Фотосинтезирующие корни

Фотосинтезирующие корни

Орхидология – своего рода священный культ. Всякий раз, когда берешь в руки книгу об орхидеях, можно быстро потеряться в многочисленных незнакомых терминах: сепалии, туберидии, веламен. Этот сложный язык довольно трудно постичь в одиночку. Попробуем вместе в нем разобраться, и начнем с самого важного, что дает жизнь любому растению – это его корни.

С появлением на Земле цветковых растений, среди них идет неизменная борьба за место под солнцем. Одни виды растений оккупировали землю и получили название литофиты. Другие стремились забраться как можно выше, обвивая стеблем ствол дерева. Их корни при этом удлинялись, чтобы достичь богатой гумусом поверхности почвы. Так появились растения – лианы.

Третьи, чтобы выжить, избрали другой путь: они развивали корни, способные к фотосинтезу и позволяющие поглощать воду непосредственно из воздуха. Так сформировались растения, которые нам известны как эпифиты.

В семействе орхидных можно найти все три формы жизни и, соответственно, разные типы корней.

К орхидеям-литофитам относятся, например, некоторые виды paphiopedilums и cypripediums, называемые еще Венериными башмачками. Корни этих видов, темно-коричневого цвета бархатистые на вид, покрыты многочисленными впитывающими волосками.

Среди орхидей-лиан самая известная — Vanilla planifolia. Стебли Ванили поднимаются по стволам деревьев на значительную высоту и посылают вниз множество воздушных корней под разными углами. В процессе роста, как только корень Ванили входит в контакт с гумусом, состоящим из перепревших листьев или помета птиц и животных, на его конце начинают развиваться сильные белые корневые волоски. В этом месте корень уплотняется, заполняя собой трещины в коре дерева, тем самым крепится к нему, и продолжает расти, в состоянии готовности к получению питания.

Однако подавляющее большинство орхидей — эпифиты. Они захватили себе место для жизни на ветвях и стволах деревьев и, соответственно, обладают корнями, способными удерживать и питать растение в этих специфических условиях. Из специфики местообитания и вытекают функции корней эпифитных орхидей.

Первая функция – закрепление. Растения, независимо от своего веса, должны быть надежно прикреплены к «носителю», даже во времена сильных штормов. Эту задачу выполняют крепежные корни. Они цепляются к коре так, что их можно тянуть с любым усилием, чтобы отделить корень, но результатом будет только повреждение части корня.

Сила прикрепления и структура корней чаще всего соответствуют размеру и весу растений. Так, малазийский род, Phalaenopsis, растущий в средних и нижних этажах дождевых лесов, где его потребности в воде легко удовлетворяются почти ежедневными ливнями, развивает относительно немного корней, выполняющих крепежную роль.

толстые и мощные корни ванды

Орхидеи рода Vanda нуждаются в более высоком местоположении, так как требуют много солнца для роста и цветения. Корни у них соответственно очень густые, цилиндрической формы и достаточно толстые и длинные, до полутора метров в длину, чтобы удержать растение на месте во время ветров и ливней.

Но бывает наоборот, у небольшого растения очень разветвленные и многочисленные корни. Это типично для орхидей, растущих на концах почти голых веток, открытых всем ветрам.

Вторая и наиважнейшая функция корней – ассимиляция. Эпифитные орхидеи развивают обширную сеть серебристо-серых корней и всегда готовы к поглощению воды из воздуха, тумана, росы, дождя. При этом питательные вещества они способны извлекать из скудного запаса органики, скопившейся в трещинах коры и в развилках ветвей.

Молодые кони каттлеи

При близком рассмотрении корни эпифитных орхидей кажутся тонкими и упругими, серебристо-зеленого цвета. Они покрыты оболочкой, названной веламен (velamen, от лат. velum — перегородка, завеса), состоящей из омёртвевших пустотелых клеток, заполненых воздухом и абсорбирующих доступную влагу из атмосферы подобно фитилю или губке. С началом сухого сезона, рост корня замедляется, обычно открытый кончик корня покрывается веламеном и входит в фазу покоя. Но веламен, независимо от сезона, всегда готов абсорбировать влагу из воздуха. Влажный сезон характерен длительными ливневыми дождями, но даже в сухой сезон, изредка, идут кратковременные дожди. Дождевые капли вбирают в себя минеральные частицы, рассеянные в атмосфере, и, падая вниз, дают возможность пополнять растениям истощившиеся запасы питания.

