Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с водных растений )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Цветок кувшинки белой , вид воды лилии
Бутон водного растения Nelumbo nucifera .

Водные растения - это растения , которые приспособились к жизни в водной среде ( соленой или пресной ). Их также называют гидрофитами или макрофитами, чтобы отличить их от водорослей и других микрофитов. Макрофит - это растение, которое растет в воде или рядом с ней и может вырастать, погружаться в воду или плавать. В озерах и реках макрофиты служат укрытием для рыб , субстратом для водных беспозвоночных , производят кислород и служат пищей для некоторых рыб и диких животных. [1]

Макрофиты являются первичными продуцентами и составляют основу пищевой сети для многих организмов. [2] Они оказывают значительное влияние на химический состав почвы и уровень освещенности [3], поскольку они замедляют поток воды, улавливают загрязнители и улавливают отложения. Избыточный осадок оседает в бентосе, чему способствует снижение скорости потока, вызванное присутствием стеблей, листьев и корней растений. Некоторые растения обладают способностью поглощать загрязняющие вещества своими тканями. [4] [5] Морские водоросли - это многоклеточные морские водоросли, и, хотя их воздействие на окружающую среду аналогично воздействию других крупных водных растений, их обычно не называют макрофитами. [5]

Водные растения требуют особых приспособлений для жизни в воде или на поверхности воды. Наиболее распространенной адаптацией является наличие легких внутренних упаковочных клеток, аэренхимы , но также распространены плавающие листья и мелко рассеченные листья. [6] [7] [8] Водные растения могут расти только в воде или в почве, которая часто насыщена водой. Поэтому они являются обычным компонентом водно-болотных угодий. [9] Одно из крупнейших водных растений в мире - водяная лилия Амазонки ; один из самых маленьких - это ряска крошечная. Многие мелкие водные животные используют растения, такие как ряска, для дома или для защиты от хищников. Некоторые другие знакомые примеры водных растений могут включать плавающее сердце , водяную лилию , лотос и водный гиацинт .

Распространение [ править ]

Основным фактором, регулирующим распространение водных растений, является глубина и продолжительность затопления. Однако другие факторы также могут контролировать их распространение, численность и форму роста, включая питательные вещества, волнение, выпас и засоленность. [9] Некоторые водные растения могут выжить в солоноватой, соленой и соленой воде . [6]

Эволюция [ править ]

Водные растения приспособились жить как в пресной, так и в соленой воде. Водные сосудистые растения неоднократно происходили из разных семейств растений; [6] [10] они могут быть папоротниками или покрытосеменными (включая как однодольные, так и двудольные ). Единственные покрытосеменные растения, способные расти полностью погруженными в морскую воду, - это морские травы . [11] Примеры встречаются в таких родах, как Thalassia и Zostera.. Водное происхождение покрытосеменных подтверждается данными о том, что некоторые из самых ранних известных ископаемых покрытосеменных были водными. Водные растения филогенетически хорошо рассредоточены по покрытосеменным растениям и имеют не менее 50 независимых источников, хотя они составляют менее 2% видов покрытосеменных. [12] Archefructus представляет собой одну из самых старых и наиболее полных окаменелостей покрытосеменных, возраст которой составляет около 125 миллионов лет. [13] Эти растения требуют специальных приспособлений для жизни в воде или на поверхности. [13]

Хотя большинство водных растений могут воспроизводиться путем цветения и завязывания семян, многие из них также эволюционировали и получили широкое бесполое размножение с помощью корневищ , турионов и фрагментов в целом. [7]

Фотосинтез водных растений [ править ]

Из-за подводной среды водные растения имеют ограниченный доступ к углероду и испытывают пониженный уровень освещенности. [14] Водные растения имеют диффузные пограничные слои, которые варьируются в зависимости от толщины и плотности листьев. DBL являются основным фактором, ответственным за отсутствие фиксации углерода в водных растениях. [14] Из-за этой пониженной способности собирать питательные вещества водные растения адаптировали различные механизмы для максимального поглощения.

