О механизме водообмена между растениями и окружающей средой

Как устроен механизм водообмена между растением и окружающей средой?
Мы уже говорили о том, что в процессе своего развития растение «перекачивает» через себя огромное количество воды. Куда же она девается и как устроен «насос», заставляющий находиться ее в постоянном движении внутри растения?
Листья растения – это «фабрики» органических веществ, в которых происходят все жизненно важные обменные процессы, необходимые растению для роста и развития. Именно к ним непрерывно доставляется влага, всасываемая корнями из почвы, по внутренним «водопроводным» системам.
Если воздух, окружающий листья растения, нагрет солнцем и имеет дефицит влаги, то вода начинает испаряться из листьев через специальные устьица. Давление в них падает. Возникает разряжение в клетках листа и в проводящей системе сосудов вплоть до корней. Плёнки воды в клетках листьев и проводящих сосудах, по мере расхода воды на испарение, утончаются. Стремясь заместить испарившуюся воду, влага от толстых, слабосвязанных с тканями растения плёнок в сосудах корней, движется по стволу и ветвям растения к листьям.
Таким образом, растение одновременно снабжает себя элементами питания, поступающими с водой из почвы, и защищается от перегрева. При испарении 1 г воды расходуется энергия Солнца в количестве от 569 до 591,7 калорий в диапазоне температур от +50 до +10С (около 0,7 Втч), которая иначе разогрела бы листья до недопустимой для их жизни температуры. Этот процесс схож со способом охлаждения напитков в бутылке при помощи оборачивания их влажной тканью.
Но как вода попадает в растение? Ведь корни должны ее "добыть", «отобрать» у почвы.  Они это делают через микроскопически малые корневые волоски. Поверхность корневых волосков представляет собой хитро устроенную полупроницаемую мембрану, которая наружу не пропускает клеточный сок, содержащий органические вещества, сахара и растворы солей, но зато пропускает внутрь чистую воду с теми солями, которые нужны растению. Этот процесс вызывает повышение давления в сосудах корневой системы, а возникающее давление называется осмотическим. Давление, которое возникает при этом в сосудах корней, обеспечивает выход воды в проводящие сосуды надземной части растения.
На следующем рисунке схематически показаны пути воды от почвы, где ее всасывают корневые волоски, до листьев, которые испаряют ее в атмосферу.

В верхней части рисунка схематично показан лист в поперечном разрезе при очень большом увеличении. Верхний слой листа состоит из "рабочих" клеток, синтезирующих органические вещества, нижний занят клетками, в основном, испаряющими влагу и поглощающими углекислый газ. Ниже показан тот же лист, но почти в натуральную величину, испаряющий влагу, которая доставляется по сосудам ствола из корней. Ещё ниже показана корневая система, удерживающая растение в почве, и снабжающая его влагой, а в самом низу показана частичка корня с корневыми волосками, которые "гоняются" за почвенной влагой и засасывают её в корни. (Рисунок заимствован из книги Ф.Вента "В мире растений").
А что произойдёт, когда влаги в почве станет недостаточно, чтобы удовлетворить ненасытное летнее солнце?
Сначала растение всеми силами будет стремиться предотвратить свою гибель, для чего закроет специальные устьица на листьях. При этом оно начнёт перегреваться в жаркие часы, "опускать уши" от потери тургора (от позднелат. turgor - вздутие, наполнение - это внутреннее гидростатическое давление в живой клетке, вызывающее напряжение клеточной оболочки. У растительных клеток тургорное давление поддерживает листья и стебли (у травянистых растений) в вертикальном положении, придает растениям прочность и устойчивость. Тургор - показатель оводненности и состояния водного режима растений).
Снижением тургора сопровождаются процессы автолиза, увядания и старения клеток, но при этом растение ещё несколько дней может просуществовать, сбрасывая цветы, завязи и "стараясь" быстрее завершить созревание оставшихся плодов.

Теперь внимательно рассмотрим интересный, наглядный и грустный рисунок, на котором графически показано, как взаимодействует система почва - растение, что происходит за несколько суток в период от момента полной обеспеченности влагой до момента почти полной гибели растения от недостатка влаги.
На нем показаны три совмещённых графика, демонстрирующие как постепенно, день за днём, ночь за ночью, по мере расходования почвенной влаги на суммарное испарение падает давление почвенной влаги (верхняя сплошная плавно падающая коричневая линия).

Вторая (прерывистая оранжевая линия) показывает, как в течение каждых последующих суток меняется давление в корнях растения. Оно падает днём, и восстанавливается до уровня давления почвенной влаги за ночь.
Третья (сплошная зелёная линия) показывает, как день за днём листья "пытаются" создать всё больший перепад давления, чтобы обеспечить растения влагой, то есть, всосать остатки почвенной влаги, которые день ото дня, по мере иссушения почвы, всё сильнее удерживаются ей.
Финал наступает тогда, когда листья уже не в состоянии что-либо высосать через корни из почвы. (Знак на шкале - минус, так как давление имеет отрицательный знак).
Временной ход изменений давления в листьях, на поверхности корней и в почве


Вертикальные полосы, окрашенные серым цветом - ночные часы. (Сделан по "мотивам" рисунка из книги Р. Слейчера "Водный режим растений").