Есть предположение, что веламен имеет и другие функции, например, защиты корней. Корни земных растений, находятся обнаженными и незащищенными в почве, но она же и является для них защитой. А эпифитные корни подвержены, в той или иной степени, воздействию прямого солнечного света, высоких температур и сильных иссушающих ветров. Для защиты от таких экстремальных факторов хорошо подходит «шуба» из мертвых пустотелых клеток. При этом главная часть корня, так называемый стержень, состоящий из проводящих сосудов, оказывается хорошо изолированным от всех природных катаклизмов.

Корни некоторых орхидей способны к фотосинтезу. Примерами могут служить орхидеи родов Campylocentrum, Harrisiella, Microcoelia, Polyrrhiza и Taeniophyllum. Это безлистные виды орхидей, корни которых либо толстые и длинные, либо это спутавшийся клубок из корней, либо корни плоские, сглаженные зеленого цвета. Одно их объединяет, они сохраняют хлорофилл, приняв на себя фотосинтезирующую роль немногочисленных, микроскопических листьев, растущих у основания корневой системы.

Читайте также:  Почему мыши умирают от клея

Орхидеи рода фаленопсис обладают промежуточным типом корней, между обычным корнем эпифитных орхидей и группой орхидей, у которых корень самостоятельно выполняет функцию ассимиляции.

лентовидные корни Phal. schilleriana

Phal. schilleriana, Phal. stuartiana, растущие в теплых влажных лесах на Филиппинских островах Лузон и Миндао (Luzon, Mindano), на высоте от 300 до 450 метров над уровнем моря. Их мощные лентовидные корни плотно обвивают «носителя». Усваивающая ткань расположена на поверхности корня, обращенного к свету, под слоем слаборазвитого веламена, что вообще несвойственно для воздушных корней. Поглощающие корневые волоски находятся на скрытой стороне, которая крепится к коре дерева.

Именно из-за способности корней фаленопсисов к фотосинтезу, их рекомендуют выращтвать в прозрачных горшках.

* Абсорбция (от лат . absorbeo), в биологии — поглощение, наличие развитой поверхности соприкосновения абсорбента с поглощаемым веществом.

** Ассимиляция (от лат . assimilatio), в биологии — усвоение питательных веществ живыми клетками (фотосинтез, корневая абсорбция и т. д.).

Источники: W. Richter: The Orchid World. London 1960

С. Darwin: The Various Contrivances by which Orchids are Fertilised by Insects. London 1877

Мои благодарности за предоставленные фотографии: А.Заварзиной, Г. Грузиновой, Брюсу Калпа.

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Специализация и метаморфозы корня

Образование метаморфорный или специализированных корней связано с выполнением ими нетипичных или особых функций. Поэтому такие корни имеют специфическую внешнюю и внутреннее строение. Чаще всего выделяют следующие основные метаморфозы корней или группы специализированных корней высших растений с микроорганизмами почвы: корни-подпорки, ходульные корни, эпифитные корни, корни-гаустории

или корни-присоски, дыхательные корни или пневматофор, фотосинтезирующие корни, корнеплоды, коренебульбы, микоризные корни, корни с пузырьками.

Корни-подпорки или стовпоподибни корни представляют собой дополнительные корни, закладываются на горизонтальных ветвях растений. Они растут вниз, укореняются и образуют собственную корневую систему. Эти корни достаточно толстые, напоминают столбы и хорошо удерживают крону. Одно дерево, таким образом, может разрастаться до значительной площади, образуя рощу. Такие корни образуются, например, в бенгальского фикуса или баньяна.

Ходульные корни образуются у видов мангровой растительности, населяющих тихие, мелкие и илистые морские берега в зоне приливов и отливов. По происхождению они являются дополнительными и свисают вниз, отходя от веток мангровых деревьев. Такие корни обеспечивают им устойчивость и лучшее распределение массы на единицу площади. Мангровые деревья с ходульные корнями встречаются в тропических лесах, на болотах (например, панданусы, некоторые виды пальм). Дошкоподибни опорные корни развиваются в больших деревьев тропического дождевого леса, прежде всего его высокого яруса.

