מערכת ההובלה בצמח מאזן המים בצמח הגורמים המשפיעים על קליטת המים מהקרקע

מצגת בנושא: "מערכת ההובלה בצמח מאזן המים בצמח הגורמים המשפיעים על קליטת המים מהקרקע"— תמליל מצגת:

1 מערכת ההובלה בצמח מאזן המים בצמח הגורמים המשפיעים על קליטת המים מהקרקע
נקודת הכמישה הפיוניות: מבנן, ומנגנון הפתיחה והסגירה שלהן תהליך הדיות והגורמים המשפיעים עליו התאמות להגדלת קליטת המים, ולצמצום הדיות בצמחי מדבר מצגות קשורות מערכת ההובלה בצמח חלק א': מבנה השורש, הגבעול, העלה, העצה והשיפה, והתאמתם לתפקודם מערכת ההובלה בצמח חלק ב': קליטת מים ומינרלים בשורשים, הובלת מים ומינרלים בעצה: תיאוריית האדזיה-קוהזיה- טרנספירציה, הובלת סוכרים (ועוד חומרים) בשיפה.

2 כמות המים היוצאת מן הצמח (בעיקר מן העלים) בתהליך דיות
מאזן המים בצמח כדי לחיות ולתפקד, הצמחים חייבים, כמו כל היצורים, לשמור בגופם על ההומאוסטזיס של כמות מים קבועה. מאזן מים תקין נשמר כאשר: כמות המים הנקלטת על ידי השורשים כמות המים היוצאת מן הצמח (בעיקר מן העלים) בתהליך דיות כמות המים הנקלטים בשורשים, וכמות המים היוצאים בתהליך דיות תלויות הן בגורמים סביבתיים הן בגורמים פנימיים של הצמח – במצגת זו נעסוק בנושאים אלו.

3 המים תופסים 60-90% ממשקל הצמח.
חשיבות המים בצמח המים הם המרכיב העיקרי בתאי הצמח (הם מצויים בעיקר בציטופלסמה ובחלולית התאים). המים תופסים 60-90% ממשקל הצמח. המים נחוצים להמסת חומרים ולהובלתם בין אברי הצמח השונים: לדוגמה, המסת מינרלים והובלתם מן השורשים לעלים, והובלת סוכרים מן העלים לשורשים. סביבה נוזלית נחוצה לקיום תהליכים בצמח כגון: קליטת חומרים אל תוך התאים ופליטה של חומרים מן התאים החוצה תהליכי חילוף חומרים (מטבוליזם) בתאים, שהם תהליכים אנזימתיים, כגון נשימה תאית, פוטוסינתזה ובניית חלבונים המים נחוצים גם לשימור לחץ טורגור בצמח: צמח המצוי במאזן מים תקין, ייראה זקוף ורענן, כי תאיו מצויים במצב טורגור מלא צמח המצוי במאזן מים שלילי, ייראה כמוש, כי תאיו מצויים במצב פלסמוליזה תמונות: ד"ר נורית קינן ואורה בר

4 שאלה 1: הגורמים המשפיעים על קליטת המים בשורשים
לדעתכם, מהם הגורמים החיצוניים והפנימיים המשפיעים על קליטת המים בשורשים?

5 תשובה שאלה 1: לדעתכם, מהם הגורמים החיצוניים והפנימיים המשפיעים על קליטת המים בשורשים? תשובה: כמות המים הנקלטת מן הקרקע על ידי השורשים, תלויה במבנה מערכת השורשים, ובכמות המים הזמינים בקרקע, כמפורט בשקפים הבאים.

6 הגורמים המשפיעים על כמות המים הנקלטים על עדי השורשים
כמות המים הזמינים בקרקע התלויה בכמות המשקעים ובקצב אידוי המים מהקרקע, ובקצב קליטת המים על ידי הצמחים. גודל שטח הפנים של השורשים: ככל שהוא גדול יותר, יש יותר "מקום" שהמים יכולים לחדור דרכו. הפרש הריכוזים: ככל שהפרש בין ריכוז המומסים בתאי השורש ובין הפרש ריכוז המומסים במי הקרקע גדול יותר, כך קצב האוסמוזה גדול יותר. טמפרטורה: ככל שהיא גבוהה יותר, קצב תנועת המולקולות עולה, וקצב האוסמוזה עולה. יונקת עצה הגדלה של תא יונקת וגרגירי הקרקע שסביבו גרגירי קרקע מים חללי אוויר חמצן חתך רוחב בשורש מי הקרקע מינרלים תא יונקת

