V suchozemských podmínkách omezuje růst a vývoj organismů vlhkost častěji než jiné faktory prostředí. Vysvětluje to skutečnost, že voda hraje v jejich životě obrovskou roli. Je to univerzální rozpouštědlo, médium pro biochemické reakce v buňce. Molekuly vody se mohou přímo podílet na metabolismu. Voda jako hlavní strukturální složka buněk určuje zachování jejich tvaru v nepřítomnosti buněčné stěny. U některých živočichů (kulatých a kroužkovců) slouží jako hydrostatická kostra. Voda s vysokým povrchovým napětím plní v těle transportní funkci (pohyb látek). Voda díky své vysoké měrné tepelné kapacitě, tepelné vodivosti a výparnému teplu zajišťuje udržování tepelné rovnováhy v těle a zabraňuje přehřívání.
Nedostatečná nebo nadměrná vlhkost v prostředí je hlavním ekologickým problémem suchozemských obyvatel. Stupeň vlhkosti prostředí ovlivňuje vnější vzhled a vnitřní stavbu organismů. V tomto ohledu se rozlišují různé ekologické skupiny rostlin.
*Ekologické skupiny rostlin ve vztahu k vlhkosti
Rostliny jsou citlivější na obsah vlhkosti ve svém prostředí než zvířata. Kvůli sedavému způsobu života se nemohou při hledání vody pohybovat a musí se přizpůsobit vodnímu režimu svého biotopu. V suchozemském prostředí je zajištění biotopů vodou a její dostupnost velmi nestabilní. Vývoj adaptací na nedostatek vlhkosti je vedoucím směrem ve vývoji rostlin během vývoje půdy. Všechny suchozemské rostliny ve vztahu k vlhkosti se obvykle dělí do tří ekologických skupin: hygrofyty, xerofyty a mezofyty.
Hygrofyty (z řečtiny hygrós – mokrý, fytón – rostlina) – rostliny vysoce vlhkých míst s vysokou vlhkostí vzduchu. Zástupci hygrofytů jsou rýže, ostřice, rosnatka, bavlník, jádrové dřevo, měsíček bahenní a papyrus. Vyskytují se ve všech klimatických pásmech.
Hygrofyta mají adaptace pro intenzivní transpiraci. Mají tenké listové čepele s neustále otevřenými průduchy. Některé rostliny mají specifické „vodní průduchy“. Jejich prostřednictvím se voda uvolňuje v kapalném stavu.
Hygrofyty mají špatně vyvinutou mechanickou tkáň, kutikulu a epidermis. Dužnina listů obsahuje velké mezibuněčné prostory. U některých druhů mohou kořeny a stonky obsahovat aerenchyma (z řečtiny aer – vzduch, enchyma – tkáň) – tkáň, která uchovává vzduch (hygrofyty bažin). Kořenový systém je špatně vyvinutý (kořeny jsou tenké, často bez kořenových vlásků). Hygrofyty nejsou schopny tolerovat ani nepatrný nedostatek vláhy v půdě a rychle chřadnou.
Xerofyty (z řečtiny xerox – suché) – rostliny, které se přizpůsobily životu v suchých místech (stepi, pouště, polopouště, savany, vrchoviny, listnaté stálezelené lesy, písečné duny). Jsou schopny dlouhodobě odolávat nedostatečné vlhkosti.
U xerofytů je adaptace na suchá stanoviště spojena s omezenou spotřebou vody pro transpiraci. U některých zástupců je doprovázena aktivním odsáváním vody při jejím nedostatku v půdě. A pro ostatní je to schopnost ukládat vodu do tkání a orgánů během sucha. V závislosti na typu adaptace se rozlišují dvě formy xerofytů – sukulenty a sklerofyty.
