Повна версія

Головна arrow Екологія arrow Екологічна фізіологія рослин

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Зелені рослини – особлива форма життя

Особливості життєдіяльності зелених рослин

Живі організми на земній кулі представлені кількома основними групами. Це рослини, тварини, гриби і мікроорганізми. Головна відмінність рослин від тварин і більшості мікроорганізмів, безперечно, пов'язана з характером живлення. Для зелених рослин характерний автотрофний тип живлення, заснований на процесі фотосинтезу, за якого нова органічна речовина створюється із простих неорганічних сполук, тоді як тварини живляться гетеротрофно, тобто використовують в їжу готову органічну речовину.

Фотосинтез, властивий зеленим рослинам, – це унікальний фізіолого-біохімічний процес, за якого із вуглекислого газу повітря і води за рахунок сонячної енергії, що поглинається зеленим пігментом хлорофілом, утворюються органічні речовини.

Не лише спосіб живлення сам по собі відрізняє рослини від тварин. З автотрофністю рослин пов'язана ціла низка інших їхніх особливостей, які випливають з автотрофності і визначають своєрідність життєдіяльності рослин.

Для будь-яких живих організмів важливу роль відіграє розподіл харчових ресурсів у просторі. їжа тварин сконцентрована в певних місцях. У фітофагів – там, де ростуть їстівні рослини, у м'ясоїдних хижаків – там, де знаходиться їхня жертва. Виникає необхідність знайти цю їжу і переміститися в місце ΰ знаходження. Тому тваринні – істоти рухливі.

“їжа” рослин, а головні її компоненти – це вуглекислий газ і сонячне випромінювання, навпаки, порівняно рівномірно розподілена в просторі. Це стосується як водних, так і наземних рослин. У групі зелених водоростей рухливими є тільки найпримітивніші одноклітинні форми або види з міксотрофними типом живлення, тобто здатні як здійснювати фотосинтез, так і поглинати готові органічні речовини.

Переважна більшість фотосинтезуючих водоростей як продукт фотосинтезу утворює кисень, його бульбашки залишаються в клітинах і сприяють спливанню таких водоростей у верхні шари води, де вище освітленість. У якихось спеціальних органах руху в цьому разі немає необхідності, тому в міру еволюції всі одноклітинні зелені водні рослини втрачали органи руху – джгутики.

У наземних фотосинтезуючих рослин витрата значної кількості матеріальних ресурсів і енергії на формування органів руху виявилася невигідною. Переміщення туди, де в повітрі тимчасово може бути дещо більшою концентрація вуглекислого газу або яскравіше світить сонце, не закрите хмаринкою, а ґрунт дещо вологіший, особливих вигод не дає. Витрати матеріально-енергетичних ресурсів у рослин на побудову органів руху і переміщення в просторі для отримання таких мізерних і ненадійних переваг у живленні явно себе не виправдовують. Тому рослини – це організми нерухомі.

Отже, нерухомість рослин цілковито зумовлена особливостями їхнього живлення.

У процесі тривалої еволюції у зелених сухопутних рослин відповідно до їх автотрофності і нерухомості сформувалася досить типова морфологія на структура. У них розвиваються генеративні (спорангії, спори, квітка, плід, насіння) та вегетативні структури (рис. 1.1). Вегетативних органів тільки три. Основний з них – це листок, у клітинах якого здійснюється фотосинтез. Формування листової поверхні у кожного з видів зелених рослин визначаєть-

Схема будови тіла вищої рослини на прикладі дводольної рослини

Рис. 1.1. Схема будови тіла вищої рослини на прикладі дводольної рослини:

1 – головний корінь; 2 – бічні корені; З – сім'ядолі; 4 – гіпокотипь; 5 – епікотиль; 6 – вузол; 7 – пазуха листка; 8 – пазушна брунька; 9-міжвузля; 10-листок; 11 -квітка; 12 – верхівкова брунька; 13 – стебло

ся генетичними та екологічними чинниками. Це створює величезну різноманітність форм і структур листкового апарату, який навіть у одного виду рослини в різних екологічних умовах істотно змінюється. Однак функції зелених листків загалом завжди залишаються однаковими: поглинання вуглекислого газу і сонячної енергії.

Кореневі системи зелених рослин структурно менш різноманітні, їхні основні функції полягають в закріпленні, фіксації рослини на певному місці і в поглинанні з ґрунту води та мінеральних речовин, необхідних для процесу фотосинтезу.

Стебло виконує роль сполучення листя і коріння. Ксилемою стебла вверх по рослині піднімаються вода й іони мінеральних речовин, які потрібні для фотосинтезу та метаболізму в цілому, а флоемою вниз по рослині переміщуються готові органічні речовини, що служать для формування й росту кореня.