7 המים הזמינים לצמח בקרקע
הצמחים יכולים לקלוט מים רק משכבות הקרקע העליונות, ששורשיהם מגיעים אליהן. מקצת מי הגשם (או מי השקיה) המגיעים לקרקע מחלחלים לשכבות קרקע העמוקות ואף למי התהום. מים אלו אינם זמינים לצמחים. המים נשארים בשכבות הקרקע העליונות, משום שהם אחוזים בחלקיקי הקרקע בכוחות תאחיזה הגוברים על כוח הכובד. המים האלה ממלאים את החללים הזעירים שבין חלקיקי הקרקע, ואילו החללים הגדולים מתמלאים באוויר (זה מקור החמצן הנחוץ לתהליך הנשימה התאית בתאי השורש!). גרגיר קרקע חללי אוויר (מקור החמצן לשורש) מי הקרקע

8 קליטת מים מתאפשרת עד המצב של נקודת כמישה
היונקות בתאי השורש מפעילות כוח יניקה, שמנתק את המים שצמודים לגרגירי הקרקע. קליטת המים נמשכת עד למצב שבו נותרת סביב גרגירי הקרקע שכבת מים דקיקה האחוזה בהם בכוח רב, העולה על כוח היניקה של השורשים. מצב זה, שבו לא נותרים בקרקע מים זמינים לצמח, נקרא נקודת הכמישה, והוא אינו מאפשר את קיום הצמחים. נקודת הכמישה מצב שבו יש בקרקע מים זמינים לצמח גרגירי קרקע חללי אוויר (מקור החמצן לשורש) מי הקרקע

9 השורש מותאם לקליטת מרבית של מים ומינרלים
הצמח קולט מים ומינרלים מן הקרקע דרך מערכת השורשים. ככל ששטח הפנים של השורשים גדול יותר, כך יכולת קליטת המים והמינרלים גדולה יותר. השורש בנוי משורש או שורשים מרכזיים ומשורשים צדדיים המתפצלים מהם. בקצות השורשים יש בליטות באורך מ"מ הנקראות יונקות. עיקר הספיגה של המים והמינרלים מתרחש דרך היונקות. מספרן העצום של היונקות מגדיל את שטח הפנים של השורש ומייעל את תהליך ספיגת המים והמינרלים. עד כה עסקנו בקליטת המים מן הקרקע ובגורמים המשפיעים עליה, בהמשך המצגת נעסוק באיבוד המים מן הצמח בתהליך הדיות. תמונות: ד"ר נורית קינן

10 איבוד המים בתהליך דיות מתרחש בעיקר מן העלים
העלה הוא האבר שבו מתרחש תהליך הפוטוסינתזה. צורתו השטוחה של העלה מגדילה את היחס שטח פנים/נפח שלו – דבר המייעל את חדירת האור אל רוב תאי העלה, וקליטה יעילה של פחמן דו-חמצני. אך, בד בבד מגדיל את כמות המים האובדת מן הצמח לאוויר בתהליך דיות. רק כ1% מן המים שנקלטו על ידי הצמח מנוצל לבניין גופו ולפוטוסינתזה, ו-99% מן המים יוצאים בתהליך הדיות. עוד על המונח יחס שטח פנים/נפח במצגת: יחס שטח פנים/נפח ומשמעותו הביולוגית ברמות ארגון שונות בפרק: רעיונות מרכזיים ומונחי יסוד בביולוגיה.

11 הפיוניות – פתחים בעלים. דרכן חודר הפחמן הדו-חמצני, אך גם יוצאים מים בתהליך דיות
העלים מוקפים מצדם העליון והתחתון בשכבת קוטיקולה הבנויה מחומר שקוף חדיר לאור אך אטום למים ולגזים. בשכבת האפידרמיס שמתחת לקוטיקולה יש פתחים זעירים הנקראים פיוניות (בקוטיקולה יש פתח מעל לכל פיונית). הפחמן הדו-חמצני הנחוץ לתהליך הפוטוסינתזה חודר אל העלים דרך הפיוניות, אך בד בבד עם קליטת הפחמן הדו-חמצני, נפלטים דרך הפיוניות אדי מים רבים בתהליך הדיות. (רוב הדיות מן העלה מתרחשת דרך הפיוניות). לפיכך, הדיות הוא תוצאת לוואי של פתיחת הפיוניות, העלולה להזיק לצמח ולגרום להתייבשותו. פתח הפיונית תצפית מיקרוסקופית באפידרמיס עלה הכולל פיוניות- מבט מלמעלה ©istockphoto.com/ Nancy Nehring תאי אפידרמיס תאי השמירה אפידרמיס עליון קוטיקולה תחתון פיוניות חתך רוחב בעלה

12 שאלה 2: בצמחי יבשה, מדוע הקוטיקולה בצד העליון של העלים עבה יותר, בדרך כלל?
הקוטיקולה היא שכבה לא-תאית, הבנויה מחומר שעוותי בעל חדירות נמוכה, המגן על העלה מפני איבוד מים. א. בצמחי יבשה רבים, הקוטיקולה בצד העליון של העלה עבה יותר מן הקוטיקולה בצד התחתון, ולכן הצד העליון מבריק יותר. מה היתרון בכך? תמונות: אורה בר ב. סביר להניח שיהיה הבדל בעובי הקוטיקולה בין צמחים הגדלים באזורי אקלים שונים. הסבירו מדוע.

