Kwiaty z pompą

Doświadczenie 1

Z arkusza papierowego ręcznika wytnij wzdłuż przekątnej „liść” o długości ok. 5 cm z jak najdłuższą „łodyżką”, zwiń ją w coś na kształt sznurka i przewlecz przez plastikową lub szklaną słomkę do picia. 2–3 cm „łodyżki” powinny wystawać z dolnej części rurki, tworząc „korzonek”. W niewielkim słoiku rozpuść łyżeczkę soli kuchennej w 100 ml wody. Włóż do wody „korzonek” i obserwuj przez tydzień, co się dzieje.

Wyjaśnienie: Pomiędzy włókienkami celulozy ręcznika znajdują się mikroskopijne wolne przestrzenie, w które dzięki zjawiskom adhezji i kohezji wnika woda – cząsteczki są przyciągane i podciągane w górę przez włókienka, ale cofanie się płynu jest utrudnione, bo zwolnione miejsce natychmiast zastępują cząsteczki wody z dalszego szeregu. Czoło płynu przesuwa się, aż namoczy „liść”. To podciąganie (siły kapilarne) byłoby zbyt słabe, aby wynieść wodę na szczyt drzewa. Poza tym jego wydajność obniża się po zapełnieniu wolnych luk w papierze. Natomiast woda parująca z „liścia” wytwarza siłę ssącą, która umożliwia dalsze wydajne podciąganie płynu. Dodatkowo zwiększa to stężenie soli w „liściu” aż do jej wykrystalizowania z roztworu (na „liściu” narasta wilgotna warstwa kryształków soli), co także coraz wydajniej napędza transport wody i soli ze słoika.

Doświadczenie 2

Weź kilka ciętych margerytek o białych kwiatach i ze zdrowo wyglądającymi licznymi liśćmi. Pozwól im trochę przywiędnąć przez kilka godzin. W słoiku rozpuść w wodzie tyle niebieskiego lub czerwonego barwnika spożywczego (najlepiej proszek, bo ten w żelu zawiera cukry sprzyjające rozwojowi bakterii, które mogą zaszkodzić roślinom), aby uzyskać bardzo intensywny kolor cieczy. Przytnij łodygom końcówki i umieść je w zabarwionej wodzie. Jedna margerytka niech stoi w zwykłej wodzie (kontrola). Umieść wszystkie kwiaty w jasnym miejscu. Obserwuj kilka dni.

Wyjaśnienie: Transport wody widać dzięki barwnikowi penetrującemu tkanki. Zmiana koloru płatków jest widowiskowa, a dokładniejsza obserwacja (i porównanie z niezabarwionymi kontrolnymi okazami) pozwala zauważyć, że barwnik gromadzi się także w liściach i łodydze.

Doświadczenie 3

Do doświadczenia znakomicie nadają się rośliny doniczkowe o dużych liściach lub wiotkich pędach (pelargonie, bluszcz Hedera sp.). Rankiem wybierz trzy liście (lub pędy z taką samą liczbą liści). W pierwszym przypadku (A) posmaruj tłustym kremem do rąk dolną powierzchnię liścia (lub wszystkich liści na pędzie), tworząc grubą nieprzepuszczalną warstwę, w drugim (B) – górną, a w trzecim (C) pozostaw liść bez zmian. Na wszystkie liście załóż po niewielkim plastikowym przezroczystym woreczku i szczelnie zamknij go na ogonku liściowym (ostrożnie, by go nie połamać), uszczelniając sznurkiem lub recepturką. Ustaw roślinę w jasnym miejscu na cały dzień.

Wyjaśnienie: Aparaty szparkowe służą do wymiany gazowej – pozwalają na swobodne przemieszczanie się tlenu i dwutlenku węgla, ale też uwalniają parę wodną, która może skraplać się wewnątrz worka. Aparaty szparkowe usytuowane są jednak tylko na spodniej stronie liści (wyjątkiem są rośliny wodne o pływających liściach) – woda będzie się więc skraplać w worku B i C, ale prawie wcale nie zaobserwujemy jej w A (krem ogranicza jej parowanie).

Doświadczenie 4

Wybierz dwie identyczne rośliny rosnące w osobnych doniczkach. Z każdej wybierz po jednym liściu, załóż na niego plastikowy woreczek i zamknij go na ogonku, uszczelniając sznurkiem lub recepturką. Jedną roślinę umieść w jasnym miejscu na cały dzień (A), drugą – w ciemnej szafce (B). Staraj się utrzymać tę samą temperaturę w obu miejscach.

