A?oaeinenoaiu
Контакты            Карта сайта  
     
  ГЛАВНАЯ  |  О КОМПАНИИ  |  ПРЕДЛОЖЕНИЯ  |  ЗАКАЗ АКВАРИУМОВ И УСЛУГ  |  ИНФОР-MIX  |  СТАТЬИ  
   
 



 

 


Главная Статьи Пресноводные аквариумы

Транспорт воды и газа в водных растениях

Назад
© Оле Педерсен  

Cтатья впервые появилась на сайте Tropica.com
Перевод - © Михаил Колобов, 2010.

 

Адаптация высших растений к жизни в воде. Это история успеха в растительном мире, но это также история об эволюции необходимых черт у высших растений, которые необходимы для покорения водной среды, предполающей совершенно иные условия жизни по сравнению с наземной средой, в которой предположительно эволюционировали покрытосеменные.

Эволюция покрытосеменных - растений с семенной оболочкой вокруг зерна - на земле была вполне успешна. Первые древние покрытосеменные растения появились, по крайней мере 130 миллионов лет и в течение следующих 40 миллионов лет большинство эта группа растеий успешно эволюционировала. Еще через 20 миллионов лет покрытосеменные стали доминирующими формами флоры на нашей планете. Главенствующие ранее папоротники и Cycas-подобные формы были заменены покрытосеменными растениями. В настоящее время эта группа растений доминирует по всему миру с общим числом видов более 300000. Мы встречаем их каждый день - деревья, кустарники и даже трава на газоне принадлежат этой группе растений.

Небольшая группа покрытосеменных растений, что составляет менее 5% от всех существующих видов, полностью или частично покорила водную среду. Первые водные покрытосеменные появились около 80 миллионов лет назад и в то же время появились формы, которые во многих случаях, потеряли видимое сходство со своими сухопутными предками. Однако, по нашему мнению, водных покрытосеменных передовая группа эволюционировала прямо из земли живущих предков, вероятно, неправильно. Новая наука на самом деле места и кувшинок и Ceratophyllum-форм, как на самом раннем этапе истории развития покрытосеменных растений, а в некоторых случаях, даже до расхождения в однодольных и двудольных. Трудно представить себе, что болото растений и других растений, не десантный должен развиваться параллельно с наземными покрытосеменных, поскольку межфазных между землей и водой, во многих отношениях, предлагает лучшие из каждой среды. Действительно, в земной среде скорость роста растений часто ограничивается водоснабжения.

Мы можем разделить современные водные растения на две группы: облигатные водные растения и десантные растения. Облигатные растения не могут существовать вне водной среды. Наиболее распространенный пример из аквариумных растений - Aponogeton spp. и Cabomba, которые погибают и высыхают очень быстро, когда извлекаются из воды. Облигатные водные растения обычно населяют мелкие озера и реки, где они часто составляют доминирующую флоруы. В море, глубоких озерах и крупных реках господство водных растений значительно сократилось за последние 50 лет из-за эвтрофикации. От высокой концентрации питательных элементов на основе азота и фосфора, выгоду получают микроскопические водоросли, а их биомасса значительно снижает количество света, способного проникать в толщу воды и достигать корней растений на дне. Плавающие растения, с другой стороны, могут расти длительное время, даже если они находятся не полностью под водой. Десантные растения часто доминируют среди растительности ручьев и рек, но и во временных водоемах и озерах погруженная растительность часто состоит из десантных растений. Здесь встречаются растения частично погруженные в воду нижней частью побегов или такие, которые полностью погружены в воду во время сезона дождей, но полностью находящиеся на суше в засушливые периоды. Типичными примерами являются рода Echinodorus и Cryptocoryne.

Транспортировки газа в водных растениях
Огромное значение для успешного развития в водной среде или заболоченных почвах, является способность транспортировать кислород из листьев в корни. Это наиболее эффективно достигается с помощью аэренхимы. Аэренхима (сосудистая ткань) проходит через ткани растения от производящих кислород листьев до корней. В ней осуществляется транспорт О2 путем диффузии в газовой среде. Большинство водных растений, вероятно, могут осуществлять обмен веществ на основе брожения, - но в долгосрочной перспективе, аэробного обмена является фундаментальным, так выходной энергии настолько выше. Кроме того, недостаточное O2 транспорта корни могут уменьшить общие функции корень из-за отравления, осуществляемые, например сульфид (неприятный пахнущие вещества, известного из вареного яйца). Если O2 транспорта к корням достаточно, однако, окисленные сфере будет строить вокруг корня и сульфидных будет окисляться и тем самым детоксикацию.

