K čemu slouží malé otvory na povrchu listů?

Velký list je pro rostliny nepohodlný ze dvou důvodů – v létě může rychle uschnout a v zimě snadno zmrznout.

Eutaxia microphylla – velikost jejích listů je v průměru 1 milimetr čtvereční. (Foto: Albert Chetcuti / Flickr.com)

Abaca, neboli textilní banán. (Foto: Joselito Lira / Flickr.com.)

Velikost listů u různých rostlinných druhů se může lišit tisíckrát, například u australské eutaxie Eutaxia microphylla nebo u vřesu obecného je listová plocha v průměru 1 mm 2 a u počítadla nebo textilního banánu – 1 m 2. Je zřejmé, že tento rozdíl vzniká v důsledku skutečnosti, že různé rostliny rostou v různých podmínkách a je snadné si všimnout, že nejmenší listy jsou ty, které žijí v pouštích a polopouštích, a největší jsou listy tropických druhů. Které faktory ale nejvíce ovlivňují velikost listu?

Víme, že list rostliny doslova absorbuje oxid uhličitý, ze kterého se při fotosyntéze vyrábí glukóza. Oxid uhličitý se do listu dostává speciálními otvory na jeho povrchu, tzv. průduchy. Těmito stejnými otvory list uvolňuje vodu. Odpařování vody listem se nazývá transpirace a díky transpiraci se udržuje pohyb kapaliny cévním systémem rostliny od kořenů k vrcholu. V horkém počasí ale z listu uniká příliš mnoho vody, takže může vadnout a vysychat. Bylo by možné zavřít průduchy, ale jak potom získat oxid uhličitý nezbytný pro fotosyntézu?

Už jsme jednou psali o tom, jak rostliny řeší problém vlhkosti a teploty pomocí různých typů fotosyntézy. Další řešení je anatomické: zkuste optimalizovat velikost listu. Před více než sto lety ekologové přišli na to, že tropické rostliny získaly velké listy právě proto, že tam, kde rostou, často a vydatně prší, pověstné tropické lijáky. Pokud to podmínky dovolí, tak proč nezvětšit list co nejvíce?

V 60.–70. letech minulého století se na problém pokusili podívat jinak, přičemž vzali v úvahu, že mnoha rostlinám, které žijí v horkých a suchých geografických zónách, často hrozí přehřátí, zejména v létě. Aby se rostlina vyhnula přehřátí, zvyšuje transpiraci (dalo by se říci, že se intenzivně „potí“), ale pokud máte velké listy, existuje nebezpečí, že během ochlazování ztratí příliš mnoho vody. Řešením je zmenšení plochy plechu. Toto vysvětlení odpovídá pouštním rostlinám; navíc je jasnější, proč ti, kteří rostou ve stínu a chladu, mají velké listy – například v podrostu, pod korunami vyšších stromů.

Mnozí si však možná všimli, že tato vysvětlení místy velmi pokulhávají. Například v našich tropech je nejen vlhko, ale také horko – ukazuje se, že v některých případech se dá v horku přežít i s velkými listy. Navíc přehřívání, zejména v letních dnech, ohrožuje rostliny v mnoha dalších regionech, které jsou obecně mnohem chladnější než pouště a polopouště. Mezitím jsou listy rostlin v chladnějších oblastech mnohem větší než listy pouštních druhů.

Vědci z australské Macquarie University spolu s kolegy z Velké Británie, Estonska, Číny, Španělska, USA, Argentiny a Kanady objevili nové vzorce spojující velikost listů s podmínkami prostředí, ve kterých rostlina žije.

Autoři práce porovnávali více než 7600 druhů rostlin ze všech kontinentů a všech klimatických pásem. V článku v Věda píší, že velikost listů je dána několika faktory najednou: denní teplotou, noční teplotou, množstvím deště a množstvím slunečního záření dopadajícího na rostliny (množství záření závisí na vzdálenosti od rovníku a průměrné oblačnosti).

V důsledku toho se ukazuje, že tam, kde je slunečno, horko a sucho, porostou rostliny s malými listy, protože v takových oblastech je hlavní věcí pro rostliny, aby se nepřehřívaly a neztrácely mnoho vody. Kde je slunečno, horko a vlhko, budou listy velké: zde mohou rostliny vydat tolik vody, kolik chtějí, aby se ochladily.

Ale tam, kde je velká zima, budou listy zase malé. Ukázalo se, že v chladných oblastech není hlavním omezovačem denní teplota nejteplejšího měsíce, ale noční teplota nejchladnějšího měsíce – jinými slovy, rostliny se více bojí mrazu než přehřátí.

Faktem je, že každý list drží na povrchu vrstvu nehybného vzduchu, který slouží jako tepelný izolant. U velkých listů je tato vrstva silnější, proto na jedné straně obtížněji uvolňují teplo, na druhé straně se při ochlazení obtížněji zahřívají. A pokud jsou noci obzvláště chladné a dlouhé, pak se právě noční teplota stává hlavním faktorem určujícím největší velikost listů.