У плавающих водных растений листья эволюционировали и теперь имеют устьица только на верхней поверхности из-за того, что они не погружены в воду. [15] Газообмен в основном происходит через верхнюю поверхность листа из-за положения устьиц, и они находятся в постоянно открытом состоянии. Благодаря водной среде растения не подвержены риску потери воды через устьица и, следовательно, не подвергаются риску обезвоживания. [15] Для фиксации углерода некоторые водные покрытосеменные могут поглощать CO 2 из бикарбоната в воде, что отсутствует у наземных растений. [14]Покрытосеменные, использующие HCO3-, могут поддерживать уровень pH и CO2 на удовлетворительном уровне даже в основных средах с низким уровнем углерода. [14]

Адаптация плавучести [ править ]

Из-за окружающей среды водные растения обладают плавучестью, которая противодействует их весу. [16] Из-за этого их клеточное покрытие намного более гибкое и мягкое из-за отсутствия давления, которое испытывают земные растения. [16] Зеленые водоросли, как известно, имеют чрезвычайно тонкие клеточные стенки из-за их водной среды, и исследования показали, что зеленые водоросли являются ближайшими предками живых наземных и водных растений. [17] У наземных растений жесткие клеточные стенки, предназначенные для того, чтобы выдерживать суровые погодные условия, а также удерживать растение в вертикальном положении, поскольку растение сопротивляется гравитации. Считается, что гравитропизм, наряду с фототропизмом и гидротропизмом, развился во время перехода от водной среды обитания к наземной. [18][19] Наземные растения больше не имели неограниченного доступа к воде и должны были развиваться, чтобы искать питательные вещества в своем новом окружении, а также вырабатывать клетки с новыми сенсорными функциями, такие как статоциты .

Наземные растения в водной среде [ править ]

Было проведено множество исследований физиологических изменений, которым подвергаются наземные растения при затоплении из-за наводнения. Было обнаружено, что при погружении в водную среду новый рост листьев наземных растений имеет более тонкие листья и более тонкие клеточные стенки, чем листья на растении, которое росло над водой, а также уровень кислорода выше в той части растения, которое растет под водой. по сравнению с участками, которые росли в их земной среде. [20] Это считается одной из форм фенотипической пластичности, поскольку после погружения в воду растение претерпевает изменения в морфологии, которые лучше подходят для новой водной среды. [20]Однако, хотя некоторые наземные растения могут быстро адаптироваться к водной среде обитания, нет гарантии, что растение сможет воспроизводиться под водой, особенно если растение обычно полагается на наземных опылителей .

Классификация макрофитов [ править ]

По форме роста макрофиты можно охарактеризовать как:

  • Emergent
  • Погруженный
    • Укорененный: укорененный в субстрате
    • Неукоренен: свободно плавает в толще воды.
    • Прикрепленный: прикрепляется к субстрату, но не корнями
  • Плавающий
  • Свободно плавающий [21]

Emergent [ править ]

Эмерджентное растение является одним , который растет в воде , но прокалывает поверхность так , чтобы он частично в воздухе. В совокупности такие растения представляют собой зарождающуюся растительность .

Эта привычка, возможно, возникла из-за того, что листья могут более эффективно фотосинтезировать в воздухе и конкурировать с погруженными в воду растениями, но часто главной воздушной особенностью является цветок и связанный с ним репродуктивный процесс. Эмерджентная привычка допускает опыление ветром или летающими насекомыми . [22]

Есть много видов появляющихся растений, среди них тростник ( Phragmites ), Cyperus papyrus , виды Typha, виды цветущих растений и виды дикого риса . Некоторые виды, такие как вербейник пурпурный , могут расти в воде как надводные растения, но они способны процветать в болотах или просто во влажной земле. [23]

Затопленный [ править ]