Некоторые водные растения развивались передовые системы, которая позволяет массовый расход воздуха таким образом, они не должны полагаться на медленной прецессии чистой диффузии. Джон Дейси показали в начале 80-х, что желтый Waterlilly обладает системой, которая вентилирует корней и корневищ с помощью воздушного потока массы. Система работает только в растениях с воздухом контакт с листьями. Здесь воздух поступает молодых листьев и стекает через черешок и далее через корневищем, где газов, растворенных в вода в поре осадка диффундировать в воздушном потоке. Поток воздуха побег через старые листья и здесь состав воздуха является смесью между атмосферным воздухом и газов, растворенных в воде поры осадка. Воздуха обусловлена различия в температуре и влажности - Кнудсена - диффузия и бесплатными для завода. За последние 10 лет эта система была показана на работу в другие растения тоже, например, хвост кота и тростника, и массового расхода воздуха позволяет растений обитают более восстановительной осадков, потому что они являются более эффективными в обеспечении их корни с O2.

Наличие углекислого газа (CO2) также ограничен в воде по сравнению с воздуха. Во многих естественных систем растений в воде реально ограничено углерода питания. Таким образом, большинство современных аквариумов имеет какое-то СО2 обогащения воды для преодоления возможных ограничений для фотосинтеза и роста. Некоторые водные растения развивались передовые стратегии для преодоления ограничений углерода в природных средах. Наиболее важным адаптации является способность использовать бикарбонат (HCO3-), который присутствует в высоких концентрациях в щелочных пресной воды и во всех морских вод. Однако Существуют некоторые ограничения в этой стратегии, как переход от НСО3-в СО2 требует ввода энергии. Возможность использовать НСО3-является уникальным для водных растений и присутствует в большинстве групп водных автотрофных организмов из цианобактерий (сине зеленых водорослей), до наиболее продвинутых покрытосеменных растений.

Тем не менее, небольшая группа водных растений, например dortmanna Лобелия, привели к возникновению совершенно иной способ приобретения угля. Они способны использовать очень высокие концентрации СО2 осадка для фотосинтеза в листьях. Высокий уровень СО2 в осадок возникнуть в связи с интенсивной минерализации органического вещества, которое происходит при поверхности осадка. Aerenchyma от Лобелия очень хорошо развита. Листья обладают две очень большие пробелы, которые работают непрерывно вниз через короткий стебель и в один корень каждого. Завод является коротким (менее 10 см), поэтому распространение по-прежнему эффективна, когда осуществляется в газовой фазе. CO2 может, таким образом, диффундируют в корневой и вверх через ствол и в листьях.

Кроме того, листья покрыты газонепроницаемый восковой кутикулой, которая гарантирует, что СО2 не диффундирует в окружающую воду, а сохранится в листе до фиксации в процессе фотосинтеза. В обмен на все O2 эволюционировали в процессе фотосинтеза, диффундирует сквозь листву и вышел на корни и далее в окружающие отложения. Это, в частности, делает лобелию исключительным растением, потому что весь газообмен происходит через поверхность корней, а не в основном на листьях как у всех других растений. Лобелия обитает низким содержанием питательных осадков только и потребления кислорода довольно низкая. Таким образом, лобелия осадки часто аэробика, в связи с интенсивным O2 транспорта осадков, и аэробных фауны должны быть в состоянии обитают в тех осадка - теория, которая не проверялась до сих пор.

Водный транспорт в водных растениях Растения, которые живут совершенно в воду, теряет транспирации поток. Транспирации поток объемного потока воды, которая проходит внутри сосудистой ткани наземных растений. Воды ведет путем испарения из листовой поверхности, которая тащит воду через растения из-за очень сильной сплоченной силы воды. Вода несет из корней питательные ионы и фитогормоны до центров активного роста побегов, где питательные вещества используются в новых тканях, а фитогормоны регулируют рост. Водные растения также обладают сосудистой ткани в стволовые, но до недавнего времени неясно, был ли водные растения смогли поддержать восходящий поток воды, тоже. Очевидно, что они не могут использовать ту же движущую силу, как и наземные растения, так как вода не испаряется с поверхности полностью погруженного в воду листа. Подводная растений, с другой стороны, необходимость эффективной транспортной системы для фитогормонов и неорганических питательных веществ.

