Водные растения, несмотря на свою среду обитания, нуждаются в дыхании так же, как и наземные. Этот процесс обеспечивает их клетки энергией, необходимой для роста, деления и других жизненно важных функций. Но как происходит дыхание у растений, полностью или частично погружённых в воду?
Основы дыхания растений
Дыхание — один из важнейших физиологических процессов обмена веществ у растений, в результате которого происходит поглощение кислорода и окисление органического вещества с выделением углекислого газа. Дышат все живые органы, клетки и ткани растения. При дыхании выделяется энергия, за счет которой идут многие физиологические процессы. Часть энергии, не используемая растением, выделяется в виде тепла. В нормальных условиях основным дыхательным материалом являются углеводы (сахара).
Представление о начальных и конечных продуктах обмена при дыхании дает основное уравнение дыхания: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 674 ккал (сахар + кислород = углекислый газ + вода). Как видно из этого уравнения, в процессе дыхания образуется вода. Исследования показали, что в крайних условиях обезвоживания растение может использовать эту воду и предохранить себя от гибели.
Доступ кислорода ко всем органам растения — одно из основных условий дыхания. При его недостатке растение может некоторое время дышать за счет кислорода, извлекаемого из воды и сахаров самого растения. Однако такое анаэробное дыхание возможно лишь короткое время.
При длительном недостатке кислорода растение погибает. При плохой обработке почвы или на переувлажненных почвах корням растений не хватает воздуха, а следовательно, кислорода. Кислородное голодание корневой системы замедляет поглощение воды из почвы и её передвижение в растении. Поэтому при застое воды на отдельных участках поля большинство растений погибает. Многие дикорастущие болотные и водные растения имеют специальные приспособления для обеспечения корней кислородом. Это система межклеточных полостей, наполненных воздухом, или специальная воздухоносная ткань (аэренхима) в коре, например у тростника. У некоторых болотных тропических растений есть специальные воздушные корни.
Об интенсивности процесса дыхания судят по количеству выделяемого углекислого газа или поглощенного кислорода. Дыхание идет более интенсивно в молодом растущем растении, с возрастом интенсивность его снижается. Листья дышат интенсивнее стеблей и корней. Во время цветения повышается дыхание у цветков и снижается в других органах растения. Оно резко возрастает во время созревания плодов.
Теневыносливые растения дышат слабее светолюбивых. Для высокогорных растений характерна повышенная интенсивность дыхания. Очень активно дыхание плесневых грибов, бактерий.
На интенсивность дыхания сильно влияет температура воздуха: оно усиливается при повышении температуры с 5 до 40 °C, а затем резко падает. Дыхание снижается при понижении температуры, однако у зимующих растений его можно обнаружить даже при −20 °C. При понижении температуры до 3–5 °C дыхание замедляется. Механическое повреждение растения усиливает дыхание.
Особенности дыхания в воде
Водные растения (гидрофиты) сталкиваются с рядом особенностей:
- Кислород для дыхания они получают из воды, где его содержание значительно ниже, чем в воздухе — обычно 6–8 см³ на литр воды, против 210 см³ на литр воздуха.
- Поглощение кислорода и выделение углекислого газа происходит всей поверхностью листьев и стеблей, а не только через устьица, как у наземных растений.
- У водных растений часто развиты специальные воздухоносные ткани — аэренхима. Она образует систему воздушных каналов, по которым кислород, образующийся при фотосинтезе в листьях, может поступать к подводным частям и даже к корням.
- Листья и стебли многих водных растений тонкие, слабо покрыты кутикулой, что облегчает диффузию газов.
- У некоторых видов листья плавают на поверхности, что позволяет им напрямую поглощать кислород из воздуха.
- Корни водных и болотных растений часто снабжены аэренхимой или даже воздушными корнями, чтобы получать кислород в условиях дефицита газа в иле или заилённой почве.
Влияние условий среды
- Температура воды влияет на растворимость кислорода: в холодной воде его больше, в тёплой — меньше. Поэтому перегрев водоёма может привести к кислородному голоданию растений.
- Движение воды (волны, течение) способствует насыщению кислородом. В стоячих водоёмах его может не хватать, особенно ночью, когда фотосинтез прекращается, а дыхание продолжается.
Днём водные растения выделяют кислород в процессе фотосинтеза, а ночью, как и все живые организмы, продолжают только дышать, поглощая кислород и выделяя углекислый газ. Количество кислорода, необходимого для дыхания, значительно меньше того, что выделяется при фотосинтезе, поэтому в светлое время суток растения обычно не испытывают дефицита кислорода.
Значение дыхания для экосистемы
Водные растения играют важную роль в поддержании кислородного баланса водоёмов. Они не только сами дышат, но и обеспечивают кислородом других обитателей — рыб, беспозвоночных и микроорганизмы.
Итак, дыхание водных растений — это сложный и тонко регулируемый процесс, обеспечивающий их выживание в водной среде. Благодаря особому строению и физиологическим адаптациям, гидрофиты успешно справляются с дыханием даже в условиях низкой концентрации кислорода, играя ключевую роль в жизни водных экосистем.