Подводные макрофиты полностью растут под водой с корнями, прикрепленными к субстрату (например, Myriophyllum spicatum ) или без какой-либо корневой системы (например, Ceratophyllum demersum ). Гелофиты - это растения, которые растут на болоте , частично погруженные в воду, так что они вырастают из почек под поверхностью воды. [24] Окантовка высокорослой растительности у водоемов и рек может включать гелофиты. Примеры включают в себя насаждения Equisetum fluviatile , Glyceria maxima , Hippuris vulgaris , Sagittaria , Carex , Schoenoplectus , Sparganium., Acorus , желтый флаг ( Iris pseudacorus ), Typha и Phragmites australis . [24]

Плавающий [ править ]

Плавающие макрофиты имеют корневую систему, прикрепленную к субстрату или дну водоема, а листья плавают на поверхности воды. Обычные плавающие листовые макрофиты - это кувшинки (семейство Nymphaeaceae ), водоросли (семейство Potamogetonaceae ). [25]

Свободно плавающий [ править ]

Свободно плавающие макрофиты - это водные растения, которые находятся в подвешенном состоянии на поверхности воды, причем их корень не прикреплен к субстрату, отложениям или дну водоема. Они легко обдуваются воздухом и являются питательной средой для комаров. Примеры включают Pistia spp, обычно называемые водяным салатом, водяной капустой или нильской капустой. [25]

Морфологическая классификация [ править ]

Многие возможные классификации водных растений основаны на морфологии. [6] В одном примере шесть групп: [26]

  • Амфифиты : растения, приспособленные к жизни под водой или на суше.
  • Элодеиды : стволовые растения, которые завершают весь свой жизненный цикл под водой, или только их цветы находятся над ватерлинией.
  • Изоэтиды : розеточные растения, которые завершают весь свой жизненный цикл под водой.
  • Гелофиты : растения, укорененные внизу, но с листьями выше ватерлинии.
  • Нимфеиды : растения, укоренившиеся на дне, но с листьями, плавающими на поверхности воды.
  • Плейстон : сосудистые растения, свободно плавающие в воде.
Ceratophyllum submersum , свободно плавающее растение, которое растет полностью под водой.
Eriocaulon aquaticum , пример изоэтида , растет в воде.
Pistia stratiotes , пример плейстона , растения, свободно плавающего на поверхности воды.
Lysichiton americanus растет на дне с листьями и цветами над ватерлинией.
Кувшинки укоренились на дне, а листья плывут по поверхности воды.

Функции макрофитов в водной системе [ править ]

Макрофиты выполняют многие экосистемные функции в водных экосистемах и предоставляют услуги человеческому обществу. Одной из важных функций, выполняемых макрофитами, является поглощение растворенных питательных веществ (N и P) из воды. [3] Макрофиты широко используются на построенных водно-болотных угодьях по всему миру для удаления избытка азота и фосфора из загрязненной воды. [27] Помимо прямого поглощения питательных веществ, макрофиты косвенно влияют на круговорот питательных веществ, особенно на цикл азота, через влияние на денитрифицирующие бактериальные функциональные группы, которые обитают на корнях и побегах макрофитов. [28] Макрофиты способствуют осаждению взвешенных твердых частиц за счет снижения скорости течения, [29] препятствуют эрозии, стабилизируя поверхность почвы. [30]Макрофиты также обеспечивают пространственную неоднородность в иначе неструктурированной водной толще. Сложность среды обитания, обеспечиваемая макрофитами, способствует увеличению разнообразия и плотности как рыб, так и беспозвоночных. [31]

Использование и важность для людей [ править ]

Продовольственные культуры [ править ]

Мировое производство пищевой рыбы и водных растений в аквакультуре, 1990–2016 гг.

Некоторые водные растения используются человеком в качестве источника пищи. Примеры включают дикий рис ( Zizania ), водяной кальтроп ( Trapa natans ), китайский водяной каштан ( Eleocharis dulcis ), индийский лотос ( Nelumbo nucifera ), водяной шпинат ( Ipomoea aquatica ) и кресс-салат ( Rorippa nasturtium-aquaticum ).