Способности справиться с питательной через корни все еще очень важно для подводных растений, потому что вода колонка часто не хватает питательных веществ в природных системах, как питательные вещества занимают очень успешно свободной жизни микроскопических водорослей. Эта проблема была сформулирована впервые в 1862 году Унгер, австрийский ботаник, на встрече в Вене: Die Letzte Эндлич Frage, умирают цу ич beantworten suchte, betrifft ден Gegenstand, О. Auch Wasserpflanzen Eine gro?ere Menge Wassers Durch умереть aufnehmen Wurzeln унд Durch Ihre peripherischen Тейл Уиедер ausscheiden. Вопрос, однако, сохраняет свою актуальность с тех пор, хотя Унгер предварительные эксперименты по этой теме были последовать в особенности немецких физиологов завод на рубеже веков. Отсутствие соответствующих методов, однако, препятствует однозначной интерпретации результатов, но общее впечатление, что какой-то массовый расход воды прошла даже в безродных Ceratophyllum.
Теперь в день мы имеем доступ к радиоактивных изотопов, а в 1993 я меченных тритием воды след движения вод в водные растения. Я исследовал 9 различных видов подводных растений и все, но зостера, Zostera marina, показали значительное водного транспорта от корней до съемки. Опыты также показали, что вода была главным образом направлена на точки активного роста, что имеет смысл, поскольку спрос на питательные вещества и гормоны наибольший именно здесь.
Позже, гуттация ("гуттация" (от лат. gutta — капля), выделение листьями растений через водяные устьица — гидатоды на краях и кончиках листьев капельной жидкости под воздействием корневого давления, когда поступление воды в растение превышает транспирацию. Примеч. переводчика )оказалась подходящей явление количественно водного транспорта в подводных растений. С помощью стеклянных микрокапилляров я мог собирать капельки воды до 0,5 / 1.000.000 за литр от кончики листьев водных растений проводится в очень влажной атмосфере. Кроме того, эти эксперименты показали, что водный транспорт необходимые преобразования энергии в корни для запуска и водного транспорта почти остановился, когда энергия трансформации блока ячейки токсинов или в более простом случае, когда корень охлаждается до 4°С. В университете Байройт я показал, что водный транспорт управляется корень давления. Корневая давление гидростатическое давление, которое накапливается в сосудистой ткани корней. Это давление выравнивается вверх через стрелять метательные струю воды вверх через ствол, и сквозь листву в результате подводных гуттации. Некоторые нерешенные вопросы еще остаются как корень давления явно не может быть движущей силой в безродных Ceratophyllum и этого конкретного растения по-прежнему заслуживает внимания, имеет ли оно на самом деле правда, что массовый расход воды происходит внутри этого растения.

В заключение, мы должны признать, что растений в воде требует специальных приспособлений и что является причиной, почему мы не можем использовать наземные растения для декоративных целей в аквариумах, если мы хотим, чтобы они выжили и процветали. Более подходят растения для глубинного роста, особенно хорошо развитой aerenchyma, тем больше выгоды мы получим от них в подводном положении. С другой стороны, физические ограничения водной среды еще предстоит overcomed. Мы можем, вероятно, обеспечения более оптимального корень производительности полу-суши или десантный растений с ограниченной aerenchyma с помощью грубой текстурой подложки. Такие подложки позволяет некоторым перемешивание воды анаэробных пор осадка с O2 воды, богатой вышележащих и тем самым уменьшить риск анаэробиозиса в осадке. Таким образом, корни могут быть поставлены с О2 из поровой воды и поддержания аэробного метаболизма корня. Однако в целом, анаэробный субстрат более предпочтителен, поскольку важные питательные вещества - фосфор, железо и марганец - в аэробных условиях и становятся недоступными для растений, что в конечном итоге может ограничить их рост. Многое помощь также предоставляется, если мы обогащаем воду с СО2. Настоящим, мы избегаем углерода ограничения фотосинтеза, который в конечном итоге приведет к сокращению роста тоже. По СО2 обогащения воды, которую мы фактически имитировать природные условия в много потоков. СО2 богатых подземных вод часто кормит потоков и природные концентрации СО2 до нескольких сотен раз воздуха равновесия являются общими. Поэтому, возможно, все модные приемы мы будем применять к нашей танковой в гостиной, более или менее хорошо проверенные стратегии в природе.

Перевод статьи с сайта WWW.TROPICA.COM