Водная и прибрежная растительность
В воде по сравнению с воздушной средой меньше кислорода, большая плотность, отсутствует опасность иссушения растений, ослаблена освещенность, иной температурный режим. Все это сказывается на обитателях водоема.
Одни растения целиком погружены в воду, в воздушную среду у них вынесены только цветоносы, у других более тесные связи с воздушной средой или почвой. Некоторые являются обитателями трех сред – почвы, воды и воздуха.
Морфолого-биологические и анатомические особенности водных и прибрежных растений. Приуроченность растений к поясам
Многим водным растениям свойственно гетерофиллия – наличие на одном побеге разных по форме и размерам зеленых листьев.
В среде более плотной, чем воздушная, положение растения в пространстве обеспечивается водой, поэтому механическая ткань слабо развита или вовсе отсутствует.
Поглощение воды и растворенных в ней питательных веществ происходит всей поверхностью погруженных в воду органов.
При ослабленном свете у подводных листьев формируется теневая структура; отсутствует дифференциация мезофилла. Надводные, особенно плавающие листья имеют палисадную и губчатую паренхиму.
У побегов, погруженных в воду, эпидерма лишена кутикулы.
У плавающих листьев на эпидерме верхней стороны листа хорошо развита кутикула и многочисленны устьица.
У многолетних водных растений вегетативное размножение преобладает над семенным.
В замкнутых пресноводных водоемах растения располагаются поясами. Каждый пояс характеризуется определенным флористическим составом и экологией.
- Пояс надземных береговых растений, приспособленных к избыточно увлажненным, временно заливаемым местообитаниям. Флористический состав здесь довольно разнообразен: некоторые виды осок, камыш лесной, калужница болотная, лютики и другие растения.
- Пояс мелководных растений. Здесь растут стрелолист, частуха, сусак, ежеголовник, вербейник кистецветный и др.
- Пояс высоких прибрежных растений представлен не редко чистой зарослью рогоза, камыша озерного или тростника. Часто стебли их, достигающие высоты 3 — 4 метра, почти до половины погружены в воду.
- Пояс кувшинок, кубышки желтой и других видов водной флоры с плавающими листьями. Среди крупных плавающих листьев кубышки желтой и кувшинки можно встретить водокрас, рдест плавающий.
- Флору центральной части водоема представляет фитопланктон, обычно очень различный по составу. Высшие растения здесь отсутствуют.
Источник
Особенности анатомического строения водных растений
Строение листа. При небольшой массе необходимо иметь как можно большую поверхность, получающую солнечный свет и извлекающую из воды необходимые вещества. У одних видов листовая пластинка очень тонкая, у других листья сильно рассечены – листья-жабры (рдесты). Листья у погруженных гидрофитов лишены кутикулы, что облегчает процесс всасывания. Эпидермис водных растений обладает способностью ослизняется. Слизь способствует уменьшению трения при движении листьев и стеблей в текучей воде. Механические ткани не развиты, проводящая система слабая. Устьица (по́ры в эпидермиса листа, через которые происходит испарение воды и газообмен с окружающей средой) в воде теряют смысл, поэтому они отсутствуют либо недоразвиты.
Процесс фотосинтеза идет по всей освещенной поверхности тела. Все ткани тонких рассеченных листьев содержат хлоропласты. Продукт ассимиляции у водных растений чаще всего крахмал. В хлоропластах большое содержание хлорофилла. В листе хорошо развита система воздушных полостей.
Листья гидрофитов, плавающих на поверхности, контактируют с водной и с воздушной средой. В одном листе совмещаются черты, свойственные листьям наземных растений и погруженных гидрофитов. Верхняя поверхность листа покрыта слоем кутикулы. Устьица расположены только на верхней поверхности листа. Нижняя поверхность листа лишена кутикулы, устьица отсутствуют либо сильно редуцированы (кубышка желтая, кувшинка).
Рдест злаковый имеет листья двух типов – подводные и надводные. Они различаются по облику и строению. Подводные листья рассечены на узкие доли. В средней части стебля, где затопление непостоянно, можно видеть листья переходной формы – рассеченные, но с довольно широкими долями (герофиллия).
Механические ткани в стеблях и листьев представлены немногочисленными толстостенными волокнами с неодревесневающей оболочкой. Это придает гибкость стеблям и листьям при движении и волнении воды. У водных растений, укореняющихся на дне водоема, большое значение имеет аэренхима.
Аэренхимой называют паренхиму со значительно развитыми межклетниками. Она хорошо развита в разных органах водных растений. Назначение аэренхимы — снабжение тканей кислородом или углекислым газом. У водных растений она служит также для обеспечения плавучести побегов и листьев. В стеблях и листьях гидрофитов существуют клетки-идиобласты, поддерживающие воздушные полости и не дающие им сжиматься.
Стебель служит опорой для листьев и одновременно транспортирует питательные вещества от корня к листьям. Стебель также выносит листья растений и цветки к свету: так называемая компенсаторная реакция растений — удлинение стебля или черенков листьев.
