Jak se „živí“ rostliny

Před časem jsme si v tisku mohli přečíst zprávu o objevu dosud neznámého poznámkového bloku I. Newtona z let 1661-1665, kdy tento „otec“ klasické fyziky studoval na univerzitě v Oxfordu. Mezi různými filozofickými úvahami a záznamy z oblasti matematiky a fyziky věnoval mladý Newton pár řádků i jednomu nevyřešenému botanickému problému. Pokusil se najít odpověď na otázku, jakým způsobem se dostává voda z kořenů rostlin až do nejvyšších částí jejich stonků nebo kmenů. Došel k závěru, že stoupání vody rostlinou je způsobeno slunečním zářením, které zahřívá listy. Částice vody se z nich vypařují do ovzduší a na jejich místo je „nasávána“ voda z kořenů (obr. 8).

Ukázalo se však, že mechanismus vedení vody v rostlinách je podstatně složitější a podařilo se ho objasnit teprve koncem 19. století. Hlavní roli v něm hrají dva fyzikálně chemické děje – kapilarita a osmóza. Kapilarita je projevem povrchového napětí kapaliny a základní fakta o ní jsme si připomněli v článku Dva pokusy s kapilaritou (http://www.3pol.cz/cz/rubriky/navody-na-pokusy/1665-dva-pokusy-s-kapilaritou), zbývá tedy zmínit se o osmóze. V učebnici chemie (nebo ve Wikipedii) se o ní dočteme: „Osmóza je zvláštní druh difuze, tj. samovolného pohybu, prolínání a rozptylování mikroskopických částic kapaliny nebo plynu. Je to děj, při kterém prochází rozpouštědlo (nejčastěji voda) přes polopropustnou membránu z prostoru s méně koncentrovaným roztokem do prostoru s více koncentrovaným roztokem“. Jinými slovy – voda je přes polopropustnou membránu, např. buněčnou stěnu, nasávána ze zředěnějšího do koncentrovanějšího roztoku.

Z vlastní zkušenosti dobře víte, že rostliny ke svému životu nutně potřebují vodu, bez ní beznadějně uvadají a hynou. Voda rozpouští živiny a rozvádí je do celého rostlinného těla. Je také nepostradatelná při fotosyntéze a dýchání rostlin. Chrání rostlinu před náhlými tepelnými změnami a ovlivňuje tak její termoregulaci. Při vedení vody od kořenů až k listům se uplatňuje několik dějů – osmóza a difuze přes buněčné stěny, kořenový vztlak, kapilární vzlínání v úzkých trubicích cévních svazků a transpirace neboli odpařování vody z listů.

K demonstraci poslouží zelí

Pro náš botanický výzkum použijeme hlávku pekingského zelí. Nejvhodnější jsou vnitřní listy, které jsou téměř bílé, a proto se na nich zřetelně projeví i malé barevné změny. První a druhý list ponoříme do vody, výrazně obarvené potravinářským barvivem. Třetí list, ponořený do čisté vody, bude „kontrolní“ (obr. 1, obr. 2).

První náznaky pronikání barevné vody do listů se projeví už po pár desítkách minut a s postupujícím časem bude barevné žilkování stále intenzivnější. Během 24 hodin už budou zbarveny nejen silné cévy, ale barevný nádech získá celý list, protože voda už pronikla i do nejužších vlásečnic (obr. 3., obr. 4, obr. 5).

Doslova „na vlastní oči“ (vyzbrojené silnou lupou) se přesvědčíme o způsobu vedení vody rostlinnými cévami tak, že zbarvený list přeřízneme ostrým nožem (obr. 6).

Kromě botanického zkoumání můžeme využít kapilaritu a osmózu i pro barevné „vylepšení“ květů. Stačí, když místo čisté vody nalijeme do vázy vodu obarvenou a ponoříme do ní stonek vhodné květiny. My jsme se úspěšně pokusili zbarvit modrou vodou původně žluté květy astry (obr. 7). Na internetu však můžete najít i návody na „vyšlechtění“ několikabarevných – původně bílých – květů. Trik spočívá v tom, že spodní část stonku se rozdělí na 2 až 4 části a každá z nich se ponoří do jinak obarvené vody.

Web

Obrázek Newtonova rukopisu: news.sciencemag.org/physics/2015/02/gravity-defying-trees-explained-newton