13 תשובה שאלה 2: הקוטיקולה, היא שכבה לא-תאית, הבנויה מחומר שעוותי בעל חדירות נמוכה, המגן על העלה מפני איבוד מים. א. בצמחי יבשה רבים הקוטיקולה בצד העליון של העלה עבה יותר מהקוטיקולה בצד התחתון, ולכן הצד העליון מבריק יותר. מה היתרון בכך? ב. סביר להניח שיהיה הבדל בעובי הקוטיקולה בין צמחים הגדלים באזורי אקלים שונים. הסבירו מדוע. תשובה: א. זו התאמה להקטנת איבוד מים מן הצמח: הצד העליון חשוף לקרינה ישירה וטמפרטורת האוויר סביבו גבוהה יותר מן הטמפרטורה בצד התחתון, שאינו חשוף לשמש. לכן, הסכנה לאיבוד מים מן הצמח בתהליך דיות בצד העליון של העלה, גדולה יותר. הקוטיקולה העבה מגִנה מפני איבוד מים. ב. סביר להניח שהקוטיקולה בעלים של צמחי מדבר עבה יותר מן הקוטיקולה של עלי צמחים החיים באזורים שאינם מדבריים. הנימוק: בסביבה מדברית המים הם גורם מגביל, ולכן יש יתרון בצמצום איבוד המים מן הצמח.

14 שאלה 3 שאלה 3: בגרות תשס"א הסבירו את המשפט: "תהליך הדיות בצמח הוא בלתי נמנע, אך לעתים הוא עלול להזיק לצמח"

15 תשובה שאלה 3: בגרות תשס"א הסבירו את המשפט: "תהליך הדיות בצמח הוא בלתי נמנע, אך לעיתים הוא עלול להזיק לצמח" תשובה: הדיות הוא תהליך בלתי נמנע מכיוון שפתיחת הפיוניות היא תנאי הכרחי לכניסת פחמן דו-חמצני לעלים, ולקיום תהליך פוטוסינתזה, ואולם דרך הפיוניות הצמח מפסיד מים בתהליך דיות. הפסד המים עלול לגרום לכמישת הצמח ואף להתייבשותו. ויסות הפתיחה והסגירה של הפיוניות מונע מצב זה, כפי שנלמד בהמשך המצגת.

16 מבנה הפיונית ומנגנון הפתיחה והסגירה
 הפיונית מורכבת משני תאים הקרויים תאי שמירה, שבהם יש פתח. כאשר תאי השמירה קולטים מים באוסמוזה, לחץ הטורגור בהם עולה, והם מתנפחים בדרך אסימטרית. התפיחה האסימטרית גורמת להגדלת הפתח בין תאי השמירה, ובמצב זה הפיונית פתוחה. כאשר לחץ הטורגור בתאי השמירה יורד – הפיונית נסגרת. פיונית פתוחה (מימין) ופיונית סגורה (משמאל) בצמח יהודי נודד ד"ר נורית קינן ואורה בר©

17 הגורמים המשפיעים על פתיחת/סגירת הפיוניות
הפיוניות נפתחות/נסגרות במצבים הבאים: א. באור- הפיוניות נפתחות, בחושך- הן נסגרות. ב. אבדן מים מן הצמח עקב דיות מוגבר (לדוגמה, ביום חמסין), או אי-קליטת כמות מים מספקת מן הקרקע, יכול לגרום לירידת לחץ הטורגור בתאי הצמח, ובהם גם בתאי השמירה – דבר הגורם לסגירת הפיוניות. היתרון בכך עבור הצמח: מניעת הפסד מים נוסף בדיות, שעלול לגרום להתייבשות הצמח ולמותו. בכך הפיוניות מתפקדות בתור אבר הומאוסטטי, המווסת את כמות המים הצמח. החיסרון: כשהפיוניות סגורות, תהליך הפוטוסינתזה נפסק. ג. כאשר ריכוז הפחמן הדו-חמצני בתוך העלה נמוך (דבר המעיד על קצב פוטוסינתזה גבוה והתקיימות תנאים מתאימים לפוטוסינתזה) – הפיוניות נפתחות, כאשר ריכוזו גבוה – הפיוניות נסגרות. פיונית פתוחה באפידרמיס של עלה עגבנייה צולם במיקרוסקופ אלקטרוני סורק

18 קישור לסימולציה – פתיחה של פיונית וסגירתה
 היכנסו לסימולציה המתארת את השפעת מצב משק המים בצמח על פתיחת/ סגירת הפיונית, וענו על השאלה המופיעה בשקף הבא. פתיחה של פיונית וסגירתה

