Жизнедеятельность растений. Фотосинтез зеленых растений

Весь запас органических веществ, благодаря которому существует жизнь на Земле, создают зеленые растения и некоторые специализированные бактерии. Для этого им нужны вода, углекислый газ, минеральные компоненты и солнечный свет. Поскольку растения должны снабжаться этим постоянно, у них выработались специальные структуры.

Фотосинтез зеленых растений. Зеленые растения любых размеров -от микроскопических одноклеточных водорослей до стометровых деревьев - имеют по крайней мере две общие черты. Во - первых, их клетки окружены плотной оболочкой из целлюлозы [1].

Оболочка растительной клетки состоит из двух слоев волокон целлюлозы. Во внутреннем слое эти волокна лежат параллельно один другому, в наружном - перекрещиваются. Протопласты клеток связаны тяжами живой протоплазмы, которые проходят через крошечные отверстия в клеточных оболочках

Толщина этих оболочек может быть менее 0,001 мм, но в целом они придают необходимую растению прочность. Во - вторых, все зеленые растения содержат пигмент хлорофилл, который обусловливает их окраску и необходим для осуществления фотосинтеза - процесса, позволяющего растениям самим синтезировать себе органические вещества. Именно хлорофилл улавливает солнечную энергию, использующуюся в химических процессах создания питательных веществ.

Даже растения, имеющие бурую или красную окраску (как, например, некоторые водоросли), содержат хлорофилл, хотя его зеленый цвет и маскируется цветом других пигментов. Лишь у немногих растений нет хлорофилла, и тогда они либо паразитируют на других растениях (например, повилика), либо вступают с ними в обоюдовыгодные отношения (симбиоз), как это наблюдается у грибов. Листья у растений-паразитов зачастую редуцированы до чешуй.

Хотя хлорофилл может содержаться в любой части растения, к фотосинтезу приспособлены листья [3] и именно они особенно богаты этим пигментом. В ходе фотосинтеза солнечная энергия используется в растении для расщепления воды на кислород и водород. Кислород освобождается, а из водорода и углекислого газа атмосферы в результате ряда сложных химических реакций при участии ферментов образуются сахара (углеводы), которые могут быть основой для построения любого характерного для растений химического соединения.

Наружные клетки обеих поверхностей листа составляют защитный слой, называемый эпидермисом [1]; он покрыт воскоподобной кутикулой, препятствующей излишним потерям воды.

В клетках этих водонепроницаемых слоев (преимущественно в эпидермисе нижней стороны листа) имеются небольшие отверстия-устьица [2].

Под эпидермисом верхней стороны находится слой цилиндрических палисадных клеток [3], богатых осуществляющими фотосинтез хлоропластами.

Ниже лежит слой губчатого мезофилла [4], где накапливаются продукты фотосинтеза до их передачи в другие части растения

Синтезированные в листьях органические вещества поступают в другие части растения по особой проводящей ткани, называемой флоэмой. Вытянутые, примыкающие одна к другой концами клетки флоэмы образуют как бы систему «вен», пронизывающих растение. Пограничные концевые участки клеточных оболочек имеют вид перфорированных перегородок и называются ситовидными пластинками. Через них проходят тяжи живой цитоплазмы, которые и участвуют в проведении питательных веществ.

Система водоснабжения. Вода в зеленых растениях движется по другой проводящей ткани - ксилеме, клетки которой образуют сосудистую систему, дополняющую систему клеток флоэмы. Ксилема - это длинные ряды клеток с прочными оболочками. Но это могут быть и широкие трубки, представляющие собой многоклеточные структуры. По ксилеме вода поднимается от корней в листья [5] в результате совместного действия осмоса (особый тип диффузии) и капиллярности (подъем воды по очень тонким трубочкам). Таким образом вода может доходить до вершин самых высоких деревьев.

Вода поглощается крошечными волосками на корнях растений [1]. Затем она поднимается вверх по ксилеме [2] и испаряется через устьица [3]. Этот процесс транспирации способствует и охлаждению листьев, и поступлению в растение минеральных солей

Большинство растений, как водных, так и наземных, всю жизнь остается на одном месте, но некоторые микроскопические водоросли могут передвигаться в воде с помощью бичевидного жгутика или коротких ресничек. Растения устроены так, чтобы усваивать как можно больше солнечной энергии и выдерживать неблагоприятные воздействия среды. Водные растения гибки, как веревки, и не повреждаются текущей водой. Наземные растения так ориентируют свои листья, что их поверхность обычно повернута к солнцу. Корни наземных растений прочно закрепляются в почве. Внешний облик растений может заметно различаться в зависимости от условий окружающей среды. Так, растения, выросшие высоко в горах, кажутся на первый взгляд совершенно несхожими с представителями того же вида, развившимися на равнине.

В отличие от животных растения не имеют нервной системы. Их рост регулируется только гормонами, или так называемыми ростовыми веществами. Эти вещества образуются преимущественно в активно растущих тканях, а свое действие оказывают в частях растения, несколько удаленных от мест их образования. Одни гормоны, как, например, ауксины, гиббереллины и цитокинины, ускоряют рост, другие - среди них наиболее распространена абсцизовая кислота - подавляют. Есть и такие вещества, которые влияют на созревание плодов.

Каждый растительный гормон действует на рост растений по-своему. Ауксин, например, способствует главным образом удлинению растительных клеток, но принимает участие и в укоренении растений, а также в противодействии абсцизовой кислоте в процессе так называемой «ампутации», когда растение прерывает связь с отмирающими листьями и зрелыми плодами еще задолго до того, как они опадут. Гиббереллин выполняет различные функции в растущем растении, но особенно известен своей способностью стимулировать рост побегов в длину у некоторых карликовых растений [7]. Цитокинины играют важную роль в регуляции клеточного деления [13].

После обработки гиббереллиновой кислотой карликовая фасоль [А] достигает высоты обыкновенной [Б]

Новые клетки формируются преимущественно в кончиках корней и побегов. Точка роста побега сосудистого растения [1] состоит из небольшой группы клеток (верхушечной меристемы), которые, делясь, дают начало новым клеткам и обусловливают постоянное удаление верхушки растения от корня. Делящиеся клетки [2] образуют листовые зачатки [3], в пазухах которых возникают. зачатки почек, дающих начало ветвям. Верхушечная почка, выделяя гормоны-ингибиторы, может тормозить развитие боковых побегов (так называемое апикальное доминирование)

Значение солнечного света. Солнечный свет, необходимый для фотосинтеза растений, помогает и регуляции их роста. Растения, развивающиеся в темноте, обычно сильно вытянуты и имеют желтоватую окраску [12], поскольку в этом случае свет не разрушает ауксин, а хлорофилл не образуется. Фитохром, вещество чувствительное к свету, входит в состав физиологических «часов» растения, определяя его способность учитывать длину светового дня, а значит, и «следить» за временем года [11]. С точки зрения экологии это очень важно, поскольку наилучшее время для цветения или высева семян варьирует в разных частях света.

Одни растения зацветают независимо от длины светового дня, тогда как другие- либо в период длинных световых дней [А], либо - коротких. Экземпляр табака [Б], выращенный при коротком световом дне, не зацвел

Влияние света на рост растений называют фотоморфогенезом. Один из проростков горчицы развивался на свету [А].

Другой, того же возраста и той же генетической линии, рос в темноте [Б]: его стебель длинный и тонкий, а листья и корни недоразвиты. Свет очень важен для роста всех зеленых растений, поскольку запасенные в семядолях питательные вещества используются лишь тогда, когда растение тянется к свету.