Розділ «Тема 28. ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ РОСЛИННОГО ОРГАНІЗМУ. ЖИВЛЕННЯ, ДИХАННЯ, ТРАНСПОРТУВАННЯ РЕЧОВИН, ВИДІЛЕННЯ»

Типи живлення у рослин

Живлення рослин – сукупність процесів, які здійснюють поглинання рослинами речовин, необхідних для підтримання їхньої життєдіяльності. У рослин виділяють гетеротрофний та автотрофний типи живлення.

У процесі онтогенезу в усіх рослин є період, коли організм використовує для своєї життєдіяльності раніше синтезовані та відкладені про запас органічні речовини – проростання насіння, бульб, цибулин, ріст і розвиток бруньок та ін. У рослини є також органи, для яких характерний гетеротрофний тип живлення, наприклад, це кореневі системи, плоди, насіння. У темновий період живлення рослин теж гетеротрофне. Серед рослин з гетеротрофним типом живлення за способом надходження поживних органічних речовин розрізняють сапрофіти, паразити й напівпаразити, комахоїдні рослини. Сапрофіти – рослинні організми, які живляться органічними сполуками з відмерлих решток рослин і тварин або виділеннями живих. До сапрофітів належать дуже багато видів водоростей серед хламідомонадових, діатомових, протококових. їхні представники за певних умов змінюють фотоавтотрофний тип живлення на синтез різних органічних сполук, тобто переходять на гетеротрофне або фотогетеротрофне живлення, часто поєднуючи їх. У покритонасінних рослин сапрофітний спосіб живлення трапляється рідше, ніж у водоростей. Такі рослини (ялинник звичайний, гніздівка звичайна) майже не фотосинтезують, а використовують готову органічну речовину перегнилих залишків рослин і тварин.

БІОЛОГІЯ+ Гніздівка звичайна (Neotia nidus-avis (L.) – багаторічна трав'янис“ та рослина з родини Зозулинцеві. Наукова назва роду Neotia походить від грецького слова, що означав "гніздо". Грецька назва "nidus-avis" (в перекладі пташине гніздо) і українська "гніздівка" дані рослині за характерний вид її кореневого сплетіння, яке мас форму гнізда птаха. В Україні гніздівку звичайну можна зустріти в Карпатах, у лісовій та лісостеповій зонах, на півночі степової зони, в Гірському Криму. Росте в тінистих листяних лісах та чагарниках на кислому гумусі або серед гниючих коренів і пеньків. Це сапрофітна рослина, яка мас жовтий колір, бо повністю позбавлена хлорофілу. Поживні речовини вона отримує в співтоваристві з грибами. Тривалий час рослина розвивається під землею. Лише на 9-Ю рік формує наземний квітконосний пагін, жити якому близько двох місяців. Він на 20-30 см здіймається над торішнім листям. Стебло вкрите буруватими лусками – це все, що лишилося від листя. Квіти зібрані в густу китицю, за кольором не відрізняються від

стебла, мають медовий запах і цим приваблюють запилювачів. Гніздівка здатна розмножуватися як насінням, так і за допомогою кореневищ, проте перший спосіб у природі спостерігається частіше. Іноді рослина квітує і навіть плодоносить прямо під землею. Вид, занесений до Червоної книги України (III категорія).