19 שאלה 4: השפעת מצב המים בצמח על פתיחת/סגירת הפיוניות
התרשים עוסק בהשפעת מצב משק המים בצמח על פתיחת/סגירת הפיוניות. מחקו את המיותר. לחץ הטורגור בתאי השמירה גבוה/נמוך הפיונית סגורה/פתוחה התהליך מתרחש כשצמח מאבד מים/קולט מים התהליך מתרחש כשצמח מאבד מים/קולט מים

20 התרשים עוסק בהשפעת מצב משק המים בצמח על פתיחת/סגירת הפיוניות.
תשובה שאלה 4: התרשים עוסק בהשפעת מצב משק המים בצמח על פתיחת/סגירת הפיוניות. מחקו את המיותר. לחץ הטורגור בתאי השמירה גבוה הפיונית פתוחה לחץ הטורגור בתאי השמירה נמוך הפיונית סגורה התהליך מתרחש כשצמח קולט מים התהליך מתרחש כשצמח מאבד מים

21 שאלה 5: בשילוב עם שלבי החקר המדעי (משתנים, גורמים קבועים, בקרה)
שאלה 5: סעיף א מבגרות תשס"א א. שני צמחי גרניום, הנמצאים בתנאי אור ו-CO2 מיטביים, הושקו באותה כמות מים. צמח אחד הושקה במי ברז, והאחר במי ברז מעורבים במי ים. במצב זה יהיו יותר פיוניות פתוחות בצמח שהושקה במי ברז בלבד. הסבירו מדוע. ב. מהו המשתנה הבלתי תלוי, ומהו המשתנה התלוי בניסוי? ג. מהם הגורמים הקבועים בניסוי? ד. מהי הבקרה בניסוי?

22 תשובה שאלה 5: סעיף א מבגרות תשס"א א. שני צמחי גרניום, הנמצאים בתנאי אור ו-CO2 מיטביים, הושקו באותה כמות מים. צמח אחד הושקה במי ברז, והאחר במי ברז מעורבים במי ים. במצב זה יהיו יותר פיוניות פתוחות בצמח שהושקה במי ברז בלבד. הסבירו מדוע. ב. מהו המשתנה הבלתי תלוי, ומהו המשתנה התלוי בניסוי? ג. מהם הגורמים הקבועים בניסוי? ד. מהי הבקרה בניסוי? תשובה: א. כמות המים שצמח קולט מן הקרקע בתהליך אוסמוזה תלויה בהפרש בין ריכוז המומסים בתאי השורש לעומת ריכוז המומסים במי הקרקע. אצל הצמח שהושקה במי ברז היה הפרש הריכוזים גדול יותר, ולכן הוא קלט יותר מים מן הצמח שהושקה במי מלח. לחץ הטורגור בתאיו, וגם בתאי השמירה של הפיוניות היה גדול יותר, ולכן אצלו היו יותר פיוניות פתוחות. ב. משתנה בלתי תלוי: ריכוז המומסים במי ההשקיה (בלא מומסים, מי מלח). משתנה תלוי: מספר הפיוניות הפתוחות. ג. גורמים קבועים: סוג הצמח, כמות מי ההשקיה, תנאי האור, הטמפרטורה. ד. בניסוי יש בקרה פנימית: כל אחת משתי מערכות הניסוי (שני הצמחים) מהווה בקרה לאחרת, כי ההבדל היחידי ביניהן הוא בריכוז המומסים במי ההשקיה, ולכן אפשר לייחס את התוצאות להשפעת הבדל זה.

23 שאלה 6: הגורמים המשפיעים על קצב הדיות
קצב הדיות מושפע מגורמים חיצוניים ומגורמים פנימיים בצמח. שערו מהם גורמים אלו. רמז: חשבו באילו תנאים כביסה מתייבשת בקצב מהיר יותר.

24 תשובה שאלה 6: קצב הדיות מושפע מגורמים חיצוניים, ומגורמים פנימיים בצמח. שערו מהם גורמים אלו. רמז: חשבו באילו תנאים כביסה מתייבשת בקצב מהיר יותר. תשובה: הדיות מושפע מגורמים חיצוניים: טמפרטורה, לחות האוויר, הרוח. ומגורמים פנימיים: מידת פתיחת הפיוניות, שטח הפנים של העלים. ראו פירוט בשקף הבא.

25 הגורמים המשפיעים על תהליך הדיות
טמפרטורה: ככל שהיא גבוהה, קצב הדיות עולה לחות האוויר: ככל שהיא נמוכה יותר, הרוח: ככל שהיא חזקה יותר קצב הדיות עולה (כי הרוח מסיעה אתה אוויר לח מאזור העלה, ומביאה אוויר יבש יותר) ככל שמספר הפיוניות הפתוחות גדול יותר, וככל שמידת הפתיחה שלהן גדולה יותר, קצב הדיות עולה שטח הפנים של העלים: ככל שהוא גדול יותר, קצב הדיות גדול.