Je pravda, že ve stejných tropech ne všechny rostliny využívají příležitosti k růstu obrovských listů. Je však třeba připomenout, že denní a noční teploty spojené s deštěm takříkajíc omezují rozsah možností. To by mělo být chápáno tak, že ve vlhkých tropech nemusí rostliny věnovat pozornost teplu, protože zde jim nehrozí vysychání.

A zde mohou vstoupit do hry další, strukturně-fyziologické faktory, kdy se strom nebo keř „rozhodne“, co je pro ně výhodnější – mít mnoho malých listů, nebo i když je listů málo, ale budou velké.

Sami autoři práce přiznávají, že při svém rozboru nebrali v úvahu vliv půd, ale vzájemné ovlivnění klimatu a půdy může ovlivnit i velikost listů. Ale ať je to jakkoli, získané výsledky mohou být velmi užitečné jak v čistě vědeckém, tak v praktickém smyslu. Například podle velikosti listů vyhynulých rostlin lze přesněji určit, jaké klima vládlo na Zemi v určité době.

Pokud chceme druh přesadit na nové území, pak porovnáním jeho listů s klimatem na novém místě můžeme předem pochopit, zda se tento druh bude cítit dobře, a pokud mluvíme o zemědělské plodině, zda bude být tady docela produktivní.

Autor: Kirill Staševič

• Proč kaktusy nevysychají?
• Proč jsou potřeba modré listy?
• list tisíce tváří
• Aby se rostlina chránila před škůdci, musela se stát „zeleným hřbitovem“
• Proč některé rostliny kvetou na jaře a jiné na podzim?

Seznamte se s procesem transpirace – odpařování vody z listů rostlin. Proč je transpirace důležitá pro fotosyntézu, příjem živin, udržování teploty a tlak turgoru?

Transpirace je hlavní fyziologický proces v rostlinách, který zahrnuje pohyb vody z kořenů rostlinou a její následné uvolňování jako pára z listů.

Proces transpirace
K transpiraci dochází především malými otvory v listech zvanými průduchy. Průduchy regulují ztrátu vody čerpáním vody malými xylémovými trubicemi a uvolňují ji jako vodní páru. Tento transpirační proud poskytuje vodu pro fotosyntézu a produkci sacharidů. Pomáhá také udržovat turgor – tuhost rostlinných buněk a pletiv. Transpirace navíc transportuje živiny po celé rostlině.

Transpirace je pasivní proces, což znamená, že rostlina na něj nevynakládá energii. Místo toho je hnací silou pohybu vody nahoru rostlinou rozdíl ve vodním potenciálu mezi kořeny a atmosférou, který je vysvětlen teorií koheze a napětí. Protože se voda odpařuje skrz listy, vodní potenciál v listech je nižší než ve stonku, který je zase nižší než v kořenech, což vytváří negativní vodní potenciál. To lze považovat za sání. Protože se voda přirozeně přesouvá z oblastí s vyšším vodním potenciálem do oblastí s nižším vodním potenciálem, rostliny vytahují vodu od kořenů k listům. Molekuly vody také přilnou ke stěnám xylemu a k sobě navzájem a tvoří souvislý sloupec stoupající vody. Protože transpirace závisí na rozdílu ve vodním potenciálu, hraje při určování rychlosti transpirace největší roli odpařování z listů.

Mnoho funkcí rostlin závisí na optimální rychlosti transpirace.

Absorpce vody: Pokud je transpirace příliš pomalá, snižuje se absorpce vody. Pokud je však transpirace příliš rychlá a ztráta vody přes listy začne převyšovat to, co mohou poskytnout kořeny, rostliny uzavřou průduchy, aby omezily další ztráty vody, což také snižuje příjem vody.

Absorpce živin: Vzhledem k tomu, že živiny jsou rozpustné ve vodě, jejich vstřebávání závisí na vstřebávání vody. Pokud je absorpce vody snížena v důsledku příliš pomalé transpirace, může dojít k nedostatku živin. Rychlá transpirace může naopak vést k předávkování živinami.

Absorpce oxidu uhličitého (CO₂): CO₂, důležitá složka fotosyntézy, je absorbován průduchy. Pokud se průduchy uzavřou kvůli vodnímu stresu, sníží se absorpce CO₂ a rychlost fotosyntézy.

Teplota rostliny: Transpirace odvádí teplo a snižuje teplotu povrchu listů, takže schopnost rostliny přežít v horkých a suchých podmínkách závisí také na rychlosti transpirace.

Turgorový tlak: Tlak, který plazma vytváří
Membrána, přiléhající k buněčné stěně, udržuje rostliny rovné a udržuje jejich tvar a strukturu. Podporuje také expanzi buněk pro apikální růst a otevírání průduchů pro absorpci CO2 během fotosyntézy. Když rostliny ztratí turgor, ochabnou a vadnou.

