Структура і фізіологія рослин

Судинна система. Короткий огляд особливостей сучасних рослин – основних рис їх будови і фізіології – показує результат розвитку рослинного світу. Більшість рослин, особливо вищих, відрізняється характерними рисами будови; всі вони, зокрема, мають: 1) довгий, зазвичай вертикальний і розгалужених стебло, в більшості випадків жорсткий; 2) коріння, добре закріплені в грунті; 3) у верхній частині – зелене листя. Найважливіший процес – фотосинтез – відбувається в листі, байдуже, широкі це листя, голки або ще які-небудь. Клітини листя синтезують хлорофіл ( «рослинну зелень»), зелений пігмент, який поглинає сонячне світло і, використовуючи його енергію, може створювати поживні речовини з вуглекислого газу атмосфери і води, яку рослина витягує з грунту. Через пори листя надходить вуглекислий газ, відбувається реакція фотосинтезу (хімічне відновлення кисню) і в результаті утворюються цукор, вода і вільний кисень.
Вода, яка потрібна для фотосинтезу, надходить знизу, з грунту, по системі коренів, через стебло і гілки. Тепер ми розуміємо, що коріння, стебло і гілки створені не просто для того, щоб нести на собі листя. Це також і водопідводить система каналів, по якій вода в достатній кількості подається навіть на вершину найвищого дерева. Дуже високі хвойні дерева на тихоокеанському узбережжі Північної Америки можуть підтягувати воду на висоту до 120 метрів над землею.
Насправді вода, яка підтягується вгору, до листя, це не просто вода; це сік дерев, водний розчин. У задерев’янілими тканини живого дерева знаходяться вертикальні ланцюжка мертвих клітин. У деяких видів дерев верхні і нижні стінки цих клітин розчинені – як якби в найвищій будівлі довелося знищити перекриття в цілому ряді кімнат, розташованих одна над іншою, щоб спорудити шахту для ліфта. Ланцюжки цих мертвих клітин заповнені соком. Вони утворюють трубочки, по яких рідина, яка надходить з землі, підтягується від коренів до живих листю. З листя вода постійно випаровується в атмосферу через пори. Ця втрата вологи знижує тиск усередині листя і тонких гілок і змушує сік, яким заповнюють систему трубок, підтягуватися через стінки клітин до листя, щоб відшкодувати недолік рідини. Таким чином всмоктувальне зусилля передається по всій системі трубок, включаючи коріння, які в свою чергу починають більш активно поглинати вологу з ґрунту. Вся ця система «судин» представляє собою свого роду насос, що діє досить ефективно.

Ця система, що розглядається в більш широкому плані, представляє собою частину кругообігу води (рис. 4). У такому круговороті частина опадів просочується в землю, поглинається корінням рослин, піднімається до листя і з їх поверхні випаровується в атмосферу, з якої випадає потім у вигляді дощу. Але частина води залишається в рослинах. У процесі фотосинтезу вона з’єднується з вуглекислим газом, який проникає в рослину з атмосфери через пори листя, і утворює поживні речовини і тканини рослини.
Для утворення тканин рослини потрібна велика кількість води і вуглекислого газу. Наприклад, на 0,4 га кукурудзяного поля росте близько 10 000 рослин, які дають близько 3,5 м3 зерна (насіння кукурудзи). Для освіти цієї кількості насіння (ми не вважаємо стебла, коріння, листя і стрижні качанів) рослинам потрібно близько 9 т вуглекислого газу, з якого вони виділяють і використовують 2,5 т вуглецю, а звільнився кисень повертають в атмосферу. Для цієї рослини повинні переробити 21 000 т повітря, тобто більше 2 т на кожну рослину. У той же час рослини повинні витягти з грунту і перекачати в листя 1 892 500 літрів води, що становить близько 190 літрів на кожну рослину.
Цей процес відбувається на кожній дільниці кукурудзяного поля щорічно. Те ж саме відбувається на площах, засіяних пшеницею та іншими зерновими. Такі ж процеси, хоча і відбуваються повільніше, спостерігаються на площах, зайнятих деревами, що дають фрукти або горіхи або використовуються як паливо і будівельний матеріал. Уявивши величезні простори лісів, садів, пасовищ і оброблюваних полів, байдуже, що використовуються людиною чи ні, ми до деякої міри можемо зрозуміти, яку величезну роль рослини, що входять до складу біосфери, грають в кругообігу води, а також в процесах вивітрювання (фізичного і хімічного), що є складовими кругообігу гірських порід.
Система розмноження. Вивченням способу розмноження живих організмів, тварин або рослин, ніколи не слід нехтувати, тому що успішне відтворення організму – це один з найважливіших факторів його успішної еволюції, заставу здатності виживати в мінливих (на краще або гірше) умовах. Тому, розглянувши способи розмноження сучасних рослин, ми можемо дізнатися щось нове і про геологічну історію.
Невелика частина нині існуючих рослин розмножується вегетативно. При вегетативному розмноженні у рослини розвиваються відростки, цибулини або пагони, які вкорінюються і стають самостійними рослинами; точно відтворюють свого батька. (Ми вживаємо це слово в однині, так як в цьому випадку батько тільки один.) При такому розмноженні поєднання різних генів не відбувається; нащадок не набуває ніяких нових властивостей, які могли б послужити йому для пристосування до нових умов середовища.
Статеве розмноження, навпаки, допускає поєднання різних властивостей, успадкованих від різних особин, і якщо умови середовища сприяють розвитку виникають ознак, то еволюція прискорюється. У своїй основі цикл статевого розмноження бессеменних судинних рослин включає дві фази. В першу фазу виникає маленьке безлистих рослина, яке продукуватиме сперматозоїди, або яйцеклітини, або те й інше одночасно. Сперматозоїди від чоловічої рослини переміщуються у воді (присутньої хоча б у вигляді тонкої плівки) і запліднюють яйце жіночого рослини, що знаходиться поблизу. З заплідненого яйця розвивається нова рослина, що перевершує за розмірами рослини першої фази і має листя. У другу фазу це більше рослина утворює спори – клітки, службовці для розмноження і які не вимагають запліднення. Вони несуться і розсіюються вітром, вкорінюються, і з них розвиваються дрібні безлисті рослини першої фази. Таким чином завершується цикл. Як ми бачимо, один момент даного циклу вимагає присутності води; на ранніх етапах історії наземних рослин це обмежувало їх поширення, так як розмноження могло відбуватися лише в певних природних умовах.
Поява насіння усунуло це складне становище і таким чином вдосконалив процес розмноження. При наявності насіння відпала необхідність руху сперматозоїдів до яйцеклітини в воді. Насіння – це не просто ізольована клітина. Воно включає безліч клітин, що утворюють в сукупності корінь, стебло і один-два листка, «упакованих» в поживну речовину і забезпечених оболонкою, що захищає їх від механічного та хімічного впливу. Крім того, коли насіння починає своє існування, воно вже містить запліднену яйцеклітину. Запліднення відбувається тоді, коли яйцеклітина ще не відокремилась від батьківської рослини, яке і живить насіння на початкових стадіях росту, До того часу, коли насіння відділяється, воно вже є мініатюрним організм, забезпечений «пристосовними» пристроями. Цей організм може зберігатися живим до тих пір, поки не вкорениться і не почне своє життя як самостійну рослину. Завдяки зазначеним властивостям він має набагато більші шанси вижити в порівнянні з Бессеменов рослинами, що в свою чергу означає більшу різноманітність можливих середовищ існування і кращу конкурентну здатність даних видів. Значення таких переваг показує вся історія розвитку рослин.

Посилання на основну публікацію