ФИЗИОЛОГИЯ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ
Важнейшее свойство живой материи — обмен веществ. Все жизненные процессы совершаются при приеме, переработке и выделении неорганических и органических веществ. В отличие от живых существ, нуждающихся для своего питания в уже имеющихся органических соединениях, растения могут сами синтезировать органическую субстанцию из неорганических веществ. Для этого им нужны в качестве исходных веществ вода, углекислый газ, катионы К + , Са ++ , Mg ++ и Fe ++ , анионы NO3 -, SO4 -, РО4 -, а также в очень небольших количествах бор, ванадий, йод, кобальт, марганец, медь, молибден и цинк, которые называются микроэлементами. И дефицит одного из этих веществ не может быть ничем заменен. Не поможет ни избыток других веществ, ни прекрасное освещение, ни благоприятнейший состав грунта.
80-90 % массы травянистой части высших растений состоит из воды. Она пропитывает все клетки растения, транспортирует по его сосудам питательные вещества и является одним из исходных материалов для фотосинтеза. Водопроводная вода, в которой аквариумисты содержат растения, почти всегда содержит в растворенной форме все необходимые им для питания вещества.
Погруженные в воду растения, в отличие от наземных, могут поглощать воду не только корнями, но всей своей поверхностью. По способу усваивания воды с растворенными в ней питательными веществами аквариумные растения можно подразделить на 3 типа:
♦ растения, усваивающие воду, в основном корневой системой (например криптокорины). Им нужен грунт, содержащий питательные вещества;
♦ растения, усваивающие воду как корнями, так и листьями (например апоногетоны, эхинодорусы). Им нужен грунт с небольшим содержанием питательных веществ;
♦ водные и плавающие растения, усваивающие воду, в основном или исключительно листьями (например перистолистник, элодея).
Органическая жизнь растений связана с углеродом, на который приходится 5-10 % массы свежих растений. Он является составной частью углеводов, которые растения вырабатывают в процессе ассимиляции углерода. При этом процессе листья под действием света из воды и растворенного в ней углекислого газа вырабатывают углеводы и кислород, который выделяют в воду. В это время улавливается энергия света, которая накапливается в растении в виде химической энергии и затем используется для различных целей. В воде богатой кальцием некоторые растения, как например элодея, могут у молекул гидрокарбоната кальция отнимать весь С02 и использовать его для фотосинтеза. При этом на верхней стороне листьев в виде белого настила откладывается карбонат кальция и происходит так называемое биогенное умягчение воды.
Химические процессы, происходящие при фотосинтезе, сильно упрощая, можно выразить следующей формулой:
Действительный ход реакции еще изучается и о нем пока нет полной ясности. Известно, что идут три частичные реакции и в одной из них образуются среди прочего ионы ОН- и освобождается кислород, который иногда можно увидеть в виде маленьких пузырьков, поднимающихся к поверхности воды.
При очень интенсивном процессе фотосинтеза в аквариуме, густо засаженном растениями, в воде сильно уменьшается содержание С02 и, следовательно, повышается рН. Причем его дневное изменение может достичь 1-2 единиц, что нужно учитывать при подборе растений.
Растениям безразлично, из какого содержания С02 в воде — 5 или 20 мг/л — они будут удовлетворять свою потребность, важно лишь, чтобы было постоянное и более или менее равномерное его поступление.
В течение ночи, когда процесс фотосинтеза из-за отсутствия освещения не происходит, концентрация С02, вызванная дыханием рыб и растений, повышается и может стать опасной. Поэтому в это время важны аэрация и фильтрация, которые перемешивают слои воды, обогащая её кислородом и удаляя углекислый газ.
В жесткой воде при значении рН близком к 8 количество углекислого газа недостаточно для большинства растений и в этом случае нужно либо снизить содержание извести, т.е. понизить КН или, как показал опыт, еще лучше ввести в воду углекислый газ, что сдвинет значение рН в благоприятную для растений область.
К. Хорст /11/ приводит таблицу зависимости содержания С02 в воде от значений КН и рН и их влияние на рост растений (см. табл. 1).
Таблица 1
Содержание углекислого газа (мг/л) в воде в зависимости от значений КН и рН и их влияние на рост растений (нельзя применять при использовании фильтра с торфом).
