Warunki życia roślin w wodzie i na lądzie

Budowa i procesy życiowe roślin są ściśle determinowane przez ich środowisko. Zarówno w wodzie, jak i na lądzie rośliny muszą mieć dostęp do światła, dwutlenku węgla, tlenu, wody oraz soli mineralnych. Jednak dostęp do tych zasobów w ekosystemach wodnych i lądowych znacząco się różni. Dodatkowe wyzwania stanowią odmienne warunki termiczne i siła wyporu wody względem grawitacji na lądzie. Aby przetrwać, rośliny wykształciły specyficzne przystosowania, pozwalające na optymalne funkcjonowanie w każdym z tych środowisk.

Cechy środowiska wodnego i ich wpływ na rośliny 

Duża dostępność wody i soli mineralnych

Duża dostępność wody i soli mineralnych

Ze względu na dużą dostępność wody i rozpuszczonych w niej soli mineralnych, np. związków fosforu i azotu, rośliny wodne pobierają je z toni wodnej całą swoją powierzchnią.

Duża gęstość środowiska życia

Duża gęstość środowiska życia

Gęstość wody jest ok. 600 razy większa niż gęstość powietrza, a zatem woda stawia większy opór żyjącym w niej roślinom. Z tego powodu musiały one wykształcić odpowiednie przystosowania. Rośliny płożą się na dnie lub wykorzystując miękisz powietrzny unoszą w toni wodnej, równoważąc czynnik grawitacji siłą wyporu.

Rnr1cgYOUtoqQ

Grafika przedstawia zielone rośliny o długich, prostych liściach.

Największą gęstość woda uzyskuje w temperaturze 4°C, a w stanie stałym unosi się na powierzchni zbiornika. Ta właściwość jest szczególnie ważna dla organizmów wodnych umiarkowanej strefy klimatycznej: zimą stawy i jeziora zamarzają jedynie od góry, nie zaś do samego dna – na dnie zalega woda o temperaturze 4°C, co umożliwia roślinom przetrwanie niekorzystnych warunków.

R1EaIBbCwjzQG

Grafika przedstawia półprzeźroczystą bryłę lodu spoczywającą na ciemnym piasku. W tle za nią znajduje się słońce oraz spieniające się morskie fale.

Niewielkie wahania temperatury

Niewielkie wahania temperatury

Rośliny wodne nie są narażone na gwałtowne zmiany temperatury – w dużych zbiornikach wodnych temperatura jest niemal stała. Woda ma duże ciepło właściwe i dużą pojemność cieplną. Zbiornik wodny nagrzewa się długo, ale też długo oddaje ciepło do środowiska.

Ograniczona (niewielka) dostępność światła

Ograniczona (niewielka) dostępność światła

Rośliny wodne, stanowiące jedno z podstawowych ogniw sieci pokarmowych, mają stały dostęp do wody i soli mineralnych. Zasięg występowania tych roślin jest jednak ograniczony przez silne pochłanianie przez wodę światła słonecznego. Ilość światła docierającego do zbiorników wodnych zależy od ich głębokości i przejrzystości, co wyznacza granicę występowania roślin (tam gdzie światło nie dociera, w strefie głębin, nie jest możliwy ich rozwój).

RkDXyrW8dicBi

Grafika przedstawia podział wód na strefy w zależności od ilości światła, które do niego dociera. Najpłytsza warstwa, epipelagial to jedyna warstwa, do której dociera światło słoneczne. Kończy się ona na głębokości około dwustu metrów. Kolejną warstwą jest mezopelagial, sięgający do kilometra od powierzchni wody. Pod nim znajduje się batypelagial, sięgający do głębokości czterech tysięcy metrów pod powierzchnią morza. Abisal to ostatnia strefa, sięgająca do dna zbiornika wodnego. Hadalem określamy strefę obejmującą głównie rowy oceaniczne.

Zróżnicowany dostęp do tlenu oraz dostęp do dwutlenku węgla w postaci jonu wodorowęglanowego

Zróżnicowany dostęp do tlenu oraz dostęp do dwutlenku węgla w postaci jonu wodorowęglanowego

Podstawowe znaczenie dla funkcjonowania organizmów wodnych ma tlen rozpuszczony w wodzie. Udział tlenu rozpuszczonego w wodzie jest znacznie mniejszy niż udział tlenu w powietrzu atmosferycznym. Nie jest on w wodzie rozmieszczony równomiernie – jego stężenie zależy od temperatury wody, obecności innych organizmów oraz od głębokości zbiornika: więcej jest go w strefach przypowierzchniowych, a wraz z głębokością jego ilość spada.

