Животные и растения Растения и животные Мир животных и растений Мир растений и животных Животные и растения


Физиология растений

Растения непрерывно преобразуют солнечный свет в энергию и, тем самым, являются важным звеном в жизненной цепочке, охватывающей всю планету.

Растения - это живые "химические заводы", где непрерывно происходят сложные реакции. Сопровождающий эти реакции газообмен делает нашу планету пригодной для жизни. Большинство растений - от крохи-подснежника до дерева-великана - весьма сходны по внутреннему строению, несмотря на разительные внешние различия. Проводящая система, по которой циркулируют питательные вещества и вещества-посредники, представляет собой сеть проводящих пучков, охватывающую корни, стебли и листья.


Клетки растений

В проводящих пучках имеются два основных типа клеток. По клеткам ксилемы, как по каналам, вверх от корней поднимается вода и минеральные соли. А клетки флоэмы служат для транспортировки продуктов фотосинтеза в места, где в них возникает потребность. Эти два типа проводящих каналов разделены тончайшим слоем клеток камбия, одна сторона которого вырабатывает первый тип клеток, а другая - второй. У древесного растения весь рост в толщину происходит за счет камбия, который производит сразу три разных типа клеток - новые клетки ксилемы с внутренней стороны, клетки флоэмы - с внешней и клетки самого камбия, обеспечивающие увеличение этого слоя вместе с ростом дерева. В растениях происходят три важнейших процесса - фотосинтез, дыхание и транспирация, или испарение.


Фотосинтез

Хотя растение и берет из почвы питательные вещества, однако сами по себе они не более чем кирпичики, для укладки которых в новые молекулы необходим процесс фотосинтеза.

Хлорофилл - это молекула, выполняющая всю работу по расщеплению углекислого газа и воды на кислород и сахара (углеводы). Его "рабочий цех" - хлоропласта, в больших количествах находящиеся в особых клетках листьев. Именно они окрашивают большинство растений в знакомый нам зеленый цвет. Даже бурые, красные или сероватые листья содержат хлорофилл, просто кроме него здесь присутствуют и другие пигменты. Только растения-паразиты, вроде повилики или грибов, не содержат хлорофилла и вынуждены существовать за счет энергии, выработанной другими растениями.

Физиология растенийХимическое уравнение преобразования воды (из почвы) и углекислого газа (из воздуха) в кислород и сахар довольно просто; а всю кропотливую работу по расщеплению и синтезу новых молекул выполняет хлорофилл. Выработанный при этом сахар является, по сути, формой потенциальной химической энергии.

Солнечный свет - стимулятор химической реакции в молекулах хлорофилла, поэтому без достаточного запаса воды, углекислого газа и освещения рост растения замедляется.


Дыхание

Если фотосинтез в темноте невозможен, то процесс дыхания и расщепления сахара в присутствии кислорода, сопровождающийся высвобождением энергии, происходит в любое время суток. При этом растение выделяет углекислый газ и испаряет влагу. Когда с приходом темноты фотосинтез прекращается, объем выделяемого растением углекислого газа превышает объем потребленного кислорода.

Однако в глобальных масштабах этот процесс играет важнейшую роль в формировании химического состава атмосферы, и с приходом нового дня воздух снова подвергается переработке фотосинтезом.


Транспирация

Транспирация - процесс, при котором влага испаряется с поверхности листьев через мельчайшие поры, или устьица. Совместно с корневым давлением она поддерживает всасывание воды из почвы и ее подъем к листьям.

При высокой влажности воздуха испарение замедляется, и потребность растения в воде снижается. Зато в жаркую ветреную погоду растение испаряет больше влаги и, чтобы не увянуть, нуждается в дополнительном поливе. Растения, приспособленные к жизни в жарких засушливых краях, либо вообще не имеют листвы (как большинство кактусов), либо в их видоизмененных листьях меньше устьиц, способных к тому же плотно закрываться, чтобы сохранить драгоценную влагу.


Строение листа

У большинства растений поверхность листа достаточно велика, чтобы эффективно использовать солнечный свет, а сами они размещены на стебле либо попарно друг напротив друга, либо мутовками (опоясывают стебель кругом) таким образом, чтобы каждый листок минимально затенял своих нижних соседей. Растения, привыкшие жить в тени, отличаются несоразмерно широкими листьями, способными улавливать максимум солнечного света. Кроме того, растения умеют обращать листву и даже направлять рост к солнцу. Такое изменение роста под действием солнечного света называется фототропизмом.

Далеко не у всех растений листья приспособлены к быстрому поглощению газов и газообмену. В листве многих тенелюбивых видов процесс диффузии протекает замедленно. Впрочем, самим растениям это нисколько не вредит, ибо их рост зависит не столько от солнечного света, сколько от углекислого газа. Они обычно сокращают испарение влаги и, соответственно, меньше нуждаются в фотосинтезе. От избыточного испарения листья защищены эпидермисом, выделяющим воскоподобное вещество - кутин. По поверхности эпидермиса разбросаны многочисленные мелкие поры устьиц, благодаря которым растение регулирует процесс поглощения газов и испарения влаги.

Фотосинтез происходит главным образом в палисадных клетках. Они расположены непосредственно под эпидермисом и заполнены хлоропластами. Срединный слой листовой пластинки - это губчатый мезофилл, в котором, как на временном складе, хранятся продукты фотосинтеза перед отправкой в другие части растения.