Wyjaśnienie: Światło niebieskie to jeden z bodźców środowiskowych otwierających aparaty szparkowe. Rośliny potrzebują światła do fotosyntezy, a w jej trakcie zużywają dużo wody. W ciemności aparaty szparkowe szybko się zamykają, ograniczając transpirację w worku B, który pozostanie suchy. Para wodna tracona przez liście będzie się natomiast skraplać w worku A. Uwaga, duże nasłonecznienie także może podwyższać temperaturę, dostarczając energii niezbędnej do parowania i nasilając transpirację w wariancie A, co utrudni wiarygodne porównanie.

Doświadczenie 5

Do doświadczenia potrzeba dwóch ukorzenionych w wodzie pędów bluszczu Hedera sp. o identycznej liczbie liści (przytnij pędy i oberwij nadmiar liści). Umieść je w osobnych strzykawkach (pojemność 10 ml) bez tłoka, cienkim wylotem do dołu, który zaklej szczelnie np. plasteliną. Zalej korzenie wodą do wysokości ok. 7 ml. Powstałą „probówkę” uszczelnij na górze korkiem z waty lub plasteliny, aby ograniczyć parowanie cieczy. Zaznacz markerem początkową zawartość cieczy. Użyj pojemników na mocz bez pokrywek jako statywów na probówki. Na jeden zestaw (A) skieruj intensywny nawiew powietrza, np. z wentylatora. Drugi (B) pozostaw w podobnych warunkach oświetlenia i temperatury, ale bez ruchów powietrza. Po kilku godzinach porównaj poziom wody w probówkach A i B.

Wyjaśnienie: Para wodna wydostaje się przez aparaty szparkowe i powoli rozchodzi w powietrzu. Oznacza to, że roślina otoczona jest warstewką bardzo wilgotnego powietrza. A takie powietrze (nazywane warstwą graniczną) jako już nasycone parą wodną niechętnie przyjmuje nowe porcje wody – spowalnia parowanie/transpirację. Wiatr rozprasza warstwę graniczną, zastępując ją suchym powietrzem, które łatwo przyjmuje nowe porcje pary wodnej. Jeśli pozostałe warunki przetrzymywania probówek A i B były identyczne, to zaobserwujemy, że w A poziom wody obniżył się bardziej niż w B. Na podobnej zasadzie w wietrzny (nawet chłodny dzień) pranie wysycha błyskawicznie.

dr Paweł Jedynak
Popularyzator nauki i pracownik Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ w Krakowie. Bada nowe możliwości wykorzystania mikroorganizmów w biotechnologii i molekularne mechanizmy rozwoju roślin.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

słoiki, pojemniki na mocz, plastelina, krem (tłusty), recepturki, wata, strzykawki o pojemności 10 ml, barwnik spożywczy, plastikowe worki, bukiet margerytek, słomka do picia, papierowy ręcznik, sól kuchenna

Niewliczone w cenę: rośliny pokojowe, szafka, wentylator pokojowy

Czas przygotowania: 3 godz. + tydzień oczekiwania

Koszt: 60 zł

***

Wiedza w pigułce

Rośliny przepychają przez swoje tkanki dziesiątki litrów wody, często na ogromne wysokości. Wykorzystują do tego zjawisko parowania – tracą wodę przez aparaty szparkowe w liściach (transpiracja), co powoduje powstawanie lokalnego „niedoboru” wody. To tzw. siła ssąca liści, która „podciąga” wodę z reszty rośliny przez rurki ksylemu. Dodatkowo cząsteczki wody kleją się do siebie i do otaczających je powierzchni, tworząc nieprzerwany słup cieczy (kohezja i adhezja).

W ostatnich latach okazało się, że znaczny udział w transporcie wody mają także zjawiska osmotyczne, związane z zagęszczeniem zgromadzonych w tkankach soli, cukrów i substancji żelujących, np. pektyn. Roślina nie pozwala, aby te substancje swobodnie i bez nadzoru poruszały się po jej organizmie. Co innego woda, która w naturalny sposób będzie „dążyć” do wyrównania stężeń w danym układzie – przemieści się zatem z obszarów o niższym stężeniu rozpuszczonych substancji do obszarów, gdzie tych zgromadzonych związków jest więcej, by je rozcieńczyć. Roślina kontroluje zagęszczenie wybranych substancji, tworząc gradienty wymuszające przepływ wody i rozpuszczonych w niej substancji.

Kompletnym zaskoczeniem było odkrycie, że w transporcie wody i soli przez ksylem pomaga… prąd elektryczny. W końcu roztwór soli jest dobrym przewodnikiem prądu. Roślina może generować różnice napięcia pomiędzy różnymi tkankami, a także korzeniami a glebą. Reaguje także na zmiany otoczenia, modyfikując nasilenie transportu – zamyka aparaty szparkowe, ograniczając transpirację, np. gdy zaczyna jej brakować wody w czasie suszy lub kiedy zapada zmrok.