondadesse.
Yw= Ya + YP + Yg
Nimetage ja selgitage millistes tingimustes võib veepotentsiaal rakkudes olla positiivne
Veepotentsiaal võib positiivne olla atmosfäärirõhust kõrgema rõhu juures.
Atmosfäärirõhul oleva lahuse veepotentsiaal on alati negatiivne. Atmosfäärirõhust kõrgema rõhu all oleva lahuse veepotentsiaal võib olla nii null, positiivne kui ka negatiivne, sõltuvalt rõhupotentsiaali ja osmootse potentsiaali vahekorrast.
Nimetage ja põhjendage ksüleemi anatoomilise ehituse kohastumused vee juhtimiseks
Ksüleemi anatoomiline struktuur on hästi kohanenud veevahetusele. Vesi liigub kõrgemate taimede vartes kahte tüüpi juhtsoontes - trahheedes ja trahheiidides. Trahheed ja traheiidid on surnud, paksuseinalised, ilma sisaldiseta anatoomilised struktuurid . Tänu sellele nad ei kollapseeru negatiivse rõhu tingimustes. Vee liikumisel surnud rakkudes esinev takistus on palju väiksem võrreldes takistusega liikumisel elusates rakkudes kui vesi peab läbima rakumembraanid. Eriti hästi sobivad vee transpordiks suure diameetriga trahheed, sest takistus soonte läbimõõdu kasvades väheneb. Seega vee liikumise kiirus ksüleemis on seda suurem, mida suurem on ksüleemitorude diameeter .
Millistes tingimustes taimede rakkudes on turgorrõhk null või negatiivne?
Kui rakk kaotab transpireerimisel vett, siis turgorõhk väheneb, ruumala väheneb kuni rakusisaldis ei avalda enam rakuseinale survet (piirplasmolüüs) ja P=0.
Leidke turgorrõhu suurus rakus kui veepotentsiaal on – .... MPa ja osmootne rõhk .....atm.
P-turgorrõhk
Leidke osmootse rõhu suurus rakus kui veepotentsiaal on –...... atm ja turgorrõhk ...... MPa.
1 atm=0.1 MPa
P-turgorrõhk
Defineerige osmoos ja esitage konkreetne näide osmoosi kohta taimerakus
Vee liikumine diffusiooni teel läbi poolläbilaskva membraani. Osmoos on vee rakkudesse sisenemise põhiline mehhanism . Taimerakk on osmomeetriga analoogiline süsteem. Rakumembraan on poolläbilaskev (läbitav põhiliselt vee molekulidele, mitte rakumahlas lahustunud ainetele ). Vakuoolis lahustunud ained ( sahhariidid , orgaanilised happed , ioonid ), samuti ainevahetuse vaheproduktid tsütoplasmas osalevad osmootse potentsiaali (Yp) genereerimises ja madaldavad sel teel raku veepotentsiaali. Tugevalt negatiivse osmootse potentsiaali ja maatrikspotentsiaali tõttu on veepotentsiaal rakus madalam kui välislahuse veepotentsiaal ja vesi siseneb rakku. Vee sisenemisel rakku kasvab raku ruumala ja turgorrõhk (P). Vee liikumine toimub veepotentsiaalide võrdsustumiseni raku sees ja välislahuses.
Nimetage osmoosi toimumiseks vajalikud tegurid
Difusiooni läbi selektiivse membraani nim osmoosiks. Osmooeelsi t liigub vesi mullast taime ja ühest rakust teise. Osmoos on vee rakkudesse sisenemise põhiline mehhanism. Rakumembraan on poolläbilaskev (läbitav põhiliselt vee molekulidele, mitte rakumahlas lahustunud ainetele). Vakuoolis lahustunud ained (sahhariidid, orgaanilised happed, ioonid), samuti ainevahetuse vaheproduktid tsütoplasmas madaldavad raku veepotentsiaali. Veepotentsiaal on rakus madalam kui välislahuse veepotentsiaal ja vesi siseneb rakku. Vee sisenemisel rakku kasvab raku ruumala ja turgorrõhk (P). Vee liikumine toimub veepotentsiaalide võrdsustumiseni raku sees ja välislahuses.