Нерухомість дозволила зеленим рослинам економно витрачати матеріально-енергетичні ресурси і тим самим стала певною перевагою, але вона ж істотно обмежила можливість рослин пристосовуватися до мозаїчного і винятково мінливого екологічного середовища шляхом зміни місця “проживання”. Як компенсація нерухомості в зелених рослин у процесі еволюції сформувався цілий комплекс структур і властивостей, які забезпечують їх виживання саме як нерухомих організмів. Цей комплекс називають механізмом тонкого налаштування (fine-tuning) рослини на місце її існування. Його складовими виступають біохімічні, фізіологічні й морфологічні адаптації. Для рослин такий механізм особливо важливий, оскільки однаковою мірою при поширенні насіння вітром, тваринами або іншими агентами насіння проростає там, куди воно випадково потрапило, і новій молодій рослині необхідно пристосуватися до екологічних умовами саме цього місця. Переміститися вона не може.

Нерухомість рослин у першу чергу компенсується філотаксисом – здатністю змінювати положення листків у просторі з формуванням листкової мозаїки і цілою системою тропізмів, які визначають напрямки росту пагонів і кореня. Вони допомагають рослинам повніше використовувати ресурси вуглекислого газу, світла, мінеральних речовин і води в тих місцях, де вони знаходяться.

Завдяки позитивному геотропізму корінь завжди росте у вниз за градієнтом сили тяжіння, а через негативний геотропізм пагони завжди ростуть вгору. Гідротропізм забезпечує ріст коренів рослин у ґрунті у напрямку підвищення його вологості, а хемотропізм визначає їхній ріст у бік тих ділянок ґрунту, де вище концентрація необхідних мінеральних речовин. У цілому, система орієнтованих ростових процесів певною мірою компенсує загальну нерухомість рослини: вона дозволяє рослині в тому місці, де проросло її насіння, зайняти позицію, яка є найбільш екологічно сприятливою. Отже, формотвірний процесс це важлива особливість рослин, що забезпечує максимальну пристосованість до умов зростання.

Адаптованість рослин до екологічного середовища забезпечується це й властивістю їхніх клітин, яка називається тотипотентністю. Тотипотептність це здатність молодих клітин диференціюватися в будь- яку з клітин дорослої рослини. У нормі у тварин тотипотентність властива тільки заплідненій яйцеклітині (зиготі), проте в рослин тотипотентність може бути реалізована кожною неспеціалізованою соматичною клітиною. Тотипотентність клітин виявляється в поширеній здатності рослинного організму до відновлення втрачених частин – регенерації. Добре відомим прикладом регенерації є утворення при живцюванні рослин додаткових коренів на зрізаних пагонах.

Необхідність захищати себе від фітофагів зумовила появу у рослин цілої низки морфологічних захисних пристосувань. Це різні шипи й колючки. Сформувалася також лінія біохімічного захисту, яка охоплює утворення в рослинах широкого асортименту різних токсинів, глікозидів і алкалоїдів, біосинтез яких практично повністю відсутній у тварин.

Відрізняються рослини від тварин і за тривалістю росту. Ріст рослин у період вегетації є практично постійним процесом (особливо ріст і галуження кореневих систем), тоді яку тварин він пов'язаний тільки з першими етапами онтогенезу.

Рослини ростуть, тварини переміщуються. Рослини реагують на довкілля формоутворенням, а тварини – зміною поведінки.

Зіставляючи особливості рослин і тварин, слід наголосити, що їжа рослин отримується ними із довкілля поверхнею листків і коренів. Чим більшою є ця поверхня, тим ефективніше відбувається поглинання вуглекислого газу, світла, іонів мінеральних речовин і води. Через це відношення поверхні (s) до об'єму (v) у рослин має тенденцію до максимізації, тобто s/v → ∞. На відміну від цього принцип побудови тіла тварин на основі особливостей їхньої фізіології інший – він спрямований на мінімізацію зовнішньої поверхні: s/v → 0.

У цілому рослини за багатьма параметрами форми і властивостями істотно відрізняються від тварин, але при цьому мають дуже тонко й точно функціонуючі механізми виживання та розмноження. Просто механізми у них не такі, як у тварин.

Відмінності у способі живлення у рослин і тварин виявляється не лише в окремих особин, вони охоплюють і їхні популяції, тобто сукупності особин, у формі яких існують усі види живих організмів.

Положення окремої особини тварин у межах території, яку займає їхня популяція, не фіксоване, тоді як рослини завжди знаходяться в певних локусах популяційного поля й прикріплені до нього кореневою системою. У цьому разі популяційне поле – це територія, на якій більш-менш компактно проживають особини одного таксономічного виду.

В основі всіх особливостей рослин лежать фізіологічні процеси, кожен з них має певну спрямованість і реалізується залежно від екологічних особливостей місця існування. Більшість рослин – багатоклітинні організми, і усі їхні фізіологічні процеси прив'язані до певних клітин та внутрішньоклітинних структур, а також груп клітин, що утворюють рослинну тканину, спеціалізовану на реалізації певної фізіологічної функції. Наприклад, хлоренхіма – процесу фотосинтеза, ксилема – проведенні води і мінеральних речовин.

 
<<   ЗМІСТ   >>