ФИЗИОЛОГИЯ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ

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:

6С0₂ + Н₂0 + энергия света ---- С₆Н₁₂0₆ + 60₂.

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,

3 - емкость,

4 - аквариум.

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:

С₂Н₁₂0₆ + 60₂ = 6С0₂ + 6Н₂0 + 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.