Такие корни боковые и формируются в основании ствола дерева в виде треугольных вертикальных плоских выростов, похожих на доски, прилегающие к стволу. Благодаря дошкоподибним корням масса дерева распределяется на большую площадь. Слабо выраженные дошкоподибни корни могут формироваться и у деревьев умеренного пояса — бука, вяза, тополя.
Эпифитные корни (их еще называют воздушными) развиваются у растений, которые поселяются, растут и развиваются на стеблях других растений, не паразитируя на них, а используя их как опору. Такие растения называются эпифитами. Эпифитные корни на своей поверхности имеют специальную ткань — веламен, которая позволяет корням впитывать дождевую воду или воду с влажностью атмосферы. Веламен снижает потери воды, обеспечивает механическую защиту расположенных под ним тканей, кроме того, в некоторых случаях он может функционировать как фотосинтезирующей ткань. Эпифитные корни широко распространены в тропических лесах и часто формируются у видов семей — ятрышника, Бромелиевые, Ароидные.

Корни-гаустории или корни-присоски проникают в проводящие ткани других растений и таким образом от них поглощают питательные вещества. На конце гаустории имеют длинные волоскоподибни ряды разрастающихся клеток до древесины или проводящего пучка, образуя разветвления. Такие корни формируются у паразитических (петров крест, повилика, волчок) или полупаразитический (омела, перестрич, погремок) растений.

Дыхательные корни или пневматофор развиваются в некоторых тропических деревьев (например, авиценнии, тропического кипариса), растущих на болотистых побережьях океанов. Эти корни растут вертикально над поверхностью почвы, а на конце имеют систему отверстий, связанные с аеренхимою. Воздух из аеренхимы поступает в подводные органы растений и таким образом улучшает их газообмен.
У некоторых видов (например, у водяного ореха) развиваются зеленые ассимиляционные корни, выполняющие функцию фотосинтеза. Они имеют вид перисторассеченные нитей, которые плавают в воде. Фотосинтезирующие корни образуются и в омелы, где они представлены длинными цилиндрическими или несколько сплющенными образованиями, имеют хлорофилл.

Корнеплоды возникают в части видов растений, чаще двухлетних (например, у свеклы, моркови, петрушки, редиса), как образование, выполняющих запасающую функцию. Корнеплод является сложным по морфологической природой образованием, поскольку здесь участвуют корень и стебель — подсемядоли колено или гипокотиля и надсимьядольне колено или епикотиль. В составе корнеплода выделяют три части: головку, шейку и собственно корень. Корнеплоды характеризуются ярко выраженным вторичным утолщением с сильно развитой запасая паренхимой и атрофированной склеренхимой.

Читайте также:  Пауки в подмосковье фото и описание

Подобными корнеплодов является коренебульбы (иногда их еще называют корневыми шишками), также выполняющие запасающую функцию. Они имеют верхушке придаточные почки или они здесь легко образуются. Коренебульбы образуются в георгины, пшенки, батата, у многих видов орхидей. От внешней подобных стеблевых клубней они отличаются отсутствием редуцированных листовых чешуек.
Вследствие симбиоза растений с грунтовыми грибами и бактериями развиваются специализированные микоризные корни и корни с пузырьками.

Оглянитесь вокруг! Пожалуй, в каждом доме есть хотя бы одно зеленое растение, а за окном несколько деревьев или кустарников. Благодаря сложному химическом процессу происходящего в них фотосинтеза стало возможно зарождение жизни на Земле и существование человека. Разберем историю его открытия, суть процесса и реакции, которые протекают в разных фазах.

История открытия фотосинтеза

В настоящее время школьники впервые знакомятся со сложными процессами фотосинтеза уже в 6 классе.

Но еще 300-400 лет назад ответ на вопрос «откуда растения берут питательные вещества для строительства своих клеток?» занимал умы ученых во всем мире.

Первым и очевидным ответом было предположение, что из земли. Однако, в далеком 1600 году фламандский ученый Ян Батист ван Гельмонт решил проверить влияние почвы на рост растений и провел уникальный в своей простоте опыт. Естествоиспытатель взял веточку ивы и бочку с почвой. Предварительно их взвесил. А затем посадил отросток ивы в бочку с почвой.

Долгие пять лет ван Гельмонт поливал молодое деревце лишь дождевой водой. А через пять лет выкопал деревце, и вновь взвесил отдельно деревце и отдельно почву. Каково же было его удивление, когда весы показали, что деревце увеличило свой вес практически в тридцать раз, и совсем не походило на тот скромный прутик, что был посажен в кадку. А вес почвы уменьшился всего на 56 граммов.

Ученый сделал вывод. что почва практически не дает строительного материала растениям, а все необходимые вещества растение получает из воды.

