De ce nu se usucă cactușii, știința și viața

De ce cactușii nu se usucă

Evident, o planta care traieste intr-un climat uscat si cald trebuie sa invete sa compenseze lipsa de apa.

Ce știm despre cactuși? Că au spini, că au o tulpină groasă și că cresc în deșerturi. Și spini, grosime și habitat sunt legate. Evident, o plantă care trăiește într-un climat uscat și cald trebuie să învețe cum să compenseze lipsa apei și una dintre soluții este pur și simplu să o păstreze în interior, ceea ce necesită o tulpină groasă și suculentă.







De ce nu se usucă cactușii, știința și viața

Fotografie de Natalia Domrina.

De ce nu se usucă cactușii, știința și viața

Stomatele se deschid și se închid, reglând evaporarea umidității și respirația plantelor.

De ce nu se usucă cactușii, știința și viața

De ce nu se usucă cactușii, știința și viața

Colecție de cactuși în grădina botanică națională. N. N. Grishko (Kiev, Ucraina). Fotografie de Vitaly Pirozhkov.

De ce nu se usucă cactușii, știința și viața

Fotografie de Natalia Domrina.

Dar în căldură se pierde multă apă și întregul stoc de umiditate se poate usca pur și simplu. În general, transpirația (așa-numita evaporare a apei de către o plantă) este un proces extrem de important. Frunzele se evapora pompa de umiditate joacă un rol: ele creează o forță de aspirație, care provoacă apa cu substanțe dizolvate rădăcinile și vasele. Cu toate acestea, dacă planta trebuia să trăiască în condiții de căldură și secetă constantă, evaporarea ar trebui să fie într-un fel retardată. Pentru a face acest lucru, puteți scăpa de frunze, reducând astfel suprafața de evaporare. Cactuși și făcut: frunzele lor transformat în spini și funcția de frunze fotosintetice a preluat tija. Vă puteți îmbunătăți propria „piele“: pentru a furniza stratul exterior al celulelor (epidermul) firele de păr și cuticula ceroasa groase. Prin stratul de ceară, este mult mai dificilă ruperea apei, părul slăbește fluxurile de aer direct lângă suprafața tulpinii, ceea ce reduce și pierderea de umiditate. Dar, cactușii au un alt truc ingenios, care este asociat cu modul lor de fotosinteză și care vă permite, de asemenea, să conservați apa, în ciuda căldurii și secetei din jur.

Fotosinteza este procesul de formare a substanțelor organice din dioxid de carbon și apă utilizând energia soarelui. În primul rând, energia fotonilor de lumină prin molecule de recoltare de lumina complexe și complexe moleculare care includ clorofila, este stocat în compușii chimici speciali (în această etapă au nevoie de apă, din care se obține în oxigen ca produs secundar) și apoi cu ea prin celula sintetizeaza organic substanțe. Fotosinteza are soiuri destul de interesante: de exemplu, unele bacterii sunt capabile să efectueze fotosinteza anoxigenă, în care nu se formează oxigen. Fotosinteza oxigenogenică "obișnuită" este inerentă plantelor, algelor și cianobacteriilor.







Deci, o celulă de plante, pentru a face o moleculă de glucoză, aveți nevoie de lumină, apă și dioxid de carbon. Apa vine de sub pământ prin rădăcinile și sistemul vaselor, dioxidul de carbon din aer. Dar planta nu are nici gură, nici plămâni pentru a inspira CO2. Schimbul de gaz cu mediul este realizat prin stomaturi - pori speciali pe suprafața frunzelor și a tulpinilor, înconjurați de celulele de închidere.

Stomatele contribuie semnificativ la evaporarea apei și la căldură ar trebui să fie închise tot timpul. Dar cum se poate obține dioxidul de carbon pentru fotosinteză? Și aceasta nu este singura problemă asociată fotosintezei într-un climat fierbinte. Enzima pivot fotosinteză numit „ribulozo bisfosfat carboxilaza“ (sau Rubisco), a cărui sarcină - să se atașeze de carbon din dioxid de carbon la o moleculă de zahăr în creștere, la o temperatură ridicată începe să lucreze în direcția opusă, adică zahăr polusintezirovanny despica. În acest caz, celula trebuie să se întoarcă și să repete din nou activitatea deja făcută, firește, cu pierderi de energie inutile. Prin urmare, eficiența fotosintezei scade puternic cu creșterea temperaturii. Acest lucru poate fi evitat prin creșterea concentrației de CO2 în foaie - atunci enzima va sintetiza carbohidrații cu un exces de dioxid de carbon. Dar cum se poate face acest lucru?

