Адаптація організмів до змін вологості

Пристосування рослин до підтримання водного балансу

Нижчі водні рослини поглинають воду усією поверхнею тіла. Нижчі наземні рослини з вологого субстрату поглинають воду зануреними в неї частинами слані, а вологу дощу, роси і туману — усією поверхнею. В максимально набряклому стані лишайники вміщують у 2−3 рази більше води, ніж сухої речовини.

Серед вищих наземних рослин мохоподібні поглинають воду з грунту ризоїдами, а більшість інших — корінням, спеціалізованими органами, що всмоктують воду. В клітинах кореня розвивається всмоктувальна сила здебільшого в кілька атмосфер, однак цього достатньо для добування з грунту більшої частини зв’язаної води. Лісові дерева помірної зони розвивають всмоктувальну силу коренів близько 30 атм, деякі трав’янисті рослини (суниця лісова, медунка неясна) — до 20 і навіть понад 40 атм (віскарія звичайна); рослини сухих областей — до 60 атм.

Коли у безпосередній близькості від коренів запаси води у грунті вичерпуються, корені збільшують активну поверхню шляхом росту, отже, коренева система рослин постійно перебуває в русі. Устепових і пустельних рослин часто можна бачити ефемерні корені які швидко виростають в періоди зволоження грунту, а з настанням посушливого періоду засихають.

За типом галуження розрізняють кореневі системи екстенсивні та інтенсивні. Екстенсивна коренева система охоплює велику площу грунту, але порівняно слабо розгалужується, отже, грунт пронизаний корінням негусто. Такими є кореневі системи у багатьох степових і пустельних рослин (саксаул, верблюжа колючка), у дерев помірної зони (сосна звичайна, береза повисла), а із трав — у люцерни серповидної, волошки шорсткої тощо. Інтенсивна коренева система охоплює невеликий обсяг грунту, але густо пронизує його численними, сильно розгалуженими коренями, як, наприклад, у степових дерновинних злаків (ковили, типчака), у жита, пшениці. Між цими типами кореневих систем є перехідні.

Кореневі системи дуже пластичні. Вони різко реагують на зміну умов, передусім зволоженості. В разі нестачі вологи коренева система стає екстенсивнішою. Так, при вирощуванні жита в різних умовах загальна довжина коренів (без кореневих волосків) у 1000 м³ грунту варіює від 90 м до 13 км, а поверхня кореневих волосків може збільшитися в 400 разів Всмоктування води корінням утруднюється при великій сухості грунту, засоленні або сильній кислотності при низькій температурі. Наприклад, ясен звичайний при температурі грунту 0 °C поглинає води втроє менше, ніж при +20… + 30 °C. Здатність поглинати воду при тій чи іншій температурі залежить від пристосованості рослин до теплового режиму грунтів у місцях проростання їх. Види з раннім початком розвитку як правило, можуть всмоктувати воду корінням при більш низькій температурі, ніж ті, що розвиваються пізніше. Тундрові рослини і деякі дерева, які ростуть на грунтах з підстеленою під них багаторічною мерзлотою, можуть поглинати воду при температурі грунту 0 °C.

У вищих рослин є й додаткові шляхи надходження води в тіло. Мохи можуть вбирати воду усієш поверхнею, як і лишайники. Особливо багато води вбирають такі мохи, як зозулин льон, види сфагнуму. Цьому сприяє будова їхнього листя і пагонів. При повній насиченості сфагнові мохи вміщують у своєму тілі в десятки разів більше води, ніж у повітряно-сухому стані. Насіння вбирає воду із грунту. З повітря, насиченого водяною парою, у дощовому тропічному лісі поглинають воду багато епіфітів, наприклад, папороть гіменофілум — тонкими листочками, багато орхідей — повітряним корінням. У чашовидних піхвах листків, багатьох зонтичних накопичується вода, яка поступово всмоктується епідермісом. Види з роду тиляндсія (бромелієві) існують у пустелі Атакама виключно за рахунок вологи туманів і роси, яку вбирають лусковидні волоски на листі.

Вода, що надійшла в рослину, транспортується від клітини до клітини (близький транспорт) і по ксилемі в усі органи, де витрачається на життєві процеси (далекий транспорт). Не більш як 0,5% води, йде на фотосинтез, решта — на поповнення випаровування і підтримання тургору. Вода випаровується з усіх поверхонь, як внутрішніх, так і зовнішніх, що стикаються з повітрям. Розрізняють продихову, кутикулярну і перидермальну транспірації.

Через продихи транспірується волога, яка випарувалась з поверхні клітин всередині органів. Це основний шлях витрачання води рослиною. Кутикулярна транспірація становить менш ніж 10% вільного випаровування; у вічнозелених хвойних порід вона скорочується до 0,5%, а у кактусів — навіть до 0,05%. Порівняно велика кутикулярна транспірація молодих листочків, що лише розгортаються. Перидермальна транспірація здебільшого незначна. Інтенсивність загальної транспірації підвищується із збільшенням освітлюваності, температури, сухості повітря, а також при вітрі.

Водний баланс залишається зрівноваженим у тому разі, якщо вбирання води, її проведення і витрата гармонійно взаємоузгоджень Порушення його можуть бути короткочасними або довготривалими. За пристосуваннями наземних рослин до короткочасних коливань умов водопостачання і випаровування розрізняють пойкілогідричні та гомойогідричні води У пойкілогідричних рослин вміст води у тканинах непостійний і дуже залежить від ступеня зволоженості навколишнього середовища. Вони не можуть регулювати транспірацію, легко і швидко втрачають та вбирають воду, використовуючи вологу роси, туманів, короткочасних дощів, у сухому стані перебувають в анабіозі. Здатні рости там, де короткі періоди зволоження чергуються з тривалими періодами сухості.

Пойкілогідричність властива синьо-зеленим водоростям, зеленим водоростям з порядку протококових, деяким грибам, лишайникам, а також ряду вищих рослин: багатьом мохам, окремим папоротям і навіть певним квітковим, котрі, очевидно, вдруге перейшли до пойкілогідричного способу життя. Таким є, наприклад, південноафриканський чагарник Мyrothamnus flabellifolia (розоцвіті) .

У дрібних клітинах слані більшості нижчих рослин нема центральної вакуолі, тому при висиханні вони рівномірно стискуються, необоротних змін ультраструктури протопласту. Синьо-зелені водорості, що вегетують на поверхні грунту в пустелі, висихаючи, перетворюються на темну шкарлупку. Від нечастих дощів їх слизова маса набрякає і нитчасті тіла починають вегетувати. Мохи, що ростуть на сухих скелях, стовбурах дерев чи на поверхні грунту луків і степів (роди Thuidium, Tortula), також можуть сильно висихати, не втрачаючи життєздатності.

Пойкілогідричні й пилкові зерна та зародки в насінинах рослин.

Гомойогідричні рослини здатні підтримувати відносну постійність обводненості тканин. До них відносять більшість вищих наземних рослин. Їм властива велика центральна вакуоль у клітинах. 3авдяки цьому клітина завжди має запас води і не так сильно залежить від мінливих зовнішніх умов. Крім того, паростки вкриті з поверхні епідермісом з мало проникливою для води кутикулою, транспірація регулюється продиховим апаратом, а добре розвинена коренева система під час вегетації може безперервно вбирати вологу з грунту. Однак здатність гомойогідричних рослин регулювати свій водний обмін неоднакова [2].