Sukulenty (od lat. succulentus – sukulentní) – vytrvalé rostliny schopné uchovávat vodu ve svých tkáních a orgánech a následně ji šetrně využívat. V závislosti na tom, které orgány uchovávají vodu, existují tři typy sukulentů: povlečení na postele, zastavit и vykořenitje
Listové sukulenty hromadí vodu v dužnatých listech. Z vašeho kurzu geografie víte, že se vyskytují ve vyprahlých oblastech Střední Ameriky (agáve), Africe a Střední Asii (aloe) a také na suchých písčitých půdách v mírných zeměpisných šířkách (sedum, mláďata). stonkové sukulenty mají vysoce vyvinutá pletiva zadržující vodu v kůře a jádru stonku. Jsou hojně zastoupeny v amerických pouštích (kaktusy) a suchých oblastech Afriky (euphorbia). Kořenové sukulenty uchovávat vodu v pletivech podzemních částí rostlin. Krátký strom rostoucí v Mexiku ceiba malolistá má na kořenech otoky až 30 cm v průměru, ve kterých se hromadí voda.
Sukulenty svými povrchovými kořeny intenzivně absorbují vodu a vlhkost hlubokých vrstev půdy je pro ně nepřístupná. Pokožka těchto rostlin je pokryta silnou kutikulou. Často se vyskytuje voskový povlak nebo hustá pubescence. Těch pár ponořených průduchů je nejčastěji uzavřeno během dne. U stonkových sukulentů jsou listy redukovány na trny (kaktusy). Funkce fotosyntézy se přenesla na stonek, který zezelenal.
Sklerofyty (z řečtiny sclēros – pevné) – rostliny se sníženou transpirací a schopností aktivně čerpat vodu při jejím nedostatku v půdě (pelyněk, saxaul, velbloud trn, bodlák, pýr, bodlák). Vlhkost na období sucha neskladují, ale extrahují a využívají šetrně. Sklerofyty žijí hlavně ve stepích a pouštích, suchých stanovištích mírného pásma.
Sklerofyty mají suché, tvrdé listy a stonky pokryté silnou kutikulou. Díky silnému vývoji mechanických pletiv při nedostatku vody u nich nedochází k vadnutí. Dokážou tolerovat hlubokou dehydrataci a ztrácejí 25–75 % zásob vody bez znatelného poškození (hygrofyty chřadnou při ztrátě 1–2 % vody).
Vzhledem k vysoké koncentraci látek v buněčné míze vyvíjejí sklerofyty velkou sací sílu, a proto se jim říká „čerpadlové rostliny“. Jejich kořeny sahají hluboko do země (délka hlavního kořene velbloudího trnu dosahuje 15 m). Někteří zástupci tvoří rozvětvený povrchový kořenový systém (stepní trávy).
V obdobích sucha je transpirace snížena v důsledku řady morfologických adaptací. Za prvé, sklerofyty mají malé listy, často ve formě jehlic nebo ostnů. Mají voskový povlak nebo pubescence a ponořené průduchy. Za druhé, buňky sklerofytů jsou schopny zadržovat vodu díky vysoké viskozitě cytoplazmy.
Mezofyty (z řečtiny mesos – průměr) – rostliny, které žijí s průměrnou vlhkostí, mírnými tepelnými podmínkami a poměrně dobrým přísunem minerální výživy. Jedná se o nejpočetnější ekologickou skupinu, sdružující rostliny, které snesou krátké a nepříliš silné sucho. Patří sem většina listnatých dřevin mírných lesů, podrostní keře, bylinné rostliny dubových lesů, rostliny vodních luk, stepní a pouštní efeméry a efemeroidy, mnoho plevelů a většina kulturních rostlin. Z výše uvedeného výčtu je zřejmé, že skupina mezofytů je velmi rozsáhlá a heterogenní.