Биологическая оценка [ править ]

Уменьшение численности сообщества макрофитов может указывать на проблемы с качеством воды и изменения экологического состояния водоема. Такие проблемы могут быть результатом чрезмерного помутнения , гербицидов или засоления . И наоборот, чрезмерно высокие уровни питательных веществ могут привести к переизбытку макрофитов, что, в свою очередь, может помешать переработке озера . [1] Уровни макрофитов легко отбирать, не требуют лабораторного анализа и легко используются для расчета простых показателей численности. [1]

Возможные источники терапевтических средств [ править ]

Фитохимические и фармакологические исследования показывают, что пресноводные макрофиты, такие как Centella asiatica , Nelumbo nucifera , Nasturtium officinale , Ipomoea aquatica и Ludwigia adscendens , являются многообещающими источниками противораковых и антиоксидантных природных продуктов. [32]

Было обнаружено, что горячие водные экстракты стебля и корня Ludwigia adscendens , а также плодов, листьев и стеблей Monochoria hastata обладают активностью ингибирования липоксигеназы . Горячий водный экстракт, приготовленный из листьев Ludwigia adscendens, проявляет более сильную ингибирующую активность в отношении альфа-глюкозидазы , чем акарбоза . [33]

См. Также [ править ]

  • Водная ботаника (журнал)
  • Водно-болотные угодья  - территория, постоянно или сезонно насыщенная водой.
  • Состояние индикатора водно-болотных угодий
  • Список видов пресноводных аквариумных растений  - статья со списком в Википедии