Dwutlenek węgla jest pobierany przez rośliny wodne w postaci rozpuszczonej w wodzie, tj. w postaci jonu wodorowęglanowego HCOIndeks dolny Indeks dolny 3₃Indeks górny -^- Indeks dolny koniec_{Indeks dolny 33Indeks górny -^-}.

Niektóre rośliny wodne wykształciły liście przystosowane do unoszenia się na powierzchni wody. W takich liściach aparaty szparkowe znajdują się na górnej części liścia, dzięki czemu rośliny te mogą przeprowadzać wymianę gazową.

R15jrKqStVluy

Zdjęcie przedstawia liście grążela żółtego unoszącego się na powierzchni wody z dolnej perspektywy. Posiada on zielone, skórzaste, owalne liście z głęboko wyciętą nasadą. Ich drugorzędne nerwy nie łączą się z sobą, mają promienisty kształt.

W środowisku wodnym dochodzi okresowo do niebezpiecznego zjawiska zwanego eutrofizacją (przeżyźnieniem), które drastycznie zmienia względnie stabilne parametry siedliska. Naturalną przyczyną tego procesu jest wieloletnie wzbogacanie zbiornika w substancje odżywcze, wynikające m.in. z rozkładu organizmów, spływu niektórych minerałów z gleby czy nanoszenia materii organicznej przez wiatr.

R1J2HTAPALSOA

Zdjęcie satelitarne przedstawia podłużne jezioro, o błękitnej wodzie. Na jego powierzchni można zauważyć zielony zakwit pokrywający większość jego powierzchni.

Proces ten ulega gwałtownemu przyspieszeniu w połączeniu z wysoką temperaturą, prowadząc do zakwitu sinic i glonów. Zmienia to kluczowe warunki bytowe poprzez: 

• ograniczenie dostępu do światła: woda staje się mętna, co uniemożliwia fotostyntezę roślinom żyjącym w głębszych warstwach;

• deficyt tlenowy: obumarłe rośliny opadają na dno, gdzie są rozkładane przez bakterie tlenowe, co prowadzi do całkowitego zużycia tlenu rozpuszczonego w wodzie;

• powstanie stref beztlenowych: gdy zabraknie tlenu, proces kontynuują bakterie beztlenowe wytwarzające jako produkt uboczny siarkowodór, którypowoduje skażenie chemiczne zbiornika.

W konsekwencji dochodzi do powstawania tzw. „martwych stref”, w których ze względu na brak tlenu i obecność toksyn życie większości organizmów wodnych staje się niemożliwe.

Cechy środowiska lądowego i ich wpływ na rośliny

Pierwszymi roślinami naczyniowymi, które zasiedliły ląd były ryniofity. Stało się to w sylurze, a ich największy rozwój przypada na okres od ok. 425 do 390 mln lat temu. 

Zakłada się, że podstawową przyczyną opuszczenia środowiska wodnego była ucieczka przed konkurencją – na lądzie wszystkie potencjalne nisze ekologicznenisza ekologicznanisze ekologiczne były wolne, czyli gotowe do zasiedlenia. Rośliny musiały się jednak przystosować do skrajnie odmiennych warunków panujących w nowym środowisku.

Ograniczona dostępność wody i soli mineralnych

Ograniczona dostępność wody i soli mineralnych

Woda i sole mineralne są na lądzie dostępne jedynie w glebie, dlatego konieczne było wykształcenie przez rośliny systemu umożliwiającego ich pobieranie: korzeni i tkanki przewodzącej. Powstałe korzenie nie tylko pozwoliły na pobieranie roztworu glebowego, ale również umocowały rośliny w podłożu. Tkanka przewodząca pozwoliła zaś na rozprowadzanie po roślinie pobranej wody z solami mineralnymi oraz asymilatów fotosyntezy.

RpfWNrCgUWoiL

Zdjęcie przedstawia kiełki rzeżuchy. Mają one podłużny, kształt. Są białe i nitkowate, zakończone drobnymi, zielonymi listkami o podłużnym pokroju.