Cactii actioneaza astfel: ei deschid o stomata noaptea si absoarbe dioxidul de carbon, dar nu incepe productia de glucoza - nu exista lumina. CO2 este depozitat în rezervă în vezicule de membrană speciale - vacuole din interiorul celulei. Este stocat aici nu în forma sa pură, ci atașat unei molecule intermediare, care apoi susține mai multe transformări. Rezultatul este acidul malic. Dar vine ziua și acidul malic este trimis din vacuol în citoplasmă, unde CO2 este separat de el. - acum poate intra într-un ciclu de reacții fotosintetice, lucrand din lumină. Planta nu mai trebuie să deschidă o stomată, deoarece este posibilă utilizarea dioxidului de carbon stocat pentru o noapte, ceea ce înseamnă că este foarte economic să economisiți apă prin evaporare. În plus, raportul dintre CO2 și O2 din cauza rezervelor se schimbă în favoarea fostei, prin urmare, enzimele fotosintetice vor lucra spre atașarea atomilor de carbon la molecula de zahăr în creștere, mai degrabă decât să o împartă cu oxigen.

Acest tip de fotosinteză, atunci când fixarea CO2 și utilizarea sa în reacțiile fotosintetice sunt separate în timp, se numește CAM-fotosinteză. CAM standuri pentru metabolismul acidului Crassulaceae: aici acidul - acidul, care devine depozitat dioxid de carbon, și Crassulaceae sau Crassulaceae, - plantele numele familiei care au descoperit prima dată această cale. Dar câinii grași și cactusii nu sunt singurii care o folosesc. CAM-fotosinteza găsit în ananas și alți membri ai bromeliad, unele dovleac, piper, geranium, și un număr de alte familii, toate în aproximativ 9000 de specii. De obicei, acestea sunt plante care trebuie să trăiască în climă caldă și uscată. Dar nu numai: CAM-fotosinteza folosește de asemenea specii care trăiesc în apă, de exemplu, jumătate de fețe, vârfuri de săgeți și altele. Nu există nici o contradicție aici: plantele de apă trebuie să rezolve aceeași problemă ca și cele care sunt obligate să suporte căldura. Deși în apă pot exista o cantitate mare de CO2 dizolvat. o difuzează mult mai încet decât în ​​aer, astfel încât lângă o instalație care absoarbe în mod activ dioxidul de carbon, va fi cronică scurt. Calea de ieșire este de a colecta CO2 nu numai în timpul zilei, dar și în timpul nopții, și deoarece fotosinteza nu poate fi efectuată noaptea, dioxidul de carbon capturat trebuie stocat. Și fotosinteza tipului CAM vă permite doar să creați rezerve de "dioxid de carbon".

În cele din urmă, ne întoarcem la plantele tolerante la căldură. Mecanismul CAM vă permite să maximizați economiile de apă, dar dacă estimați cantitatea de produs finit și energia consumată pe el, acesta este mai puțin eficace decât alte tipuri de fotosinteză. Deci, unele specii CAM o folosesc doar după cum este necesar. Dar, în plus, există un alt fel de fotosinteză, care vă permite să păstrați o mare parte a stomatelor închise în timpul zilei. În acest caz, reacțiile fotosintetice apar în celulele adânci ale frunzei care înconjoară vasele-vase. Celulele situate mai aproape de suprafață, mai întâi, folosind energia luminii produc combustibil pentru sinteza carbohidraților, și în al doilea rând, prind dioxidul de carbon și îl atașează moleculei de mediere. Moleculele de acid și de energie rezultate intră imediat în adâncurile foii, unde CO2 este deconectat de acidul purtător și intră în ciclul sintetic. O astfel de cale este numită C4 -fotosintezom, și este, după cum vom vedea, este similar cu CAM, numai aici fixarea dioxidului de carbon și utilizarea acestuia în sinteza nu sunt separate în timp între zi și noapte, iar în spațiul dintre celule diferite.

Semnificația fotosintezei C4 este de a transfera CO2 în țesuturile interne ale frunzei, unde concentrația de oxigen este scăzută. Ne amintim că, pe măsură ce crește temperatura, enzima RuBisKO începe să lucreze din ce în ce mai mult în direcția opusă, adică divizează cu ajutorul oxigenului produsele intermediare ale fotosintezei. Dar dacă oxigenul este scăzut, enzima va funcționa în direcția sintetică potrivită. Pe de altă parte, C4 -path reduce evaporarea apei prin stomate lor: cea mai tare moment al zilei planta poate folosi dioxidul de carbon acumulat, care rezervele formate prin separarea spațială a diferitelor unități de reacție; stomatele pot fi închise pentru un timp. Economiile de apă nu sunt la fel de mare ca și cu CAM-mode, dar productivitatea fotosintezei devine mai mare, deci nu este surprinzător faptul că C4 schema utilizată de aproximativ 7600 de specii de plante, inclusiv multe culturi, inclusiv porumb, sorg, mei și trestie de zahăr .







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: