Значение растений в природе и жизни человека

Чем глубже изучает  человек природу, тем яснее становится огромная роль растений. Растения распространены почти повсеместно на нашей планете: они встречаются в холодных пустынях Арктики и Антарктиды и в горячих  источниках с температурой около 70°С; некоторые растительные организмы проникают до 100 м в глубь земной коры (встречаются даже на глубине 2-3 км) и в атмосферу на высоту 10-12 км (в виде спор); некоторые водоросли проникают в толщу морских глубин до 200-250 м (бурые и красные водоросли). Таким образом растительные организмы достигают более широкого, чем животные, распространения. Поэтому именно они определяют границы биосферы (Биосфера - область распространения жизни на Земле). 
 
Растения первыми поселяются там, где отсутствует всякая жизнь. В Антарктиде, например, на свободной от льда поверхности растут мхи и лишайники.  
 
Велика роль растений в жизни нашей планеты. Одни растения способны создавать и накапливать огромную массу органических веществ (автотрофные растения), другие - разрушают их (гетеротрофные растения), возвращая в почву минеральные вещества, необходимые для питания зеленых автотрофных растений. Так совершается круговорот веществ в природе.  
 
Автотрофные растения синтезируют органические вещества из неорганических соединений (углекислого газа, воды, минеральных солей), используя лучистую энергию Солнца. Эта энергия поглощается пигментом (у зеленых растений - хлорофилл, у других окрашенных растений - каротиноиды или фикобилины) и используется в процессе сложных биохимических реакций, приводящих к образованию органических веществ. В органических веществах накапливается преобразованная солнечная энергия в виде потенциальной энергии химических связей. Этот сложный процесс получил название фотосинтеза. Упрощенно его можно записать в виде уравнения реакции:  
 
                     νh  
6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ - 2830 кДж  
 
Образовавшаяся глюкоза в дальнейшем превращается в более сложные углеводы, жиры, а после присоединения азота, который поступает в растения из почвы в виде неорганических солей, синтезируются белки и другие сложные вещества. В процессе фотосинтеза выделяется свободный кислород, необходимый для дыхания всех живых организмов.  
 
К автотрофным организмам относят высшие зеленые растения, водоросли и окрашенные виды бактерий {бактерии и актиномицеты (лучистые грибки) условно могут быть отнесены к растениям}. Все они синтезируют органические вещества при помощи лучистой световой энергии и поэтому их называют фототрофными организмами или фототрофами. Бактерии, способные создавать органические вещества из неорганических за счет энергии, освобождаемой при окислении этими бактериями неорганических веществ, называют хемосинтетиками или хемотрофными. Вероятно, хемотрофный способ питания - наиболее древний.  
 
Гетеротрофные растения питаются готовыми органическими веществами, которые присутствуют в окружающей среде, и строят их них органические вещества своего тела. Эти растения не имеют хлорофилла в теле. К ним относят некоторые высшие растения, грибы и большинство бактерий. Среди гетеротрофных растений различают растения-паразиты и сапрофиты. Растения-паразиты живут на теле или в теле другого организма и питаются за его счет. Это грибы, вызывающие болезни высших растений (мучнистая роса, ржавчина, головня и др.), и некоторые бесхлорофилльные высшие растения (заразиха, повилика). Сапрофиты питаются органическими веществами из разлагающихся трупов животных и растений. Сапрофитные грибы и бактерии играют огромную роль в почвообразовательном процессе, расщепляя (минерализуя) органические остатки до простых неорганических соединений. В атмосферу выделяется углекислый газ, а в почву попадают минеральные вещества. У растений встречается и смешанный способ питания (миксотрофный). В этом случае растения могут сами создавать органические вещества, так как имеют зеленую окраску, но частично способны питаться и за счет других организмов (омела, росянка).  
 
В повседневной своей деятельности человек также разрушает органические вещества, используя освобождающуюся при этом энергию (при сжигании торфа, угля, нефти, газа). Дыхание живых организмов (тот же процесс горения) приводит к образованию простейших минеральных веществ с выделением углекислого газа. Дыхание растений - процесс, по конечным результатам обратный фотосинтезу:  
 
С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 2830 кДж  
 
Таким образом, фотосинтез, осуществляемый зелеными растениями, является источником возникновения и существования всего живого на нашей планете. К. А. Тимирязев, посвятивший всю свою жизнь изучению процесса фотосинтеза, постоянно подчеркивал эту поистине космическую роль маленького зеленого листа. Он очень ярко описал значение использованного растением солнечного света для физиологических процессов, происходящих в теле человека: "Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу… В той или иной форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы, и вот теперь атомы углерода стремятся в наших организмах вновь соединиться с кислородом, который кровь разносит во все концы нашего тела. При этом луч солнца, таившийся в них в виде химического напряжения, вновь приобретает форму явной силы. Этот луч солнца греет нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу" (Тимирязев К. А. Жизнь растения).  
 
Не менее важна роль растений как образователей леса, луга, степи и других растительных сообществ. При этом создаются не только разнообразные ландшафты Земли, но и определенные отношения между жизненными формами растений и животных, их приспособленность к определенным физико-химическим условиям среды.

 Строение  семени

Распространенные  в Нечерноземной зоне России растения, за исключением некоторых обитателей водоемов, прочно укореняются в почве, за что справедливо могли бы считаться "оседлыми". Но законы природы  бескомпромиссно утверждают победу только тех видов растений, которые  унаследовали высокую выживаемость, большой коэффициент размножения  и занимают значительный ареал. Не случайно поэтому многие растения размножаются параллельно генеративным (семенным) и вегетативным способами. Такие корневищные и корнеотпрысковые растения, как различные виды осок, ив, тростник обыкновенный, манник большой, вейники, пырей ползучий, двукисточник тростниковый, кострец безостый, лисохвост луговой, ирис аировидный, за счет вегетативного размножения в благоприятных условиях "отвоевали" себе большие территории. Однако при размножении цветковых растений и вегетативным способом их биологический цикл, как его образно назвал академик П. М. Жуковский, "от семени - к семени", всегда остается доминирующим. Жизнь большинства растений действительно начинается с прорастания семени и заканчивается образованием новых семян - зачатков будущего потомства. Семя является органом размножения всех цветковых растений. Оно формируется из семязачатка после процесса оплодотворения.  
 
Окружающая нас растительность интересна своим многообразием. Флору Ленинградской области, например, составляют около 1300 видов высших (цветковых) растений, а также большое количество мхов и лишайников. Различны по биологическим и морфологическим свойствам и семена растений. Однако при большом внешнем разнообразии все они имеют сходное строение.  
 
 
 
Рис. 1. Семя фасоли и его прорастание:  
1 - зародышевый мешок; 2 - стебелек; 3 - почечка; 4 - семядоли; 5 - главный корень; 6 - боковые корни; 7 - подсемядольное колено; 8 - первые настоящие листья; 9 - верхушечная почка  
 
 
Для начала лучше познакомиться со строением крупных семян - бобов, фасоли, гороха, тыквы или подсолнечника. Если семена фасоли продержать в воде в течение 5-6 ч, на их поверхности можно легко обнаружить плотную кожуру, предохраняющую семя от высыхания, загнивания и механических повреждений. На поверхности кожуры заметен рубчик, образованный в результате отделения семени от семяножки. Рядом с рубчиком находится семявход - едва заметное отверстие, необходимое для поступления воды при прорастании семени. В семязачатке это отверстие соответствует пыльцевходу. Основной объем семени (рис. 1) занимают две мясистые дольки - семядоли - первые сильно измененные листья зародыша. Семядоли прикреплены к стебельку, один конец которого завершается почечкой (бугорочком), состоящей из двух мельчайших (но настоящих) листочков, а второй - переходит в корешок. Таким образом, зародыш семени представляет собой вполне сформировавшееся зачаточное растеньице, состоящее из корешка, стебелька, почечки с листочками и семядолей. Семядоли содержат необходимый запас питательных веществ, которыми зародыш питается при прорастании. Растения, семена которых имеют зародыш с двумя семядолями, называются двудольными.  
 