Vesiniksideme tugevus veemolekulide vahel on vahemikus
1-100 kJ mool-1
Kovalentse sideme tugevus hapniku ja vesiniku aatomite vahel veemolekulis on vahemikus
100-1000 kJ mool-1
Nimetage ja avaldage valemiga vedelikusammast kapillaaaris tõstev jõud ja langetav jõud.
Tõstvaks jõuks kapillaaris on veemolekulide adhesioon kapillaartoru seinaga ja pindpinevus .
TÕSTEV jõud = ümbermõõt x pindpinevustegur = 2rS
Langetavaks jõuks on veesamba kaal.
LANGETAV jõud = kõrgus x pindala x vee tihedus x gravitatsiooni jõud = hr2rg
Veeauru difusioonikoefitsient on kas suurem või väiksem kui vedela vee koefitsient. Kui palju suurem või väiksem?
Veeauru difusioonikoefitsient on suurem 10 000x.
Nimetada tegurid, mis mõjutavad veevoolu kiirust Poiseuille valemis
V =
r - toru raadius
DP - rõhu erinevus distantsil DX (toru pikkus)
n - vee viskoossus (10-3 Pa s)
Valemist on näha, et vedeliku voolamise kiirus torus sõltub toru diameetrist väga tugevasti. 4 µm raadiusega torus liigub vedelik 256 korda kiiremini kui 1 µm raadiusega torus. Seetõttu on suurema diameetriga juhtsoontes vee liikumise kiirus palju suurem kui väikese diameetriga juhtsoontes.
Kui suur on veevoolu kiirus juhtkimpude ksüleemis? Millest kiirus sõltub?
Eriti hästi sobivad vee transpordiks suure diameetriga trahheed, sest takistus soonte läbimõõdu kasvades väheneb. Seega vee liikumise kiirus ksüleemis on seda suurem, mida suurem on ksüleemitorude diameeter.
Okaspuud
10-20 µm
1 – 2 mh-1
Ringsoonelised
100 – 200 µm
16 – 45 mh-1
Piirplasmolüüsi korral on turgorrõhu väärtus 0, veepotentsiaali ja osmootse potentsiaali väärtus Ruumala vähenemisel kasvab lahustunud ainete kontsentratsioon vakuoolis ja osmootne rõhk. Veepotentsiaal läheb negatiivsemaks.
Plasmolüüsiks nimetatakse
Kui rakk kaotab transpireerimisel vett, siis turgorõhk väheneb, ruumala väheneb kuni rakusisaldis ei avalda enam rakuseinale survet (piirplasmolüüs).
Temperatuuri tõustes atmosfääri veesisaldus kas suureneb või väheneb.
Temperatuuri tõustes atmosfääri veesisaldus tõuseb.
Miks C4 taimedel on väiksem transpiratsioonikoefitsiendi väärtus kui C3 taimedel
C4 taimed kasutavad vett ökonoomsemalt. C4 taimed kasvavad ariidsetes tingimustes ja nende õhulõhed on päeval kinni.
Kuidas ja miks transpiratsioon mõjutab lehtede temperatuuri.
Transpiratsioon jahutab lehti, sest veel on kõrge aurustumissoojus. See tähendab, et vee aurustamiseks on vaja palju lisaenergiat.
Defineerige hüdraulilise juhtivuse mõiste.
Hüdrauliline juhtivus näitab kui suur takistus on vedelikul läbi poori või õõnsuse liikumisel.
See on takistuse pöördväärtus: Lp=1/r r – takistus; Lp – hüdrauliline juhtivus
Millal on õhulõhed avatud C3 taimedel päeval, C4 taimedel öösel, CAM taimedel öösel?