Согласно И. Шеурманну /17/ область значений концентрации С02, лежащая ниже жирной черты, опасна для рыб (по остальным колонкам данных нет).
Различные зарубежные фирмы (например «Dupla») предлагают комплекс, состоящий из баллона с С02, арматуры с манометрами, электромагнитного клапана, реактора и электронного измерителя рН, позволяющий поддерживать постоянным нужное значение рН, причем его значение высвечивается на световом табло.
Дешевым способом получения С02 является метод брожения. Для этого стеклянный или пластмассовый сосуд объемом не менее 1 л заполняют смесью из 10 % раствора сахара (100 г сахара на 1 л воды) и 2 г сухих дрожжей, затем плотно закрывают и полученный в результате спиртового брожения углекислый газ направляют по трубке к аквариуму.
К. Паффрат /15/ рекомендует направлять газ в аквариум через специальную емкость, размер которой зависит от жесткости воды (рис. 20). Емкость представляет собой П-образную конструкцию высотой и шириной 3 см, а её длина подбирается экспериментально и зависит от значения КН (в аквариуме 100 л при КН 10° длина составляла 10 см, при уменьшении значения КН длину также нужно уменьшить). Её крепят к аквариуму, погрузив примерно на 1 см в воду.
Фотосинтез происходит в листе растения, в его хлоропластах, содержащих зеленый пигмент хлорофилл. Наиболее интенсивно хлорофилл поглощает красные лучи с длиной волны 350-680 нм и сине-фиолетовые с длиной волны 470 нм. Фото-:интез состоит из световой и темновой фазы. При световой разе образуются первичные продукты, которые с помощью ферментов преобразуются до конечных продуктов при темновой фазе. На интенсивность фотосинтеза влияют различные факторы, в том числе освещенность, спектральный состав света, температура воды и количество углекислого газа, причем все они действуют совместно и недостаток одного из них не может быть восполнен избытком других.
Рис. 20 Устройство для получения углекислого газа методом брожения.
1 — сосуд с раствором сахара и дрожжами,
2 — трубка для подачи углекислого газа,
Для роста и фотосинтеза разным видам растений нужна не одинаковая освещенность. Различают светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые растения, которые занимают промежуточное положение между двумя первыми.
Рост растения, цветение плодоношение и другие процессы требуют затраты энергии, которая приобретается благодаря дыханию. Оно производится всеми живыми клетками растения и идет непрерывно, днем и ночью. Растения, потребляя кислород, окисляют им углеводы, в результате чего образуются углекислый газ и вода, и выделяется энергия:
Наземные растения используют для дыхания кислород воздуха, погруженные же в воду — кислород, растворенный в воде, а также собранный днем в процессе фотосинтеза и находящийся в растении. При дефиците кислорода растение может ограниченное время дышать и вырабатывать энергию, правда, ограниченное количество почти в 30 раз меньшее, чем при обычном дыхании, используя кислород молекул углеводов и воды, но при этом образуется этиловый спирт, который ядовит для растений.
Рост растения заключается в размножении клеток и увеличении их объема. На вершине стебля имеется конус нарастания (точка роста), в котором и происходит деление клеток. Под конусом нарастания образуются зачатки листьев и почек.
Тропические и субтропические растения растут преимущественно ночью. У некоторых видов растений (например апоногетон) ярко выражен период покоя, во время которого растение на определенный период прекращает свой рост и может сбросить листья.
В зависимости от реакции на продолжительность светового дня растения подразделяют на:
♦ растения короткого дня, растущие в тропиках и субтропиках. У них цветение наступает лишь, если продолжительность светового дня менее 12 ч;
♦ растения длинного дня, растущие в умеренных широтах. У них цветение наступает при световом дне близком или превышающем 12ч;
♦ растения нейтральные к продолжительности освещения, которые цветут вне зависимости от этого фактора.
Источник
ФОТОСИНТЕЗ В АКВАРИУМЕ, или почему растения «пузыряют»
Нередко мы замечаем на листьях аквариумных растений фантастическое, завораживающее зрелище – серебристые пузырьки кислорода поднимаются с листьев вверх. Значит, внутри растения происходят активные процессы жизнедеятельности.
Термин «пузыряние» означает процесс высвобождения подводным растением пузырьков, наполненных кислородом. Малюсенькие пузырьки появляются только, когда аквариум освещен. Они являются признаком активной фазы фотосинтеза растений.