После ван Гельмонта различные ученые повторили его опыт, и сложилась так называемая «водная теория питания растений».

Одним из тех, кто попытался возразить этой теории был М.В. Ломоносов. И строил он свои возражения на том, что на пустых, скудных северных землях с редкими дождями растут высокие, мощные деревья. Михаил Васильевич предположил, что часть питательных веществ растения впитывают через листья, но доказать свою теорию экспериментально он не смог.

И как часто бывает в науке, помог его величество случай.

Однажды нерадивая мышь, решившая поживиться церковными запасами, случайно перевернула банку и оказалась в ловушке. И через некоторое время погибла. К нашей удаче, эту мышь в банке обнаружил Джозеф Пристли, который был не просто священником, а по совместительству ученым-химиком, и очень интересовался химией газов и способами очистки испорченного воздуха. И тут церковным мышам не повезло. Они стали участницами различных опытов английского ученого.

Джозеф Пристли ставил под одну банку горящую свечу, а в другую сажал мышь. Свеча тухла, грызун погибал.

В наше время его самого зоозащитники посадили бы в банку, но в далеком 1771 году ученому никто не помешал продолжить свои опыты. Пристли посадил мышь в банку, где до этого потухла свеча. Животное погибло еще быстрее.

И тогда Пристли сделал вывод, что раз все живое на Земле до сих пор не погибло, Бог (мы же помним, что Пристли был священником), придумал некий процесс, чтобы воздух вновь был пригоден для жизни. И скорее всего, основная роль в нем принадлежит растениям.

Чтобы доказать это, ученый взял воздух из банки где погибла мышь, и разделил его на две части. В одну банку он поставил мяту в горшочке. А другая банка ждала своего часа. Через 8 дней растение не только не погибло, а даже выпустило несколько новых побегов. И он опять посадил грызунов в банки. В той, где росла мята — мышь была бодра и закусывала листиками. А в той, где мяты не было — практически моментально лежала дохлая мышиная тушка.

Опыты Пристли вдохновили ученых, и во всем мире начали отлавливать мелких грызунов и пытаться повторить его эксперименты.

Но мы же помним, что Пристли был священником и весь день, до вечерней службы мог заниматься исследованиями.

А Карл Шееле, аптекарь из Швейцарии, экспериментировал в домашней лаборатории в свободное от работы время, т.е. по ночам, и мыши дохли у него независимо от присутствия мяты в банке. В результате его экспериментов получалось, что растения не улучшают воздух, а делают его непригодным для жизни. И Шееле обвинил Пристли в обмане научной общественности. Пристли не уступил, и в результате противостояния ученых было установлено, что для восстановления воздуха растениям необходим солнечный свет.

Читайте также:  Ванилин и алебастр от клопов

Именно эти опыты положили начало изучению фотосинтеза.

Исследование фотосинтеза стремительно продолжалось. Уже в 1782 году, спустя всего лишь 11 лет после исследований Пристли, швейцарский ботаник Жан Сенебье доказал, что органоиды растений разлагают углекислый газ в присутствии солнечного света. И практически еще сто лет провальных и удачных экспериментов понадобилась ученым разных специальностей, чтобы в 1864 году немецкий ученый Юлиус Сакс смог доказать, что растения потребляют углекислый газ и выделяют кислород в соотношении 1:1.

Значение фотосинтеза для жизни на Земле

И теперь становится понятна важность процесса фотосинтеза для жизни на земле. Именно благодаря этому сложному химическом процессу стало возможно зарождение жизни на земле и существование человека.

Кто-то может возразить, что на Земле есть места, где не растут ни деревья ни кустарники, например, пустыни или Арктические льды. Ученые доказали, что доля кислорода, выделяемого зеленой массой лесов, кустарников и трав — т. е. растений, что обитают на поверхности суши, составляет всего около 20% газообмена, а 80% кислорода приходится на мельчайшие морские и океанские водоросли, которые потоками воздуха переносятся по всей планете, позволяя дышать животным в экстремальных, практически лишенных растительности регионах нашей удивительной планеты.

Благодаря фотосинтезу вокруг нашей планеты сформировался защитный озоновый экран, защищающий все живое на земле от космической и солнечной радиации, и живые организмы смогли выйти на сушу из глубин океана.

Подробнее о «великой кислородной революции» можно прочитать в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А.А. Каменского на портале LECTA.