Millised C4 taimede ainevahetuse iseärasused teevad need taimed sobivateks kasvama kuivas kliimas?
C4 taimedes liigub CO2 kõigepealt mesofülli rakkudesse (nagu ka C3 taimedes), kuid seal ei seostu CO2 mitte RuBPga, vaid ensüüm nimega PEP karboksülaas seob selle hoopis kolmesüsinikulise fosfoenoolpüruvaadi (PEP) molekuli külge. RuBPd C4 taimede mesofüllis lihtsalt ei ole.
•Kindlustab selle, et C4 taimed suudavad vältida fotorespiratsiooni ka siis, kui nende õhulõhed on suletud. Kuivas ja kuumas kliimas peavad taimed hoidma õhulõheid kinni nii palju kui võimalik, et vältida veekadu .
Mis on gutatsioon?
Gutatsiooniks nimetatakse vee eraldumist tilkadena veelõhede e. hüdatoodide kaudu leheservades juhtsoonte otstes. Gutatsioonil veega eraldub ka ioone, sahhariide ja orgaanilisi happeid . Vesi eraldub gutatsiooni teel ka kui õhulõhed on suletud, näiteks öösel pimedas .
Millised tingimused on vajalikud gutatsiooni toimumiseks?
Gutatsiooni soodustavad kõrge õhuniiskus (madal veepotentsiaali gradient taim-õhk vahel) ja madal temperatuur.
Mis on gutatsiooni ja kaste erinevus?
Gutatsioonil vesi eraldub hüdatoodide kaudu. Kaste tähendab see, et temperatuuri langemisel atmosfääri küllastav veesisaldus antud temperatuuril ka langeb ja liigne veesi kondenseerub maa pinna lähedal.
Mis on hüdatood ja mis on tema funktsiooniks?
Hüdatood ehk veelõhe on spetsiifiline taimne moodustis , mille funktsiooniks on liigse vee eraldumine tilkadena, kui õhulõhed on kinni. Paiknevad tavaliselt lehtede tippudes. Epiteem ehk vee eraldamise kude koosneb õhuseinalistest parenhüümi rakkudest. Selle lähedal avaneb trahhe või trahheiid ja lehes on poor mis ei ole kutiikulaga kaetud.
Õhulõhed avanevad kui turgor sulgrakkudes on suurem kui kaasrakkudes ja sulguvad kui turgor sulgrakkudes on väiksem kui kaasrakkudes.
Kui õhupilude pindala on võrdne, siis transpiratsioon läbi suurema arvu väiksemate õhulõhede on väiksem kui läbi väiksema arvu suuremate õhulõhede.
Vee liikumise kiirus väiksema diameetriga juhtsoontes on väiksem kui suurema diameetriga soontes.
Vedelikusamba katkemise tõenäosus suurema diameeriga juhtsoontes on suurem kui väiksema diameetriga soontes.
Koobaspoorid erinevad tavalistest pooridest selle poolest, et ..........
Neil on peale primaar- ja sekundaarseina ja veel toor .
Caspary triibud sisaldavad millist polümeerset ühendit? Suberiin Kus Caspary triibud paiknevad ja milline on nende tähtsus.
Endodermi rakud on ümbritsetud nn. Caspary triipudega, mis kujutavad endast suberiini sisaldavat vöökujuliselt paksenenud piirkonda ümber endodermi rakkude. . Caspary triibud suberiini sisalduse tõttu välistavad vee liikumise apoplastis ja vesi peab sisenema rakkudesse. Seega endodermi tasandil kontrollitakse, millised vees lahustunud ühendid sisenevad rakkudesse ja millised mitte, sest membraanitransport on membraanivalkude poolt kontrollitav protsess.
Kirjutage atmosfääri veepotentsiaali arvutamise valem koos tähistuste selgitusega.