26 ב. מהו ההסבר לכך שגם בכלי ג' הייתה ירידה בנפח המים.
שאלה 7 שאלה 7: בגרות תש"ע מערכת הניסוי המתוארת באיור שלפניכם הועמדה ליד החלון ל- 24 שעות. בתחילת הניסוי היה נפח המים בכל אחד מן הכלים 25 מ"ל. כדי למנוע התאדות מן הכלים הוסיפו שכבה דקה של שמן לכל אחד מהם. כעבור 24 שעות נמדד נפח המים בכל אחד מן הכלים, ונמצא שנפח המים בכלי א' פחת ב-5 מ"ל, בכלי ב' ב-3 מ"ל, ובכלי ג' ב-1 מ"ל. א. הסבירו מדוע נפח המים ירד במידה הרבה ביותר בכלי א', במידה פחותה בכלי ב', ובמידה הקטנה ביותר בכלי ג'. ב. מהו ההסבר לכך שגם בכלי ג' הייתה ירידה בנפח המים. כלי א' בלי כיסוי כלי ב' מכוסה בכיסוי שקוף כלי ג' מכוסה בכיסוי שחור

27 בכלי ג' היה חושך ולכן הפיוניות היו סגורות, ולכן כמעט שלא היה דיות.
תשובה שאלה 7: בגרות תש"ע כלי א' כלי ב' כלי ג' תשובה: בכלי א' היה אור, ולכן הפיוניות היו פתוחות. תהליך של דיות התרחש, ונקלטו מים* מן הכלי אל הצמח. בכלי ב' גם היה אור והפיוניות היו פתוחות, אך אדי המים שהתאדו מן הצמח לא יכלו להתפזר, ולפיכך נוצרה באוויר שבשקית לחות גבוהה, ולכן קצב הדיות היה נמוך יותר. בכלי ג' היה חושך ולכן הפיוניות היו סגורות, ולכן כמעט שלא היה דיות. ב. יש איבוד מים (קטן) גם מן הקוטיקולה שאינה אטומה לחלוטין למים, ולא רק דרך הפיוניות. * הדיות הוא אחד הכוחות המרכזיים ( בנוסף לקוהזיה והאדזיה) הגורמים למשיכת המים בצינורות ההובלה כלפי מעלה.

28 שאלה 8: גרף פוטוסינתזה ודיות ביום חם ויבש
שאלה 8: גרף פוטוסינתזה ודיות ביום חם ויבש שאלה 8: בגרות 2007 לפניכם שתי עקומות: אחת מציגה את השינויים בשיעור הפוטוסינתזה בצמח מסוים במהלך יום קיץ שרבי, והאחרת מציגה את ההשתנות של עצמת האור באותו היום. א. הסבירו את השינויים בשיעור הפוטוסינתזה בין השעות 9:00 ל- 18:00. ב. תארו כיצד תיראה העקומה המציגה את השינויים בשיעור הדיוּת באותו הצמח באותן השעות (אין צורך בתיאור מפורט). נמקו.

29 תשובה שאלה 8: בגרות 2007 תשובה: א. בשעה 9.00 יש אור חזק למדי והטמפרטורה עדיין אינה גבוהה במיוחד. בתנאים אלו הפיוניות פתוחות ועצמת הפוטוסינתזה מרבית. לקראת שעות הצהריים, הטמפרטורה עולה וקצב הדיות עולה. עם הדיות יורד לחץ הטורגור בתאי הצמח, ויש סגירה חלקית של הפיוניות, ולכן נעשית פחות פוטוסינתזה, עד רמה מינימלית בשעה 12.00, שהיא שעת שיא החום. עם תחילת הירידה בעצמת האור, קצב הדיות קטן ולחץ הטורגור בתאי הצמח עולה (הצמח ממשיך לקלוט מים מן הקרקע), ולכן הפיוניות נפתחות וקצב הפוטוסינתזה עולה. ב. עקומת הדיות תהיה דומה לעקומת הפוטוסינתזה. נימוק: גם דיות וגם פוטוסינתזה מתרחשים כאשר הפיוניות פתוחות.

30 שאלה 9 שאלה 9: בגרות תשס"ה הסבר מדוע ויסות של מידת הפתיחה והסגירה של הפיוניות חיוני לגדילה של צמח בתנאים של אקלים חם ויבש.