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c «Макрофиты как индикаторы пресноводных болот Флориды» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 07.04.2014 . Проверено 5 апреля 2014 .
  2. Перейти ↑ Chambers, Patricia A. (сентябрь 1987 г.). "Свет и питательные вещества в управлении структурой сообщества водных растений. II. Наблюдения на месте". Журнал экологии . 75 (3): 621–628. DOI : 10.2307 / 2260194 . JSTOR 2260194 . 
  3. ^ a b «Играют ли макрофиты роль в искусственно созданных заболоченных территориях?». Водные науки и технологии . 35 (5). 1997. DOI : 10.1016 / s0273-1223 (97) 00047-4 . ISSN 0273-1223 . 
  4. ^ Cowardin, Льюис М .; Картер, Вирджиния; Golet, Francis C .; Ларо, Эдвард Т. (2005-07-15), «Классификация водно-болотных угодий и глубоководных местообитаний Соединенных Штатов» , в Лере, Джей Х .; Кили, Джек (ред.), Водная энциклопедия , John Wiley & Sons, Inc., стр. Sw2162, doi : 10.1002 / 047147844x.sw2162 , ISBN 9780471478447, заархивировано из оригинала 21 декабря 2019 г. , получено 16 ноября 2019 г.
  5. ^ a b Краузе-Йенсен, Дорте; Санд-Дженсен, Кай (май 1998 г.). «Ослабление света и фотосинтез сообществ водных растений». Лимнология и океанография . 43 (3): 396–407. Bibcode : 1998LimOc..43..396K . DOI : 10,4319 / lo.1998.43.3.0396 . ISSN 0024-3590 . 
  6. ^ a b c d Sculthorpe, CD 1967. Биология водных сосудистых растений. Перепечатано Эдвардом Арнольдом 1985 года в Лондоне.
  7. ^ а б Хатчинсон, GE 1975. Трактат по лимнологии, Vol. 3, Лимнологическая ботаника. Нью-Йорк: Джон Вили.
  8. ^ Кук, CDK (ред.). 1974. Водные растения мира. Dr W. Junk Publishers, Гаага. ISBN 90-6193-024-3 . 
  9. ^ a b Кедди, PA 2010. Экология водно-болотных угодий: принципы и сохранение (2-е издание). Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания. 497 с.
  10. ↑ Tomlinson, PB 1986. Ботаника мангровых зарослей. Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета.
  11. ^ "Двуцветные" . Веб-сайт филогении покрытосеменных . Ботанический сад Миссури . Архивировано 29 января 2018 года . Проверено 1 марта 2018 .
  12. ^ Пенниси, Элизабет (2018-06-01). «Эта морская форель превратилась в пресноводную всего за 100 лет». Наука . DOI : 10.1126 / science.aau3582 . ISSN 0036-8075 . 
  13. ^ a b Мадер, Сильвия С. (1998). Биология . WCB / McGraw-Hill. ISBN 0-697-34079-1. OCLC  37418228 .
  14. ^ a b c d Педерсен, Оле; Колмер, Тимоти Дэвид; Санд-Дженсен, Кай (2013). «Подводный фотосинтез затопленных растений - последние достижения и методы» . Границы растениеводства . 4 : 140. DOI : 10.3389 / fpls.2013.00140 . ISSN 1664-462X . PMC 3659369 . PMID 23734154 .   
  15. ^ a b Штейн, Илана; Popper, Zoë A .; Харпаз-Саад, Смадар (3 июля 2017 г.). «Постоянно открытые устьицы водных покрытосеменных растений демонстрируют измененную структуру кристалличности целлюлозы» . Сигнализация и поведение растений . 12 (7): e1339858. DOI : 10.1080 / 15592324.2017.1339858 . ISSN 1559-2324 . PMC 5586356 . PMID 28718691 .   
  16. ^ a b Окуда, Кадзуо (2002-08-01). «Строение и филогения клеточных оболочек». Журнал исследований растений . 115 (4): 283–288. DOI : 10.1007 / s10265-002-0034-х . ISSN 1618-0860 . PMID 12582732 . S2CID 33043901 .   
  17. ^ Саркар, Пурбаша; Босняга, Елена; Ауэр, Манфред (01.09.2009). «Стенки растительных клеток на протяжении всей эволюции: к молекулярному пониманию принципов их конструкции» . Журнал экспериментальной ботаники . 60 (13): 3615–3635. DOI : 10.1093 / JXB / erp245 . ISSN 0022-0957 . PMID 19687127 . Архивировано 06.06.2020 . Проверено 6 июня 2020 .  
  18. ^ Vries, Ян де; Арчибальд, Джон М. (2018). «Эволюция растений: вехи на пути к земной жизни» . Новый фитолог . 217 (4): 1428–1434. DOI : 10.1111 / nph.14975 . ISSN 1469-8137 . PMID 29318635 .  
  19. ^ Наджрана, Танбир; Санчес-Эстебан, Хуан (26 декабря 2016 г.). «Механотрансдукция как приспособление к гравитации» . Границы в педиатрии . 4 : 140. DOI : 10,3389 / fped.2016.00140 . ISSN 2296-2360 . PMC 5183626 . PMID 28083527 .   