- küllastav veesisaldus atmosfääris antud temperatuuril
P - veesisaldus antud temperatuuril
P/ - relatiivne niiskus (RH)
vee partsiaalne molaarne ruumala (18 cm3)
Millal on veepotentsiaal atmosfääris võrdne nulliga?
a) Atmosfääris, kui õhk on küllastunud veega (RH=100%). b) kui tegemist on puhta vee ja normaalrõhuga
Vee difusioon läbi akvaporiinide on kiirem/ aeglasem /võrdne kui läbi membraani lipiidse kaksikkihi
Kirjutage Van’t Hoffi võrrand
Yp = - iCRT
C - molaalne kontsentratsioon (moolide arv kg lahusti s.t vee kohta);
R - gaasikonstant (8.3 Pa m3 mool K-1);
T- temperatuur Kelvini kraadides °С = K−273,15
i - isotooniline koefitsient
i = 1+a(n-1)
a - dissotsiatsiooniaste (sõltub kontsentratsioonist)
n - dissotsieerumisel moodustuvate ioonide arv
Milline kasu võiks taimel olla kavitatsiooni toimumisest? Põua korral on abiks kuna kui juhtsooned enam vett ei juhi, siis transpiratsioon ei saa nii aktiivselt toimuda.
Juurerõhu suurus ja tekkimise põhjus taimedes
0,1Mpa.
Mullalahuses olevad ioonid liiguvad koos veega taime juurte apoplasti ja endo- ja eksodermi tasandil aktiivselt sümplasti. Sümplasti plasmodesme mööda võivad ioonid liikuda kesksilindri elusatesse parenhüümsetesse rakkudesse ja nendest difusiooni teel või aktiivselt juhtsoontesse. Tagajärjeks on ksüleemilahuse madalam veepotentsiaal võrreldes mullalahusega ja vesi liigub veepotentsiaali gradiendi tõttu ksüleemi. Rõhku, mis seejuures ksüleemitorudes tekib, nimetatakse juurerõhuks.
Transpiratsioonikoefitsient on defineeritud kui
Veehulk , mida taim kulutab ühe ühiku kuivaine kohta.
Vee kasutamise efektiivsus on defineeritud kui
Taimede veekasutuse kasutegur orgaanilise aine sünteesimisel.
WUE = sünteesitud orgaanilise aine hulk/ transpireeritud H2O
Õhulõhede passiivne liikumine on
Õhulõhede liikumine võib olla ka passiivne, kui avanemise /sulgumise põhjuseks on turgorrõhu muutus sulgrakkude naaberrakkudes.
Millest on tingitud turgori muutus õhulõhede avanemisel hommikul
Valgus paistab  fotosüntees aktiveeritakse  CO2 konsentratsioon rakuvaheruumides väheneb  spetsiifiliselt retseptorid ( nt PEP – karboksülaas ) reageerib. Valguse toimel aktiveeritakse H+ATP, pumbatakse prootonid välja ning hakatakse K ioone ja Cl ioone rakku transportima  veepotentsiaalväheneb  vesi liigub rakkudesse  turgor suureneb  õhulõhed avanevad.
Milline valgus soodustab õhulõhede avanemist ja milliste pigmentide poolt see adsorbeeritakse
Kõigepealt soodustab seda punane valgus, sinise valguse toimel avanevad õhulõhed veel rohkem. Valguse aktseptoriks on PHOT valgud : PHOT1 ja PHOT2 need valgud autofosforüleeritakse  seotakse mingi valk H+ATPaasiga, mis põhjustab selle aktiveerumise.
Õhulõhede avanemisel sulgrakkude membraan hüperpolariseerub/depolariseerub Miks?
Õhulõhede avanemisel valguses aktiveerub rakumembraani H+-ATP-aas, sekreteeritakse rohkem prootoneid ja membraanipotentsiaal hüperpolariseerub (muutub negatiivsemaks)
Kirjutage põhjus-tagajärg ahel mis viib hommikul õhulõhede avanemisele.