Використання готових органічних речовин характерно також для епіфітів – рослин, які оселяються на деревах і чагарниках. Типовими епіфітами нашої флори є мохи, що оселяються на корі дерев та вищих рослин. Серед вищих рослин трапляються також види з паразитичним і напівпаразитичним способом живлення. Напівпаразитами є вищі зелені рослини, яким властива здатність до фотосинтезу і прикріпленість до інших рослин, від яких вони беруть поживні речовини (дзвінець, перестріч, очанка, шолудивник). Типовим прикладом є дуже поширена в Україні омела біла. Це кущова, переважно вічнозелена рослина, яка живе на молодих гілках багатьох листяних дерев (верба, тополя, липа, яблуня, груша). Паразити – це організми, які живляться органічними сполуками живих організмів і завдають їм при цьому шкоди. Фітопаразитами, тобто рослинними паразитами, є вовчок, петрів хрест, повитиця та ін. У цих рослин відсутні корені, сильно редуковані листки, вони утворюють велику кількість дрібного насіння тощо. Комахоїдні рослини – це зелені рослини, які мають спеціальні пристосування для лову й перетравлювання різних дрібних тварин, здебільшого комах. Найчастіше такі рослини трапляються на ґрунтах, де замало азоту, тому готова органічна речовина є для них насамперед джерелом азотного живлення. Такі рослини приваблюють комах певним забарвленням, запахом, солодкими виділеннями, захоплюють їх специфічними ловильними механізмами, а потім виділяють ферменти, які здійснюють перетравлення. До комахоїдних рослин належать венерина мухоловка, росичка круглолиста, жирянка, пухирник, непентес та ін.

У рослин розрізняють повітряне (листкове) і мінеральне (кореневе) живлення, які інтегруються для забезпечення рослинного організму органічними речовинами. Органічні молекули синтезуються рослинами в процесі фотосинтезу з неорганічних, якими є вода, вуглекислий газ, макро- й мікроелементи. Повітряне живлення – це процес поглинання та засвоєння з повітря вуглекислого газу, який є вихідним продуктом для фотосинтезу. СO2 є джерелом Карбону для синтезу рослинами власних органічних сполук. Надходження вуглекислого газу відбувається через продихи листка, тому саме цей вегетативний орган є органом повітряного живлення. Для утворення 1 г вуглеводів в процесі фотосинтезу необхідно близько 1,47 г СO2. Крім того, листок забезпечує поглинання світлової енергії для фотосинтезу. Фотосинтез здійснюється завдяки надходженню значної кількості світлової енергії в спеціалізовані структури – хлоропласти. Загальна сумарна поверхня хлоропластів перевищує площу листків у сотні разів. У хлоропластах зосереджено увесь пігментний комплекс, який утворений хлорофілами й каротиноїдами. Зелені пігменти хлорофіли поглинають червоні та сині промені, тоді як зелені в основному відбиваються. Нині відомо близько десяти магнійвмісних зелених пігментів-хлорофілів, серед яких найважливіше значення для водоростей і вищих рослин мають хлорофіли а і b. Поряд із зеленими пігментами в хлоропластах є і жовті (ксантофіли), оранжево-жовті (каротини) пігменти, які називаються каротиноїдами. Це допоміжні фотосинтезуючі пігменти, які поглинають сині, фіолетові і деякою мірою зелені промені та передають енергію цих променів до хлорофілу а.

Мінеральне живлення – це процес поглинання та засвоєння з ґрунту води та хімічних елементів, необхідних для життєдіяльності рослинного організму. Органом, який забезпечує мінеральне живлення, є корінь. Хімічні елементи й речовини, які рослина поглинає з ґрунту, використовуються для утворення складних органічних сполук, терморегуляції, транспортування речовин, забезпечення тургору тощо.

Вода, яка надійшла в рослинний організм у процесі мінерального живлення, використовується і для фотосинтезу як вихідна неорганічна сполука. Під дією світла за участю ферментів молекули води розщеплюються (фотоліз води) на протони водню та молекулярний кисень, який виділяється в атмосферу, тобто вода у рослин е донором водню для протікання реакцій фотосинтезу.

Значення хімічних елементів обумовлене їхньою участю в побудові хімічних речовин (структурна функція), в обміні речовин як складові більшості ферментів (каталітична функція) та в регуляції процесів життєдіяльності (регуляторна функція). Залежно від вмісту мінеральних елементів у тканинах рослин, їх прийнято поділяти на макро-, мікро- та ультрамікроелементи. Макроелементи – це елементи, які потрібні рослині в значній кількості. Крім органогенів (Карбон, Оксиген, Гідроген, Нітроген), до цієї групи належать Фосфор, Кальцій, Калій, Сульфур, Магній, Ферум. А елементи, які рослина потребує в незначній кількості, називаються мікроелементами. До них належать Манган, Молібден, Бор, Купрум, Хлор, Кобальт, Цинк, Натрій та ін. Ультамікроелементи – це хімічні елементи, вміст яких у рослині становить від мільйонних часток відсотка. До цієї групи належать Цезій, Кадмій, Аргентум, Радій та ін.