Питание

Вода всасывается корнями в процессе осмотической диффузии. Она распространяется по растению отчасти путем осмотических процессов, а отчасти по капиллярам, проникая во все клеточки вплоть до самой верхушки высокого дерева.

Помимо получаемого из воздуха углерода и поступающих с водой водорода и кислорода, растениям нужны для роста многие другие химические элементы - азот, фосфор, магний, железо, кальций и калий, а также длинный список других элементов в микроскопических дозах. Растения проявляют определенную избирательность, впитывая из почвы чего-то больше, а чего-то меньше по мере надобности, даже если все питательные вещества находятся в почве с избытком.


Строительный материал

Вырабатываемый в процессе фотосинтеза сахар (углеводы), пройдя цепочку химических реакций, преобразуется во все прочие необходимые растению вещества. Дальнейший их путь лежит через флоэму проводящих пучков во все ткани и органы растения.

Энергия часто хранится в виде зернышек крахмала (если капнуть йодом на ломтик сырой картофелины, содержащийся в ней крахмал, почернеет - значит, у этого растения запасы энергии накапливаются в клубнях).

В отличие от животных, у растений отсутствует сложная нервная система, поэтому их реакции стимулируются гормонами, т. е. веществами, которые вырабатываются в одной части растения, а действуют - в другой. Одни - например, гиббереллины - содействуют их росту, другие, вроде абсцизовой кислоты, подавляют его. Эта кислота стимулирует образование отделительного слоя тонкостенных, рыхло расположенных клеток в черенках листьев и спелых плодов, и те под действием ветра и силы тяжести падают на землю.


Карликовость

Гибберелловая кислота - это гормон, способный изменять характер роста. К примеру, можно заставить карликовое растение подрасти в высоту, воздействуя на него гиббереллином. Другие вещества, наоборот, создают эффект карликовости у обычно высоких видов. Эти гормоны нередко используются для получения высоких или низкорослых и компактных растений.

Фототропизм - это естественное стремление растения вверх, к солнечному свету. Геотропизм - реакция растения на земную гравитацию, т. е. рост корней вниз. Хемотропизмом называют реакцию на химические стимулы, например, ауксин. Гормон ауксин играет важную роль в регуляции темпов роста различных органов растения. В зависимости от положения растения, крахмал откладывается в той или иной его части, заставляя ауксин накапливаться в корнях или побегах.

Концентрация ауксина уменьшается от верхушки к корню, и хотя, в целом, он стимулирует рост, однако потребность разных органов в ауксине далеко не одинакова. При избытке ауксина в том или ином органе его рост даже замедлится. Если поместить растение горизонтально, то ауксин будет скапливаться внизу. Благодаря этому ускорится рост верхушки побега - т. е. места, где ауксина больше всего (и растение выгнется вверх). Зато в самом низу, у корня, рост замедлится, и стебель снова поникнет.


Фототропизм

При условии равномерного распределения ауксина по всем тканям, побег будет расти вертикально вверх, но при этом сам гормон начнет скапливаться на затененной стороне. Благодаря этому здесь ускорится рост клеток, и побег повернется к свету. В данном явлении фототропизма (стремлении к свету) можно разглядеть действие гормона, мудро управляющего движением растения вслед за солнцем.

Тот же ауксин способствует раскрытию бутонов под воздействием света или температуры. Тепло ускоряет рост каждого лепестка с одной стороны, и в результате цветок распускается. У некоторых растений под воздействием холода тот же процесс происходит в обратном порядке.

Способность многих растений виться или цепляться за опоры тоже зависит от распределения гормонов. Едва усик душистого горошка касается опоры, гормоны тотчас перемещаются на противоположную сторону растения, стимулируя ее рост, а усик тем временем обвивается вокруг опоры.

Вещества-посредники регулируют также форму и кустистость растения. Вырабатываемый растущими верхушками ауксин разносится соками во все остальные органы растения, где может угнетать рост боковых побегов. Чем дальше от верхушки, тем слабее действие ауксина, и каждому органу достается оптимальное для роста количество. Поскольку при высокой концентрации этот гормон может угнетать развитие побегов, расположенных позади главной точки роста, они не будут соперничать с основным стеблем. Но если этот стебель сломается или будет поврежден (или садовник прищепит его для стимуляции роста боковых ветвей), уровень ауксина снизится и перестанет угнетать развитие почек, расположенных ниже старой точки роста. После этого новые побеги начнут вырабатывать больше ауксина и, в свою очередь, установят свой контроль, угнетая развитие расположенных позади побегов. Это явление называют апикальным (верхушечным) доминированием.


Сила света

Физиология растенийСвет не только играет ключевую роль в процессе фотосинтеза, но и управляет цветением. Продолжительность дня и ночи оказывает также определенное влияние на рост. Одни садовые и комнатные цветы пришли к нам из жарких экваториальных стран (где день равен ночи), другие - из высоких широт с длинными летними днями и зимними ночами. Растения высоких широт, привыкшие к продолжительному световому дню, называют растениями длинного дня.

Если их переселить в умеренные широты, то это непременно скажется на цветении. К примеру, дельфиниум - растение длинного дня, и потому цветет в начале лета (когда продолжительность светового дня увеличивается), чтобы семена успели вызреть до наступления холодов. Зато гостья из жаркой Мексики георгина - растение короткого дня, которое начинает цвести с приближением осени.