К сожалению, в настоящее время кислород потребляют не только живые существа, но и промышленность. Уничтожаются тропические леса, загрязняются океаны, что приводит к снижению газообмена и увеличению дефицита кислорода.

Определение и формула фотосинтеза

Определение и формула фотосинтеза

Слово фотосинтез состоит из двух частей: фото — «свет» и синтез — «соединение», «создание». Если подходить к определению упрощенно, то фотосинтез — это превращение энергии света в энергию сложных химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов. У зеленых растений фотосинтез происходит в хлоропластах.

Схема фотосинтеза, на первый взгляд, проста:

Вода + квант света + углекислый газ → кислород + углевод

или (на языке формул):

Если копнуть поглубже и посмотреть на лист в электронный микроскоп, выяснится удивительная вещь: вода и углекислый газ ни в одной из структурных частей листа непосредственно друг с другом не взаимодействуют.

Фазы фотосинтеза

К фотосинтезу способны не только растения, но и многие одноклеточные животные благодаря специальным органоидам, которые называются хлоропласты.

Хлоропласты — это пластиды зеленого цвета фотосинтезирующих эукариот. В состав хлоропластов входят:

  1. две мембраны;
  2. стопки гранов;
  3. диски тилакоидов;
  4. строма — внутреннее вещество хлоропласта;
  5. люмен — внутреннее вещество тилакоида.

Сложный процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. Как понятно из названия, световая (светозависимая) фаза происходит с участием квантов света. Название темновая фаза вовсе не означает, что процесс происходит в темноте. Более точное определение — светонезависимая. Т.е. для реакций, происходящих в этой этой фазе, свет не нужен, а протекает она одновременно со световой, только в других отделах хлоропласта.

Многие делают ошибку, говоря, что в процессе фотосинтеза происходит производство растениями такого необходимого человечеству кислорода. На самом деле фотосинтез — это синтез углеводов (например, глюкозы), а кислород — лишь побочный продукт реакции.

Световая фаза фотосинтеза

Световая фаза фотосинтеза происходит на мембранах тилакоидов. Фотон света, попадая на хлорофилл, возбуждает его и происходит выделение электронов и скопление отрицательно заряженных электронов на мембране. После того, как хлорофилл потерял все свои электроны, квант света продолжает воздействовать на воду, вызывая фотолиз Н2О.

Положительно заряженные протоны водорода накапливаются на внутренней мембране тилакоида.

Получается такой бутерброд: с одной стороны отрицательно заряженные электроны хлорофилла, с другой – положительно заряженные протоны водорода, а между ними – внутренняя мембрана тилакоида.

Гидроксильные ионы идут на производство кислорода:

Когда количество протонов водорода и электронов достигает максимума, запускается специальный переносчик — АТФ-синтаза. АТФ-синтаза выталкивает протоны водорода в строму, где их подхватывает специальный переносчик никотинамиддинуклеотидфосфат или сокращенно НАДФ. НАДФ — специфический переносчик протонов водорода в реакциях углеводов.

Прохождение протонов водорода через АТФ-синтазу сопровождается синтезом молекул АТФ из АДФ и фосфата или фотофосфорилированием, в отличие от окислительного фосфорилирования.

На этом световая фаза фотосинтеза заканчивается, а НАДФН+ и АТФ переходят в темновую фазу.

Повторим ключевые процессы световой фазы фотосинтеза:

  1. Фотон попадает на хлорофилл с выделением электронов.
  2. Фотолиз воды.
  3. Выделение кислорода.
  4. Накопление НАДФН+.
  5. Накопление АТФ.

У некоторых растений фотосинтез идет по упрощенному варианту, который называется «циклическое фосфорилирование» и разбирается этот процесс в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А. А. Каменского на портале LECTA.

Ссылка на основную публикацию
Формирование спинальной походки у кошек
Тяжелое заболевание или травма могут оставить питомца парализованным. Обычно речь идет о параличе тазовых конечностей, когда задние лапки и хвост...
Урезать осетра происхождение
Встретились три охотника и обсуждают достоинства своих собак. Первый: - Пошел я один раз на охоту - ружье взял, а...
Утяжелители для собак своими руками
Шлейки с утяжелителями стимулируют развитие грудной клетки, наращивание мышц. Их разработали специально для животных, у которых отсутствует возможность получать полноценные...
Фотосинтезирующие корни
Орхидология – своего рода священный культ. Всякий раз, когда берешь в руки книгу об орхидеях, можно быстро потеряться в многочисленных...
Adblock detector