31 תשובה שאלה 9: בגרות תשס"ה הסבר מדוע ויסות של מידת הפתיחה והסגירה של הפיוניות חיוני לגדילה של צמח בתנאים של אקלים חם ויבש. תשובה: צמח הגדל בתנאי אקלים חם ויבש מאבד מים רבים לסביבה בתהליך דיות, ועקב כך יורד לחץ הטורגור בתאי השמירה והפיוניות נסגרות. בלא מנגנון זה, היה הצמח ממשיך לאבד מים עד כמישה והתייבשות.

32 שאלה 10 שאלה 10: א. "הפיוניות מתפקדות בתור אבר הומאוסטטי בצמח" – הסבירו את המשפט. ב. קצב הגידול של צמחי מדבר קטן לעומת צמחים הגדלים באזורים שאינם מדבריים, והם מגיעים לממדים קטנים יותר. לדעתכם, האם הדבר קשור גם לעובדה שהפיוניות נסגרות כאשר מצב משק המים בצמח גרוע? ג. מהו היתרון עבור הצמח בכך שהפיוניות סגורות בלילה?

33 תשובה שאלה 10: א. "הפיוניות מתפקדות בתור אבר הומאוסטטי בצמח" – הסבירו את המשפט. ב. קצב הגידול של צמחי מדבר קטן לעומת צמחים הגדלים באזורים שאינם מדבריים, והם מגיעים לממדים קטנים יותר. לדעתכם, האם הדבר קשור גם לעובדה שהפיוניות נסגרות כאשר מצב משק המים בצמח גרוע? ג. מהו היתרון עבור הצמח בכך שהפיוניות סגורות בלילה? תשובה: א. הפיוניות נסגרות כאשר לחץ הטורגור בתאי השמירה יורד. מצב זה מתרחש כאשר הצמח מאבד מים רבים בתהליך דיות או כשהצמח אינו קולט כמות מים מספיקה מן הקרקע. היתרון בכך עבור הצמח: מניעת הפסד מים נוסף בדיות, שעלול לגרום להתייבשות הצמח ולמותו. בכך הפיוניות מתפקדות בתור אבר הומאוסטטי, המווסת את כמות המים הצמח. ב. צמחי מדבר חיים בסביבה שהמים מהווים בה גורם מגביל, כמות המים שהם קולטים מן הקרקע קטנה, וכמו כן, שיעור הדיות מן הצמח גבוה עקב החום והיובש. לכן, בעיקר בקיץ, יש תקופות שבהן פיוניות הצמחים סגורות. במצב זה הצמח אינו יכול לקיים פוטוסינתזה, ומכיוון שתוצרי הפוטוסינתזה משמשים גם לגידול, הירידה בקצב הפוטוסינתזה מתבטאת בקצב גידול אִטי, ועקב כך, גודלו המרבי של הצמח קטן. ג. תהליך הפוטוסינתזה אינו יכול להתקיים בחושך כי לתהליך נחוץ אור, ולכן ממילא אין כל צורך בפתיחת הפיוניות. פתיחת הפיוניות בחושך רק תזיק לצמח – הוא יאבד מים בתהליך הדיות.

34 שימו לב!  שימו לב! תהליך פתיחת/סגירת הפיוניות בהשפעת מצב המים בצמח הוא תהליך פסיבי: לחץ הטורגור בתאי השמירה עולה עקב קליטת מים ולכן הפיוניות נפתחות, או יורד עקב איבוד מים בדיות, או חוסר קליטת כמות מספקת של מים מן הקרקע, ולכן הפיוניות נסגרות. היתרון בכך הוא צמצום איבוד מים נוסף. במהלך האבולוציה היה יתרון לצמחים שמבנה הפיוניות שלהם גרם לסגירתן בתנאי מים קשים. הימנעו מניסוחים כגון: הפיוניות נסגרות בשביל למנוע איבוד מים. או הצמח סוגר את הפיוניות בשביל למנוע איבוד מים. לדוגמה, נסחו בדרך זו: ירידת לחץ הטורגור בצמח עקב איבוד מים גורמת לסגירת הפיוניות, עקב כך הדיות פוחת, וכך נמנע מן הצמח הפסד מים נוסף.

35 שאלה 11: מדוע יש יותר פיוניות בצד התחתון של העלה?
ברבים מצמחי היבשה יש יותר פיוניות באפידרמיס בצד התחתון של העלה, מאשר באפידרמיס בצד העליון, הפונה לעבר השמש. לעומת זאת, בצמחי מים שעליהם צפים על פני המים כמו נימפיאה, יש פיוניות בצד העליון של העלה. מה יכולה להיות הסיבה להבדלים האלה?