  20. ^ a b Mommer, Liesje; Wolters ‐ Arts, Mieke; Андерсен, Шарлотта; Виссер, Эрик JW; Педерсен, Оле (2007). «Вызванная погружением акклиматизация листьев у наземных видов, различающихся по устойчивости к затоплению» . Новый фитолог . 176 (2): 337–345. DOI : 10.1111 / j.1469-8137.2007.02166.x . ISSN 1469-8137 . PMID 17888115 .  
  21. ^ Ван дер Валк, Арнольд (2006). Биология пресноводных водно-болотных угодий . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780199608942.
  22. ^ Vymazal, январь (декабрь 2013 года). «Новые растения, используемые в заболоченных территориях со свободной поверхностью воды: обзор». Экологическая инженерия . 61 : 582–592. DOI : 10.1016 / j.ecoleng.2013.06.023 . ISSN 0925-8574 . 
  23. ^ Swearingen, Jil М. (7 июля 2009). «Рабочая группа PCA по чужеродным растениям - Вербейник пурпурный (Lythrum salicaria)» . Служба национальных парков . Архивировано 2 сентября 2011 года . Проверено 24 сентября 2011 года .
  24. ^ a b Бентье, Хенк; Хики, Майкл; Король, Клайв (2001). «Кембриджский иллюстрированный глоссарий ботанических терминов». Бюллетень Кью . 56 (2): 505. DOI : 10,2307 / 4110976 . ISSN 0075-5974 . JSTOR 4110976 . S2CID 86620932 .   
  25. ^ a b Борнетт, Гудрун; Аморос, Клод; Ламуру, Николя (март 1998 г.). «Разнообразие водных растений в прибрежных водно-болотных угодьях: роль связности». Пресноводная биология . 39 (2): 267–283. DOI : 10.1046 / j.1365-2427.1998.00273.x . ISSN 0046-5070 . 
  26. ^ Westlake, DF, Kvĕt, J. и Szczepański А. 1998. Производство Экология Болотина. Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
  27. ^ Vymazal Ян (2013). «Новые растения, используемые в заболоченных территориях со свободной поверхностью воды: обзор». Экологическая инженерия . 61 : 582–592. DOI : 10.1016 / j.ecoleng.2013.06.023 .
  28. ^ Холлин, Сара; Хеллман, Мария; Чоудхури, Майдул I .; Экке, Фрауке (2015). «Относительное значение поглощения растениями и денитрификации, связанной с растениями, для удаления азота из шахтного дренажа в субарктических водно-болотных угодьях». Исследования воды . 85 : 377–383. DOI : 10.1016 / j.watres.2015.08.060 . PMID 26360231 . 
  29. ^ Zhu, MY, Zhu, GW, Nurminen, L., Wu, TF, Deng, JM, Zhang, YL, Qin, BQ & Ventela, AM (2015) Влияние макрофитов на ресуспендирование отложений и влияние связанных питательных веществ в Мелкое и большое озеро (озеро Тайху, Китай). Архивировано 28 июля 2020 года в Wayback Machine . PLoS ONE, 10.
  30. ^ Хорппила, Юкка; Кайтаранта, Джони; Йоэнсуу, Лаура; Нурминен, Лина (2013). «Влияние плотности надводных макрофитов (Phragmites australis) на турбулентность воды и эрозию отложений, богатых органическими веществами». Журнал гидродинамики . 25 (2): 288–293. Bibcode : 2013JHyDy..25..288H . DOI : 10.1016 / S1001-6058 (13) 60365-0 . S2CID 120990795 . 
  31. ^ Thomaz, Sidinei M .; Диббл, Эрик Д .; Евангелиста, Луис Р .; Игути, Джанет; Бини, Луис М. (2007). «Влияние сложности среды обитания водных макрофитов на численность и богатство беспозвоночных в тропических лагунах». Пресноводная биология : 071116231725007––. DOI : 10.1111 / j.1365-2427.2007.01898.x .
  32. ^ Chai TT, Ooh KF, Quah Y, Wong FC (2015) Съедобные пресноводные макрофиты: источник противоопухолевых и антиоксидантных натуральных продуктов - мини-обзор, заархивированный 21.06.2018 на Wayback Machine . Обзоры фитохимии 14 (3): 443–457.
  33. ^ Ooh KF, Ong HC, Wong FC, Sit NW, Chai TT (2014) Профилирование с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии полезных для здоровья фитохимических веществ и оценка антиоксидантной, антилипоксигеназной, хелатирующей железо и антиглюкозидазной активности макрофитов водно-болотных угодий Архивировано 2021 г. 01-18 у Wayback Machine . Журнал Pharmacognosy 10 (39): 443-455.

Внешние ссылки [ править ]

  • https://web.archive.org/web/20200410235322/https://aquaplant.tamu.edu/
  • http://aswm.org
  • http://plants.ifas.ufl.edu
  • Мониторинг водных растений в штате Вашингтон