1)    Valguskvandid aktsepteeritakse fototropiinide PHOT1 ja PHOT2 (valgud, mille flaviinne component tajub sinist valgust) poolt, mis fosforüleerivad ülekandeahela, mis aktiveerib Prooton-ATPaasi
2)   Prooton- ATPaas , transportsüsteem sulgrakkude membraanis, hakkab prootoneid sulgrakkudest välja transportima
3)   membraan muutub negatiivsemaks (seespool negatiivseid laenguid rohkem) ehk hüperpolariseerub
4)    avanevad membraani potentsiaali väärtuse poolt reguleeritavad K+-kanalid, kasvab K+ kontsentratsioon
5)  prootonite välja pumpamisega saavad funktsioneerida ka kandjavalgus, mis transpordivad Cl- ja teisi anioone rakku
6)      K+ ja anioonide kontsentratsiooni suurenemine  vähendab veepotentsiaali
7)      vesi hakkab sulgrakkudesse jooksma à sulgrakud muutuvad turgestsentseks
8)      õhulõhed avanevad
Miks veepuuduse tekkimisel taimi pritsitakse ABA lahusega?
Et nad sulgeks oma õhulõhed. ABA ehk abtsiishape on selline kasvuregulaator , mis tõstab Ca konsentratsiooni sulgrakkude tsütoplasmas, see aktiveerib omakorda Ca sõltuvad kinaasid, mis viib H+ATPaasi inhibeerimisele  õhulõhesi ei avata .
Miks ABA toimel turgor sulgrakkudes väheneb?
Inhibeerib H+ATPaasi.
Kuidas ABA põhjustab [Ca 2+] kasvu sulgrakkude tsütosoolis?
Ca2+ sisalduse tõusu põhjuseks on Ca2+ sisenemine väliskeskkonnast ABA poolt aktiveeritavate kanalite kaudu. Lisaks vabaneb Ca2+ ka vakuoolist ABA poolt aktiveeritud IP3 (inositooltrifosfaat) ja tsüklilisest ADP-riboosist sõltuvate kanalite kaudu.
Defineerige lehtede piirikiht
Piirikiht on lehelaba piirnev õhukiht, milles veeauru liikumine on takistatud.
Radiaalne mitsellatsioon sulgrakkudes on
Sulgrakkude seina paksend , kus tselluloosi mikrofibrillid rakuseintes paiknevad õhupiluga risti.
Iseloomustage kutiikula koostist
Kutiinist (pikaahelalised rasvhapped) ja vahadest (alkaanid), mis on segatud rakuseina komponentidega . Kutiin koosneb 16 C aatomist sisaldavatest küllastatud rasvhapetest, vahad koosnevad pikaahelalistest alkaanidest, samuti rasvhapete estritest. Ka terpenoidsed ja fenooldsed ühendid on kutiikula koostises väga levinud.
Nimetage juhtkudede floeemi- ja ksüleemi vett juhtivate rakkude peamised erinevused

• Floeemi vedelik on konsentreeritum kui ksüleemi vedelik (väga lahja).
  
• Floeemi rakud on elusad, ksüleemi rakud mitte.
  
• Floeem transport enamasti toimub ülevalt – alla , ksüleemis alt-üles.
  
• Ksüleem koosneb trahheedest ja trahheiididest, floeem sõeltorudest ja saaterakkudest.
  

Kirjutage põhjus-tagajärg ahel mis viib õhulõhede sulgumisele veepuuduse tekkimisel mullas.
Veepuudus mullas  veepotentsiaal järelikult mullas on madalam kui taimes ,nii et vesi enam taime ei sisene ning tekib veepuudus ka taimes  väheneb veepotentsiaal ka taime mesofüllirakkudes ning sulgrakud turgorrõhk väheneb ja õhulõhed sulgevad.