36 תשובה שאלה 11: ברבים מצמחי היבשה יש יותר פיוניות באפידרמיס בצד התחתון של העלה, מאשר באפידרמיס בצד העליון הפונה לעבר השמש. לעומת זאת, בצמחי מים שעליהם צפים על פני המים כמו נימפיאה, יש פיוניות בצד העליון של העלה. מה יכולה להיות הסיבה להבדלים האלה? תשובה: הצד העליון של העלה, החשוף לשמש, נמצא בסביבה חמה יותר, ולכן קצב הדיות ממנו גדול יותר, מקצב הדיות מן הצד התחתון הנמצא "בצל", באזור שבו הטמפרטורה נמוכה יותר. לכן בצמחי יבשה, יש יתרון בכך שמספר הפיוניות, שדרכן מתרחש רוב תהליך הדיות, יהיה גדול יותר בצד התחתון. צמחי מים צפים קולטים פחמן דו-חמצני מן האוויר, ולכן הפיוניות נמצאות בצד העליון של העלים החשוף לאוויר. הם נמצאים בסביבה שהמים אינם מהווים בה גורם מגביל, ולכן יכולים לשאת את איבוד המים בדיות.

37 סיכום ביניים: מאזן המים בצמח, הגורמים המשפיעים על קליטת המים, ועל איבוד המים בדיות
המים נחוצים לצמח להמסת חומרים, ולהובלתם בין אברי הצמח השונים, לקיום תהליכים מטבוליים, ולשימור לחץ טורגור תקין. ויסות מאזן המים הוא תנאי הכרחי לחיי הצמח ולתפקודו התקין. כאשר צמח קולט מים מן הקרקע בכמות המים שאיבד בתהליך הדיות, נשמר בגופו מאזן מים תקין. מצב של מאזן מים שלילי גורם לכמישת הצמח, ועלול להביא למותו. הגורמים המשפיעים על קליטת המים: כמות המים הנקלטים מן הקרקע תלויה בכמות המים הזמינים בקרקע, בהפרש בין ריכוז המומסים בצמח לבין ריכוז המומסים במי הקרקע, בגודל שטח הפנים של השורשים ובטמפרטורה. הצמח יכול לקלוט את המים הזמינים בקרקע עד נקודת הכמישה. הגורמים המשפיעים על איבוד המים בדיות: תהליך הדיות מושפע מגורמים סביבתיים כמו טמפרטורה, לחות האוויר והרוח, ומגורמים שקשורים בצמח כמו גודל שטח הפנים של העלים, מספר הפיוניות הפתוחות, ומידת פתיחתן.

38 המשך סיכום פתיחת הפיוניות היא תנאי הכרחי לקיום הפוטוסינתזה, אך כאשר הן פתוחות, הצמח מאבד דרכן מים בתהליך דיות. הפיוניות נפתחות כאשר לחץ הטורגור בתאי השמירה גבוה, ונסגרות כאשר הלחץ נמוך. במצב של איבוד מים, לדוגמה, בימים חמים ויבשים, הפיוניות נסגרות עקב ירידת לחץ הטורגור בתאי השמירה, דבר הגורם לצמצום הדיות, אך גם לירידה בקצב הפוטוסינתזה. סגירת הפיוניות בחושך או במצב של איבוד מים מוגבר מן הצמח, מקטינה את שיעור הדיות ומונעת מצב של התייבשות הצמח – בכך יש לפיוניות תפקיד חשוב בשמירת מאזן מים תקין בצמח (שמירת ההומאוסטזיס).

39 לצמחי מדבר יש התאמות לקליטת יותר מים ולצמצום הדיות
סביבת חיים מדברית מאופיינת במיעוט משקעים ובטמפרטורות גבוהות בשעות היום. הקרקע במקומות רבים במדבר מלוחה, בגלל מיעוט הגשמים (בדרך כלל הגשמים שוטפים את המלחים לעומק). כל אלו הם גורמים מגבילים להתפתחות צמחים במדבר. לצמחים מדבריים רבים יש מצד אחד, התאמות להגדלת כמות המים הנקלטים מן הקרקע, ומצד אחר, התאמות לצמצום איבוד מים בדיות.

40 שאלה 12: התאמות צמחים לחיים במדבר
לפניכם רשימת התאמות של צמחים לתנאי מדבר. מיינו אותן על פי הקריטריונים הבאים: התאמות להקטנת איבוד מים בדִיות / התאמות לקליטת יותר מים או לאגירת מים / התחמקות מתנאי סביבה לא-נוחים. הסבירו כיצד כל התאמה עוזרת לצמח. א. כיסוי קוטיקולה עבה בעלים (הקוטיקולה היא שכבה של חומר שעוותי אטום למים) ב. שטח עלים קטן או השרת עלים בקיץ ג. החלפת עלי חורף גדולים בעלי קיץ קטנים ד. מערכת שורשים מפותחת ה. פיוניות הנמצאות בתוך שקעים, או מכוסות בשערות ו. העלים מכוסים בשערות ז. פעילות בעונות הנוחות (בחורף ובאביב), פריחה והבשלת פֵּרות עד בוא הקיץ, ואחריה התייבשות. הזרעים נותרים באדמה ונובטים בסתיו ובחורף הבאים. (צמחים חד-שנתיים) ח. עלים או חלקי צמח אחרים בשרניים דיות (טרנספירציה): תהליך התאדות מים מֵעלים ומחלקים אחרים של צמחים, המתרחש בעיקר דרך הפיוניות. פיוניות: פתחים בשכבת התאים החיצונית של עלים, שדרכם מתרחש חילוף הגזים (CO2, חמצן ואדי מים - דיות) בין הצמח לסביבה. שערות: כולאות ביניהן שכבת אוויר רווי באדי מים שהתאדו מהצמח, ובכך גורמות להקטנת קצב הדיות מן הצמח.

