Физиология водных растений

    Важнейшее свойство живой материи — обмен веществ. Все жизненные процессы совершаются при приеме, переработке и выделении неорганических и органических веществ. При этом живые существа нуждаются для своего питания в уже имеющихся органических соединениях. В отличие от них 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 NO ₃^- SO₄^{- -} , PO₄^{- -} , а также в очень небольших количествах бор, ванадий, йод, кобальт, марганец, медь, молибден и цинк, которые называются микроэлементами. При этом рост растения определяет минимум одного из этих веществ. Так, при недостатке двухвалентного железа листья желтеют, а само растение отстает в росте и ни прекрасное освещение, ни благоприятнейшие составы воды и грунта здесь не помогут. 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 и всей своей поверхностью.

    По способу усваивания воды с растворенными в ней питательными веществами аквариумные растения можно разделить 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, эхинодорусы, апоногетоны). Им нужен грунт с небольшим содержанием питательных веществ;

• водные и плавающие растения, усваивающие воду, в основном или исключительно листьями (например, перистолистники, элодея).

    Органическая жизнь растений связана с углеродом, на который приходится 5 - 10% массы свежих травянистых 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. При этом улавливается энергия света, которая накапливается в растении в виде химической энергии и затем используется для различных целей. В воде, богатой кальцием, некоторые растения, как элодея, могут у молекул гидрокарбоната кальция отнимать весь СО ₂ 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 СО ₂ и, следовательно, повышается рН. Причем его ежедневное изменение может достичь 1 - 2 единиц, что нужно учитывать при подборе растений.

    Фотосинтез происходит в листе растения, в его хлоропластах, содержащих зеленый пигмент хлорофилл. Наиболее интенсивно хлорофилл поглощает красные лучи с длиной волны 650 - 680 им и сине-фиолетовые с длиной волны 470 им. Фотосинтез состоит из световой и темновой фаз. При световой фазе образуются первичные продукты, которые с помощью ферментов преобразуются до конечных продуктов при темновой фазе. На интенсивность фотосинтеза влияют различные факторы, в т. ч. освещенность, спектральный состав света, температура воды и количество углекислого газа, причем все они действуют совместно, и недостаток одного из них не может быть восполнена избытком других.

    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, синтез в обмене веществ и др. 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 недостатке 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 приостанавливает свой рост и может сбросить листья.

    В зависимости от продолжительности 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 более 12 ч;

• растения нейтральные к продолжительности освещения, цветение которых не зависит от этого фактора.