Отже, гетеротрофний тип живлення з використанням готових органічних речовин характерний для всіх рослинних організмів, а автотрофне живлення, яке забезпечує синтез органічних речовин із неорганічних, здійснюється завдяки повітряному і мінеральному живленню і властиве для зелених рослинних організмів, які мають фотосинтезуючі пігменти.

Дихання рослин

Дихання рослин – сукупність процесів, які здійснюють окиснення органічних речовин і отримання енергії для життєдіяльності. Дихання є одним із основних проявів обміну речовин між організмом та середовищем, у результаті чого відбувається утворення енергії у вигляді АТФ та формування проміжних продуктів для різноманітних реакцій синтезу. Субстратом для окиснення у рослин служать здебільшого вуглеводи, але в окремих органах і тканинах можуть використовуватися жири та білки (наприклад, у насінині для проростання). У рослин розрізняють зовнішнє та внутрішнє дихання.

■ зовнішнє дихання (газообмін) – сукупність процесів, які забезпечують обмін газів між організмом рослини і середовищем;

■ внутрішнє (внутрішньоклітинне) дихання – сукупність біохімічних процесів розщеплення за участю клітинних ферментів, які супроводжуються виділенням енергії.

У рослинних клітинах спостерігається аеробне дихання, однак для них властиве й анаеробне:

■ аеробне дихання – сукупність процесів, що здійснюють окиснення органічних речовин і отримання енергії за участю кисню, який є приймачем (акцептором) електронів; розщеплення органічних речовин є повним і відбувається з утворенням кінцевих продуктів окиснення Н2O і СO2; характерне для переважної більшості рослинних організмів і проходить в мітохондріях клітини;

■ анаеробне дихання – сукупність процесів, які здійснюють окиснення органічних речовин і отримання енергії за відсутності кисню; розщеплення органічних речовин є неповним і відбувається з утворенням проміжних сполук; характерне для багатьох рослинних тканин і може відбуватися навіть за доступу повітря (наприклад, у достигаючих плодів можна виявити запах етилового спирту, що виділяється внаслідок анаеробного дихання).

У нижчих рослин обмін газів здійснюється шляхом дифузії через поверхню клітин. У вищих рослин для дихання є спеціальні пристосування: продихи на листках і зелених стеблах, сочевички у корі дерев'янистих форм, численні міжклітинники у губчастій паренхімі листків. Дихання у рослин відбувається як в темряві, так і на світлі, причому на світлі внаслідок фотосинтезу з повітря поглинається набагато більше вуглекислого газу, ніж виділяється в процесі дихання. На дихання зелені рослини втрачають 20-25% органічних сполук, що утворюються в процесі фотосинтезу. Найінтенсивніші процеси дихання у ростучих тканинах верхівок пагонів і коренів, стебел, бруньок, проростаючого насіння. Основним субстратом дихання у рослин є вуглеводи. Жири та білки використовуються в основному під час дихання паростків рослин, які розвиваються з багатих на жири чи білки насінин. Тривалий час вважали, що процеси фотосинтезу й дихання протилежні. Та насправді вони взаємопов'язані і споріднені, причому в обох процесах важливе значення має вода. Виявлено, що дихання виконує ті ж самі функції, що й фотосинтез, а саме вони забезпечують клітину необхідними для росту й життєдіяльності проміжними продуктами та енергією.

Отже, аеробне й анаеробне дихання разом з повітряним і мінеральним живленням є основою обміну речовин та енергії рослинного організму.