Odstranění přebytečné vody: Transpirace umožňuje rostlině uvolnit přebytečnou vodu, která není potřeba. Většina vody, kterou rostlina absorbuje, se uvolňuje odpařováním.

Jak prostředí ovlivňuje transpiraci
Rychlost transpirace je ovlivněna několika faktory prostředí, včetně relativní vlhkosti (RH), deficitu parciálního tlaku (deficit tlaku páry VPD) a teploty vzduchu v koruně rostliny nebo nad ní.
S rostoucí vlhkostí klesá transpirace. Protože transpirace uvolňuje vlhkost do vzduchu, zvyšuje vlhkost. Když se vlhkost příliš zvýší, transpirace se zpomalí, protože vzduch je již nasycen vlhkostí, což ztěžuje odpařování vody. Vysoká vlhkost může také podporovat růst plísní a plísní. Naopak, pokud je vlhkost příliš nízká, může docházet k nadměrnému pocení, což vede k vodnímu stresu a nerovnováze živin.
Teplota také ovlivňuje transpiraci. Zvyšující se teplota zvyšuje rychlost transpirace, dokud není dosaženo plató. Přehřátí místnosti může způsobit, že rostliny ztratí více vody, než mohou absorbovat, což vede k vadnutí a stresu, zatímco nízké teploty mohou transpiraci příliš zpomalit.
Výzkum také ukazuje, že rostoucí fotosynteticky aktivní záření (úrovně PPFD) a rychlost proudění vzduchu podporují transpiraci.

Přestože je transpirace pasivní proces, její vysoká rychlost není pro rostliny vždy prospěšná.

Vzhledem k tomu, že prostředí výrazně ovlivňuje transpiraci rostlin, musí být podmínky upraveny tak, aby řídily její rychlost v závislosti na fázích vývoje rostliny.

Sazenice a mladé rostliny
Rychlá transpirace může být škodlivá pro sazenice a mladé rostliny, protože jejich kořenový systém ještě není plně vyvinut a může mít potíže s poskytováním dostatečného množství vody, která by kompenzovala rychlou ztrátu vody přes listy. Pokud kořeny nemohou dostatečně rychle absorbovat vodu, rostlina zažívá vodní stres. To může vést k vadnutí a ve vážných případech i úhynu rostliny.

Aby se zabránilo dalším ztrátám vody, rostliny při nedostatku vody uzavírají průduchy. To umožňuje šetřit vodu, ale zároveň snižuje absorpci oxidu uhličitého (CO₂), který je nezbytný pro fotosyntézu. Snížená fotosyntéza může zpomalit růst a vývoj.

To je důvod, proč se pro sazenice a mladé rostliny doporučuje vysoká vlhkost a použití množitelských skleníků.

Zralé kvetoucí rostliny
Rychlá transpirace může být prospěšná pro velké kvetoucí rostliny, protože tyto rostliny mají obvykle dobře vyvinutý kořenový systém a jsou ve fázi, kdy vyžadují značné množství vody a živin pro podporu kvetení a růstu.

Transpirace vytváří silné napětí v xylému, které napomáhá přesunu vody a rozpuštěných živin z kořenů do listů a květů. Velké kvetoucí rostliny vyžadují pro vývoj květů a metabolické procesy více živin, jako je draslík a fosfor, a rychlá transpirace tuto potřebu podporuje.

Transpirace udržuje průduchy otevřené, což umožňuje rostlině přijímat více oxidu uhličitého (CO₂), který je základní složkou fotosyntézy. Během kvetení je nezbytná zvýšená fotosyntéza, která dodává energii a cukry potřebné pro růst a vývoj.

Rychlá transpirace efektivněji odvádí teplo a ochlazuje rostlinu. To je důležité zejména u větších kvetoucích rostlin, které mají větší povrch a jsou více vystaveny teplu. Udržování optimální teploty listů zabraňuje tepelnému stresu a zajišťuje účinné metabolické procesy.

Velké kvetoucí rostliny často spotřebují více vody, než potřebují pro metabolické funkce. Transpirace pomáhá odstraňovat přebytečnou vodu, čímž předchází problémům, jako je zamokření nebo snížená dostupnost kyslíku v kořenové zóně.

Transpirace podporuje pohyb hormonů, jako jsou cytokininy, z kořenů do výhonků. Tyto hormony jsou rozhodující pro kvetení a další vývojové procesy.

Řízení transpirace rostlin je kritickým aspektem úspěšné produkce plodin, který pomůže udržet zdraví rostlin, zvýší odolnost rostlin vůči stresu a dosáhne vysoké produktivity.

Tři složky úspěchu řízení transpirace:

Mikroklima: Regulace teploty, vlhkosti a proudění vzduchu pomáhá udržovat optimální rychlost transpirace.

Zavlažování: Je nutné se vyvarovat jak přesychání, tak přemokření podkladu.

osvětlení: Intenzita světla by měla odpovídat schopnosti rostliny absorbovat vodu.