Mała gęstość środowiska życia

Mała gęstość środowiska życia

Gęstość powietrza jest ok. 600 razy mniejsza niż gęstość wody. Ponadto siła ciążenia na lądzie jest znacznie większa niż w wodzie. Z powodu zwiększonego ciężaru roślin konieczne było wykształcenie przez nie tkanek wzmacniających, co pozwoliło oprzeć się oddziaływaniu grawitacji.

R1KSC9ZsKPFjn

Grafika przedstawia sklerynchyme w przybliżeniu. Składa się ona z wielu komórek o wielokątnym pokroju i ciemnej, brązowej ścianie, których środek jest półprzeźroczysty.

Duże wahania temperatur

Duże wahania temperatur

Środowisko lądowe cechują większe niż w wodzie wahania temperatury. By zabezpieczyć się przed wychłodzeniem, rośliny wytworzyły tkanki okrywające. Natomiast chroniąc się przed przegrzaniem i nadmierną utratą wody, wykształciły pokrywającą skórkę kutykulękutykulakutykulę. Jednocześnie wytworzyły aparaty szparkoweaparaty szparkoweaparaty szparkowe, przy pomocy których mogły kontrolować ilość wody wyparowywanej do atmosfery, a przy okazji  także regulować wymianę ciepła. 

RNQqZ2G2A5RXr

Zdjęcie przedstawia zielone liście trawy o podłużnym pokroju. Są one pokryte przez wiele kulistych, półprzeźroczystych kropel.

Duża dostępność światła, tlenu i COIndeks dolny 2₂

Duża dostępność światła, tlenu i COIndeks dolny 2₂

Na lądzie rośliny mają znacznie lepszy dostęp do światła oraz gazów oddechowych – tlenu i dwutlenku węgla – niż w środowisku wodnym. Przekłada się to na intensywniejszą fotosyntezę, co z kolei umożliwia osiąganie stosunkowo dużych rozmiarów. Ich osiągnięcie nie byłoby jednak możliwe bez tkanek wzmacniających, zapewniających sztywność, oraz tkanek przewodzących, dostarczających wodę do najwyższych partii rośliny. Wysoką wydajność fotosyntezy gwarantują również liście, będące u większości roślin lądowym wyspecjalizowanym organem asymilacyjnym

RZ58qN4CIkH9V

Zdjęcie przedstawia drogę po którym przemieszczają się samochody. Leży ona pomiędzy niezwykle wysokimi drzewami. Ich pnie są przez większość ich długości nierozgałęzione. Tylko przy czubku można zauważyć pokryte zielonymi igłami gałęzie.

Podsumowanie

• Środowiska wodne i lądowe różnią się wieloma parametrami, które mają wpływ na życie roślin:
  - Dostępność zasobów: woda i sole mineralne są w zbiornikach powszechne, ale gazy (tlen i dwutlenek węgla) rozpuszczają się w nich znacznie trudniej niż w powietrzu.
  - Warunki świetlne: Woda pochłania i rozprasza promienie słoneczne, przez co dostęp do światła maleje wraz z głębokością.
  - Właściwości fizyczne: Woda charakteryzuje się dużą gęstością (siła wyporu), podczas gdy na lądzie dominuje silne oddziaływanie grawitacji.
  - Stabilność termiczna: Zbiorniki wodne cechują się mniejszymi wahaniami temperatury niż środowisko lądowe.

• Rośliny wodne: pobierają składniki odżywcze i gazy całą powierzchnią ciała z otaczającej je wody. W ich budowie wewnętrznej występuje miękisz powietrzny, który ułatwia transport gazów oddechowych i pozwala unosić się w toni wodnej, zapewniając lepszy dostęp do światła.

• Rośliny lądowe wykształcają adaptacje do środowiska lądowego:
  - Tkanki: wzmacniające (przeciwdziałają grawiatacji), okrywającą z kutykulą i aparatami szparkowymi (chroni przed nadmiernym parowaniem i wysychaniem),
  - Organy: korzenie (odpowiedzialne za pobieranie wody i soli mineralnych oraz stabilne umocowanie w podłożu), łodygi (zapewniające transport substancji i wyniesienie liści do światła) oraz liście (wyspecjalizowane w przeprowadzaniu fotosyntezy i regulowanej transpiracji).

Ćwiczenia utrwalające