При увеличении интенсивности освещения и увеличении подачи углекислого газа (СО2) пузыряние значительно усилится. Если фотосинтез идет активно, то и пузырьки кислорода выделяются более интенсивно.
Если растения получают достаточное количество света, то у них активно образуются необходимые для жизнедеятельности органические вещества из воды, диоксида углерода (СО2), из фосфора, азота, минеральных солей азота и других химических соединений, находящихся в воде. Световая энергия – главный катализатор процесса фотосинтеза, при котором растениями поглощается углекислый газ и активно выделяется кислород.
Если аквариум стоит в затемненном месте, водные растения испытывают недостаток освещения и начинают, наоборот, поглощать кислород, а выделять углекислый газ. Из-за присутствия кислорода питательные элементы в растениях начинают разлагаться, выделяя незначительное количество тепловой энергии. Проще говоря, в темноте водные растения дышат кислородом, а выделяют углекислый газ.
Оранжевые и красные лучи светового спектра являются основополагающими для процесса фотосинтеза и для особо важных физиологических процессов. Синие и фиолетовые лучи тормозят рост молодых стеблей, пластинок и черешков, формируя более толстые стебли и листья и способствуя активному фотосинтезу. Зеленые лучи не поглощаются листовыми пластинками, то есть хлорофилл их отражает, поэтому растения и имеют зеленую окраску.
Для растений очень важен ультрафиолет, состоящий из длинных, средних и коротких лучей. Ультрафиолетовые лучи способствуют закаливанию растений, повышая их способность противостоять холоду. Длинные ультрафиолетовые лучи способствуют росту растений и нужны для обмена веществ в них. Они повышают содержание витаминов и задерживают вытягивание стеблей.
Итак, чтобы в растениях активно происходил процесс фотосинтеза, необходимо достаточное освещение и углекислый газ. Сам процесс фотосинтеза можно разделить на 2 этапа. На первом этапе большое значение имеет свет. Хлоропласт улавливает световую энергию и преобразует ее в химическую реакцию с образованием 2х молекул. На втором этапе одна молекула отдает водород для создания глюкозы. А при разложении воды образуется водород и кислород, причем последний выделяется в воду, образуя пузырьки.
В процесс фотосинтеза также образуется глюкоза, которая служит для растения своеобразным топливом для построения стеблей и листьев. Ее излишки откладываются в стеблях, корнях, листьях. Она может трансформироваться в целлюлозу.
Многие водные растения в природе обитают в естественных водоемах, где более интенсивное освещение, поэтому они плавают на поверхности и разрастаются, получая дополнительный углекислый газ из атмосферы. Но в аквариуме большинство растений все время растут в воде, поэтому могут испытывать недостаток естественного освещения и СО2, поэтому и установлены нормы подачи углекислого газа и освещения. Подавая в аквариум углекислый газ, необходимо учитывать уровень РН воды. Оптимальный уровень = 6,6-7,3, а концентрация СО2 при этом = 25-30 ррm.
Некоторые водные растения усваивают углекислый газ через корни на дне ила, который выделяется при жизнедеятельности бактерий.
В процессе фотосинтеза также играет большую роль питание растений. Они должны обеспечиваться всеми нужными микро и макроэлементами. Это фосфор, азот, калий. Далее следуют магний, кальций, железо и сера.
При недостатке фосфора могут происходить нарушения в процессе фотосинтеза. Калий необходим для нормализации процесса газообмена, водообмена и получения питательных веществ. При его недостатке фотосинтез замедляется. При недостатке железа, магния и кальция фотосинтез также замедляется, листья желтеют и опадают. В меньшей степени водным растениям требуются макроэлементы – это медь, хлор, цинк, марганец, бор и молибден.
Чтобы пополнить воду питательными веществами, необходимыми для растений, используются прикорневые и жидкие удобрения, содержащие все необходимые макро и микроэлементы в нужных пропорциях. Если соблюдать все условия для правильного и активного фотосинтеза, водные растения будут активно расти, усиливая свою жизнеспособность. Любому аквариумисту необходимо знать основы фотосинтеза, чтобы создать оптимальные условия для эффективного пузыряния и роста водных растений. http://www.youtube.com/watch?v=-9xO9_ktTng #ВсеОРастениях
Источник