Pokud jde o jejich schopnost regulovat metabolismus vody, některé z těchto rostlin jsou více podobné hygrofytům, zatímco jiné jsou spíše suchu odolné formy. Ve srovnání s hygrofyty a xerofyty mají mezofyty adaptivní vlastnosti střední povahy. Mají středně vyvinutý kořenový systém. Kořeny mají kořenové vlásky a listy mají malý počet průduchů. V závislosti na přísunu vlhkosti se průduchy mohou kdykoli otevřít nebo zavřít.
Semena mezofytů žijících ve stepích a pouštích obsahují inhibitor klíčení (pomalejší). Smývá se, až když je množství srážek dostatečné pro vegetační období. Toto zařízení zabraňuje klíčení semen a úhynu sazenic během sucha.
Zopakujme si to hlavní. Voda ovlivňuje rychlost metabolismu, podílí se na termoregulaci a hraje transportní roli v těle. Ve vztahu k obsahu vody na stanovišti se rozlišují tyto ekologické skupiny rostlin: hygrofyty, xerofyty (sukulenty, sklerofyty), mezofyty. Liší se stavbou orgánů, stupněm vývoje různých tkání, schopností transpirace a přizpůsobením pro získávání a uchovávání vody v těle.
Pojďme si otestovat své znalosti
Klíčové otázky
* 1. Jaké ekologické skupiny rostlin se rozlišují ve vztahu k vlhkosti?
2. Popište adaptace hygrofytů. Jmenujte jejich zástupce.
3. Jaké charakteristické strukturální rysy mají sukulenty a sklerofyty?
4. Zajistit soulad mezi ekologickými skupinami rostlin ve vztahu k vlhkosti a jejich zástupci.
Ekologické skupiny: 1 – hygrofyta. 2 – xerofyty.
Zástupci: a) rýže; b) pelyněk; c) sedum; d) péřovka; e) ostřice akutní; f) bodlák; g) měsíček bahenní; h) kaktus; i) papyrus.
Obtížné otázky
1. Proč kytice květů měsíčku rychle vybledne, ale chryzantémy vydrží dlouho?
2. Proč má borovice lesní rostoucí na písčité půdě kořen hluboko v půdě, zatímco borovice lesní rostoucí v bažině má povrchový kořenový systém?
3. Proč masové kvetení rostlin ve stepích začíná velmi brzy (únor-březen) a rychle se zastaví? Dejte odůvodněnou odpověď.
* Individuální domácí úkol. Analyzujte rozmanitost rostlin ve vaší oblasti, které žijí v prostředí s různým stupněm vlhkosti. Rozdělte je do environmentálních skupin ve vztahu k vlhkosti. Porovnejte dvě rostliny žijící v prostředí s různým stupněm vlhkosti (například pobřežní zóna a suchá louka). Popište jejich adaptace na vlhkost, určete rozdíly.
Čeleď sdružuje větromilné rostliny, které jsou svými morfologickými vlastnostmi blízké obilninám. Ostřice však na rozdíl od obilnin s dutými stébly a zduřelými internodimi mají stonky převážně trojúhelníkovité, bez zduřelých uzlů, neduté, třířadé listy (spíše než dvouřadé), tvořené převážně ve spodní části stonku. Kromě toho jsou vagíny ostřic vždy uzavřené.
Většina ostřic jsou hygrofyty, žijící v bažinách, vlhkých loukách a pobřežních vodních biotopech. Existují však mezi nimi druhy, které rostou v suchých podmínkách – ostřice raná (Carex praesoh), hřebíček (S. caryophyllea), hora (S. montana). Součástí lesních společenstev je řada druhů ostřic – ostřice ostnitá (S. muricata), chlupatý (S. chlupatý), les (S. sylvatica) atd. Existují také horské tundry, slané a dokonce i pouštní druhy.
Nenápadné květy ostřice se shromažďují v kláscích, které tvoří komplexní květenství: klasovité, paniculate, umbellate, capitate. Květy jsou oboupohlavné (s okvětím ve formě štětin, chlupů, nebo bez okvětí) a jednopohlavné (rostliny mohou být jednodomé nebo dvoudomé).