Несколько иначе устроено семя однодольных растений, например пшеницы. Снаружи оно покрыто не только семенной кожурой, но и сросшейся с нею плодовой оболочкой - околоплодником. Такое семя (рис. 2) называется зерновкой, или зерном. Основная часть зерновки заполнена белой мучнистой массой (эндоспермом), представляющей запас питательных веществ. К эндосперму прилегает зародыш, состоящий из корешка с корневым чехликом, почечки с листочками, стебелька и щитка - единственной семядоли зародыша. Среди зародышевых листочков почечки расположен конус нарастания стебля. Верхние зародышевые листочки почечки надежно предохраняют конус нарастания от повреждений при прорастании молодого стебелька через плотный слой почвы.  
 
 
 
Рис. 2. Строение зерновки пшеницы: 1 - околоплодник сросшийся с кожурой; 2 - эндосперм; 3 - алейроновый слой; 4 - зародыш; 5 - корешок; 6 - почечка; 7 - стебелек; 8 - щиток; 9 - конус нарастания 
 
Во время прорастания зерна за счет активизации ферментативных процессов происходит разжижение эндосперма. Наружные клетки щитка, граничащие с эндоспермом, удлиняются и наподобие корешков проникают в его питательную среду, откуда и высасывают необходимую пищу для роста зародыша. В центральной части эндосперма находятся паренхимные клетки с большим количеством крахмальных зерен, в наружной его части расположены квадратные клетки алейронового слоя, в котором откладываются запасные белки в форме алейроновых зерен.  
 
Встречаются и другие типы строения семян, но при любом из них в семени всегда должен содержаться запас питательных веществ, необходимых для развития проростка. Только с появлением зеленых листьев и корней молодое растение имеет возможность получать пищу из почвы и воздуха.  
 
Вещества, входящие в состав семени, служат материалом, из которого оно построено, и в то же время представляют запас пищи, обеспечивающей рост зародыша. В семенах различных растений запасные питательные вещества представлены одними и теми же основными группами соединений - белками, углеводами и жирами, но соотношение их бывает неодинаковым. Так, например, в зерне злаков преобладает крахмал, принадлежащий к группе органических веществ, называемых углеводами. В семенах пшеницы, овса, ячменя, гречихи его содержание может достигать 60%. Крахмал нерастворим в воде и находится в семенах в виде зерен, причем каждому растению (или группе растений) присущи крахмальные зерна определенного строения.  
 
К группе углеводов помимо крахмала относятся различные сахара, клетчатка и некоторые другие вещества. Сахара содержатся обычно в прорастающих семенах и образуются из крахмала. Клетчатка (целлюлоза) составляет основу клеточных оболочек, из нее же состоит и кожура семян. Она никогда не служит запасным веществом. Запасную роль может играть ее видоизменение - так называемая полуклетчатка, накапливающаяся в семенах клевера, донника, люцерны, люпина и некоторых фруктовых деревьев, за счет чего они приобретают исключительную плотность и твердость.  
 
Следующую группу органических веществ составляют белки. Наиболее богаты белками семена гороха (20-22%), вики (25-28%), люпина (30-35%).  
 
Кроме крахмала и белков семена содержат масла, иначе называемые жирами. Жиры входят в состав протоплазмы клеток и, так же как и крахмал, являются запасными веществами. Высокий процент жиров содержат семена таких масличных культур, как лендолгунец (32-35%), подсолнечник (47-50%), мак посевной и горчица (50-51%) и других растений из семейства крестоцветных.  
 
Из других органических веществ, входящих в состав семян, особо следует отметить ферменты и витамины. Благодаря действию ферментов при прорастании семян нерастворимые вещества эндосперма превращаются в легкоусвояемую зародышем форму, ускоряется окисление сложных органических веществ с высвобождением дополнительной энергии. Витамины по своей роли близки к ферментам и хотя, как и ферменты, содержатся в малых количествах, но совершенно необходимы для нормальной жизнедеятельности как проростка, так и взрослого растения.  
 
Наряду с органическими веществами в состав семян входят и минеральные соединения - соли, которые также нужны прорастающему зародышу. Кроме того, живые семена, как бы они ни были сухи, всегда имеют в своем составе воду. Содержание влаги в покоящихся семенах может широко варьировать, однако отмечено, что при высоком накоплении крахмала ее бывает больше, а при большом содержании жиров - меньше.