По направлению роста стебли подразделяются на прямостоячие, ползучие и восходящие. По форме поперечного разреза: округлые, двух-, трех-, четырехранные или сплюснутые. Стебли также бывают заполненными тканью или полыми.
Места прикрепления листьев к стеблю называются узлами, а промежутки между ними — междоузлия. На стебле растут почки (ростовые или вегетативные, несущие зачаток нового побега, или цветочные, несущие зачаток цветка), листья, цветки и плоды. Если повредить стебель выше почек, то они образуют новые побеги.
Видоизменение стебля — клубни, корневища и луковицы отличаются от корней наличием побегов и листовых следов. Кроме того, они накапливают и хранят питательные вещества и способны к размножению. Растут они за счет обновления листьев. Листья на данных видоизменениях стебля недоразвиты и имеют вид маленьких чешуек.
Корень — орган прикрепления растения в грунте и орган питания.
Корневая система растения бывает стержневой или мочковатой. Если у растения сильно развит главный корень, значительно превосходящий по длине и толщине все остальные корневые отростки, такая корневая система называется стержневой. Однако большинство растений имеет мочковатую корневую систему: главный корень или совсем не развит или развит крайне слабо и не превосходит остальные корни по длине и толщине. Корень водного растения имеет в подавляющем большинстве случаев нитевидную или цилиндрическую форму.
Корень растения поглощает из грунта необходимые минеральные и органические вещества. Корень всасывает их в виде растворов очень низкой концентрации. Корень, как и другие органы растения, постоянно дышит — поглощает из воды кислород и выделяет углекислый газ. Кислород, растворенный в воде, поступает в корневую систему через грунт, поэтому грунт должен быть достаточно рыхлым.
Корни некоторых растений доходят до самой глубины грунта, других — располагаются в основном в поверхностной части грунта. Некоторые аквариумные растения совсем не имеют корней.
Источник
Физики объяснили морщинистую форму листьев водных растений
Ученые создали модель роста водных растений, которая позволила прояснить формирование листьев в зависимости от того, лежат ли они на воде или подвешены в воздухе. В итоге разнообразие морфологий листьев удалось объяснить теоретически, а также подтвердить в эксперименте. Результаты могут пригодиться при разработке разворачиваемых биомиметических структур, пишут авторы в журнале Physical Review Letters.
Многие органы и ткани живых организмов приобретают сложную форму или окраску по мере роста. Закономерности появления таких особенностей можно описывать с помощью математических моделей, иногда даже не вдаваясь в биологические детали протекающих процессов. Классический пример успешности подобного подхода — это работа Алана Тьюринга 1952 года, в которой получена математическая модель, способная воспроизводить рисунки на шкуре животных.
Другой ситуацией из биологии, в которой одинаковые по внутренним свойствам ткани оказываются внешне различны, является рост листьев некоторых растений, таких как лилии и лотосы. Если листья этих видов вырастают на поверхности воды, то они обладают плоской формой с мелкой извилистостью по периметру. Однако у этого же растения некоторые листья могут нависать над водой, и тогда они приобретают изогнутую форму чаши с плавной волнистостью по краю.
Ключевой работой по росту мягких тканей и получающейся в результате форме органа является статья 1994 года, в которой построен общий математический формализм описания подобной задачи, он сводится к одновременному описанию разрастания ткани и возникающих в ней растяжений и смещений.
Фань Сюй (Fan Xu) и его коллеги из Фуданьского университета дополнили полученную ранее модель роста листьев, которая правильно описала возникающую форму. Двумя ключевыми новшествами оказались учет возможной механической поддержки со стороны водной поверхности и возможность неоднородной скорости роста, из-за которой, в частности, возможно общее изгибание листа, так как противоположная Солнцу сторона может расти быстрее.
Численные симуляции в новой модели смогли правильно воспроизвести разнообразие форм листьев лотоса. Также ученые решили экспериментально проверить выводы, для чего изготовили из распухающего при контакте с водой материала искусственные листья. Опыты с селективным смачиванием мест наиболее интенсивного роста или наблюдения изменения формы лежащего на воде заменителя листа показали соответствие с теоретическими оценками и реальными растениями.
Согласно теоретическим оценкам, во всех случаях форма листа объясняется минимизацией энергии листа, края которого растут недостаточно быстро по сравнению с его основной частью, из-за чего отношение периметра к площади должно падать. Если лист лежит на воде, то она фактически к нему прилипает, и изгиб края также приводит к поднятию воды — в такой ситуации оказывает энергетически выгодно сформировать множество неровностей небольшой амплитуды. Вместе с тем, рост находящегося в воздухе листа в меньшей степени ограничен, из-за чего доступно возникновение крупных колебаний, которые оказываются менее энергетически затратными в отсутствии воды. При этом механические свойства ткани могут влиять на этот процесс: листья с более жесткими жилками изгибаются слабее.
Ранее ученые выяснили, что окраску ящериц можно описать с помощью клеточного автомата фон Неймана, а ключевым фактором, определяющим размер листьев, является вероятность замерзнуть ночью.
Источник