U největšího rodu čeledi (a jednoho z nejpočetněji kvetoucích rodů), ostřice (více než 2000 druhů), jsou jednopohlavné květy značně redukovány. Samčí květ tvoří tři tyčinky sedící v paždí krycích šupin (obr. 8.). Samičí květ, rovněž sedící v paždí krycích šupin, představuje pestík uzavřený ve zvláštním útvaru – sáčku připomínajícím džbán s úzkým hrdlem. Část stylu se stigmaty vystupuje z krku. Ostřice jsou zpravidla jednodomé.
Jezerní rákos je rozšířený v mírném pásmu (scirpus lacustris) je vysoká (až 2,5 m) rostlina. Asimilačním orgánem rákosu jsou stonky a rozmnožuje se převážně vegetativně pomocí dlouhých oddenků. Spolu s dalšími pobřežními vodními rostlinami plní rákos důležitou funkci v biologickém čištění vody. Je jedním z hlavních tvořů rašeliny. Stonky rákosu se používají k výrobě proutí a také jako obalový materiál. Lidé často mylně nazývají jinou rostlinu, orobinec, rákos (tyfu). Tento rod s charakteristickými podlouhlými hnědými „šiškami“ patří do zcela jiné rodiny – Typhaceae.
Druhy bavlníkové trávy (Eriophorum) jsou běžné bahenní rostliny. Plodnice bavlníkové se skládá z četných hedvábných chloupků, které se po odkvětu prodlužují a klásky získávají vzhled nadýchaných hlávek sněhově bílé nebo načervenalé barvy.
Swampweed, rozšířený po celém světě (Eleocharis) žije v mělkých vodách, mělčinách, na březích nádrží a travnatých bažinách. Jedním z jeho druhů je sladký proskurník neboli vodní kaštan (E. dulcis) – pěstuje se v jihovýchodní Asii jako potravinářská rostlina (využívají se sladké hlíznaté útvary na jejích oddencích). Další pěstovanou potravinářskou rostlinou z čeledi je rohovka jedlá neboli chufa (Cyperus esculentus), pěstované ve středomořských zemích. Jeho „hlízy“ jsou bohaté nejen na cukr a škrob, ale také na olej. Hnědý tuk (Cyperus hnědý) je typická pionýrská rostlina, která obývá pobřežní mělčiny.
Rýže. 8. Ostřice (Tak určitěraseae)
a – květiny (1 – bavlníková tráva – Eriophorum, 2 – rákos – scirpus, 3 – nasytit – Cyperus,
4 – ostřice – Carex); b – ostřice vezikulární – Carex vesikarie (1 – kvetoucí výhonek,
2 – samičí květ – celkový pohled a řez).
Průběh lekce:
1. Exkurze a příprava exkurzních materiálů. Věnujte pozornost délce života vodních, pobřežních a bahenních rostlin, způsobům přezimování a vegetativní obnovy, anatomické stavbě stonků a listů.
2. Během zkoumání konkrétní bažiny zjistěte její typ a související znaky flóry. Zvažují se ekologické vlastnosti stromů, keřů, trav a mechů rostoucích v bažinách, zdůrazňují se hygrofyta a xerofyta bažin (ledum, brusinka atd.). Adaptace bahenních rostlin na nedostatek dostupného dusíku v půdě: symbióza s mikroorganismy, hmyzožravými rostlinami (rosnatky aj.).
3. Udělejte si seznam vodních, pobřežních a bahenních rostlin cvičné oblasti, a pokud je to možné, seznamte se s některými nižšími vodními rostlinami – řasami (jejich odlišnosti od vyšších).
3. Identifikace a herbarizace rostlin.
5. Morfologický popis typických zástupců (práce ve skupinách).
6. Samostatná práce.
7. Příprava mikropreparátů nejtypičtějších rostlin dané fytocenózy a nákresů a schémat mikropreparátů v deníku.