41 תשובה שאלה 12: התאמות להקטנת איבוד מים בדִיות א. כיסוי קוטיקולה עבה בעלים (הקוטיקולה היא שכבה של חומר שעוותי אטום למים). הקוטיקולה מקטינה את קצב הדיות. ב. שטח עלים קטן או השרת עלים בקיץ. ככל ששטח הפנים קטן כך יהיה פחות תהליך דיות. ג. החלפת עלי חורף גדולים בעלי קיץ קטנים. כנ"ל ה. פיוניות הנמצאות בתוך שקעים או מכוסות בשערות. השערות כולאות ביניהן אוויר רווי אדי מים (שהתאדו מן הצמח). קיום שכבת אוויר לחה הצמודה לצמח גורם להקטנת קצב הדיות. גם בשקעים שבהם הפיוניות נמצאות נכלא אוויר רווי באדי מים. ו. העלים מכוסים בשערות כנ"ל התאמות לקליטת יותר מים או לאגירת מים מערכת שורשים מפותחת. קליטת מים מוגברת. עלים או חלקי צמח אחרים בשרניים. אגירת המים התחמקות מתנאי סביבה לא-נוחים ז. פעילות בעונות הנוחות (בחורף ובאביב), פריחה והבשלת פֵּרות עד בוא הקיץ ולאחריה התייבשות. הזרעים נותרים באדמה ונובטים בסתיו ובחורף הבאים. (צמחים חד-שנתיים). התחמקות מתנאי סביבה לא-נוחים.

42 שאלה 13: התאמות צמחים לחיים במדבר
זהו את ההתאמות לתנאי יובש בצמחים הנראים בתמונות:

43 זהו את ההתאמות לתנאי יובש בצמחים הנראים בתמונות:
תשובה שאלה 13: זהו את ההתאמות לתנאי יובש בצמחים הנראים בתמונות: תשובה: לחרוב עלים גלדניים (נוקשים) משום שהם מכוסים בשכבת קוטיקולה עבה המקטינה את קצב הדיות. עלה חרוב תשובה: צמחים בעלי אברים בשרניים אוגרי מים. טבורית נטוייה צלקנית האצבעות צבר

44 שאלה 14 שאלה 14: בגרות 2007 ציינו שתי תכונות שעשויות להימצא בעלים של צמחים החיים בתנאי יובש, והסבירו כיצד תכונות אלו תורמות להתאמת הצמחים לסביבת המחיה שלהם.

45 תשובה שאלה 14: בגרות 2007 ציינו שתי תכונות שעשויות להימצא בעלים של צמחים החיים בתנאי יובש, והסבירו כיצד תכונות אלו תורמות להתאמת הצמחים לסביבת המחיה שלהם. תשובה: במדבר, המים הם גורם מגביל עבור הצמחים. המים משתתפים בתור מגיב בפוטוסינתזה, ומיעוט מים בצמח עלול לגרום לסגירת הפיוניות ולהפסקת הפוטוסינתזה. לכן נמצא בצמחי מדבר התאמות להקטנת איבוד מים מן הצמח כגון: עלים קטנים – הקטנה שטח הפנים שממנו יוצאים מים בתהליך דיות. שערות על העלים – השערות כולאות ביניהן אוויר רווי אדי מים (שהתאדו מן הצמח), עקב כך נוצרת סביב העלה סביבה לחה, וקצב הדיות קטן. התאמות נוספות - ראו בתשובה לשאלה 10.

46 סיכום: התאמות העוזרות לשמירה על מאזן מים תקין בתנאי חום ויובש
צמחים המותאמים לתנאי מדבר שומרים על מאזן מים תקין בעזרת: התאמות להקטנת איבוד מים בדִיות כיסוי קוטיקולה עבה בעלים עלים קטנים או השרת עלים בקיץ החלפת עלי חורף גדולים בעלי קיץ קטנים הפיוניות נמצאות בתוך שקעים או מכוסות בשערות העלים מכוסים בשערות התאמות לקליטת יותר מים או לאגירת מים מערכת שורשים מפותחת בעלת שטח פנים גדול עלים או חלקי צמח אחרים בשרניים