Растения без хлорофилла чем питаются
Как растения с красными листьями поддерживают себя без зеленого хлорофилла?
Некоторые паразитические растения вообще не содержат хлорофилла и крадут его продукты фотосинтеза у своих зелёных собратьев. Другие растения, как например краснолистые деревья, имеют много хлорофилла, но маскируют их молекулы под другим пигментом — сказала Сьюзан Пелл, директор по науке в Бруклинском ботаническом саду. 
Хлорофилл поглощает красный и синий свет, отражая его; и таким образом, появляется зелёный цвет. Хлорофилл использует эту электромагнитную энергию вместе с углекислым газом и водой, чтобы сделать для растения глюкозу и кислород.
Большинство растений, помимо хлорофилла, имеют также другие пигменты: каротиноиды, которые обычно появляются в цвете от жёлтого до оранжевого, и антоцианы, пигменты красные до фиолетового. Обычно преобладает один пигмент. Таким образом, растение с красными листьями имеет более высокое, чем обычно, количество антоцианов. Но хлорофилл всё же присутствует в листьях и работает.
«Раньше мы думали, что изменение цвета осенней листвы становится следствием выявления уже присутствующих каротиноидов и антоцианов, когда хлорофилл разрушается при подготовке к покою», — сказала она. Теперь мы знаем, что листья действительно производят дополнительные антоцианы к старости.
Эти эволюционные преимущества не полностью понятны. Одна из теорий заключается в том, что дополнительные антоцианы обеспечивают оттенок, при котором хлоропласты (структуры внутри клеток) могут разрушать их хлорофилл, помогая растениям реабсорбировать свои строительные блоки, особенно ценный азот. Другая теория заключается в том, что антоцианы, которые являются мощными антиоксидантами, защищают растения при подготовке к зиме.
Подъельник обыкновенный — растение без хлорофилла
Иногда в лесу под ёлками и соснами, среди мха и осыпавшихся иголок, можно встретить невзрачные цветочки, абсолютно лишенные характерной для растений зелёной окраски. Это цветёт необычное растение подъельник обыкновенный (лат. Monotropa hypopitys), по внешнему виду которого непонятно — то ли растение это, то ли гриб. И образ жизни у него соответственный — он совсем не имеет хлорофилла и не занимается фотосинтезом, это растение-сапрофит. Конкретно эти ростки подъельника были сняты в сосновом лесу, во время поездки в Медведский бор.
Подъельник — многолетнее травянистое растение, в котором отсутствует хлорофилл. Пэтому оно практически лишено окраски, бледно-желтоватого цвета, будто вылеплено из воска. Хотя иногда может приобретать розоватый или даже розовато-красный оттенок. Надземная часть состоит из мясистого стебля длиной до 25 см, покрытого небольшими листьями-чешуйками. На верхней части стебля находится от 2 до 12 плотно прилегающих друг к другу цветков удлиненной колокольчатой формы, собранных в поникшую кисть.
Подъельник встречается во многих регионах Евразии с умеренным климатом, а также на тихоокеанском побережье Северной Америке. В России — в Европейской части (чаще в нечерноземной полосе), Сибири и на Дальнем Востоке. В целом этот вид — довольно редкое растение, но местами встречается в большом количестве.
Очень точно природа этого растения отражается в его названиях. Если русским названием он обязан месту произрастания, то на других языках отражаются характерные особенности его строения. Латинское Monotropa, можно перевести как «однобокий» (др.-греч. μονος — «один», τροπος — «поворот») из-за однобокого загибания его соцветия. Английские названия — Indian Pipe («индейская трубка» — из-за сходства растений с курительными трубками индейцев), Ghost Plant («растение привидений», «духов цветок» — из-за белого цвета), Corpse Plant («трупный цветок»). Финское название, Mäntykukat, дословно можно перевести как «сосновые цветы» (дано по обычному месту произрастания), а эстонское, seen-lill, — «гриб-цветок» из-за схожести некоторых его «повадок» с грибами. Растение даже может образовывать «ведьмины круги».
Растение это многолетнее. В середине лета появятся на короткий срок кремовые веточки с цветками. Ведь надземные побеги образуются лишь на время цветения и созревания плодов. На месте цветков образуются овальные коробочки с множеством мельчайших, как пыль, семян. Их разносит ветер. И почти на целый год подъельник «уходит» в подземную жизнь. В почве у него весьма солидное корневище.
Добавлено 28 сентября 2014:
Так выглядят уже созревшие коробочки с семенами подъельника:
К моменту созревания побеги подъельника распрямляются, и вместо поникшей кисти цветков примерно к сентябрю образуется прямостоячая гроздь шаровидных коробочек диаметром около 2—2,5 см с чрезвычайно мелкими, как пыль, семенами, которые разносит ветер (их масса составляет 0,000003 г). Эти семена снабжены «хвостиком». «Хвостик» и такая малая масса объясняются тем, что семена распространяются потоками воздуха, а в густых лесах, в которых растёт подъельник, дуновения ветра очень слабы
Духов цветок
На фото — подъельник одноцветковый (Monotropa uniflora), растущий под пологом темного леса. Мертвенно-бледный цвет его побегов объясняется отсутствием хлорофилла, в котором у растения нет нужды в связи с особым типом питания. За необычные цвет и форму подъельник по-английски называют «растением призраков» («растением-призраком») или «духовым цветком» (ghost plant) или «трупным цветком» (corpse plant), а также «трубкой призрака» (ghost pipe) и «индейской трубкой» (indian pipe).
Род подъельник, или вертляница (Monotropa) включает всего два вида: подъельник обыкновенный (M. hypopitys) и подъельник одноцветковый. Оба вида описал Карл Линней в 1753 году. С тех пор род неоднократно пытались расширять, но безуспешно: все предложенные названия в итоге сводились в синонимы того или иного вида. Раньше вертляниц выделяли в собственное семейство подъельниковых (Monotropaceae), однако современные исследования показали их принадлежность к большому семейству вересковых (Ericaceae). Кроме самого вереска к нему относятся рододендрон, клюква, подбел, грушанка и их экзотичные родственники, например земляничное дерево, или земляничник. Подъельниковые сейчас понижены до ранга подсемейства (Monotropoideae) и состоят из трех триб, в одну из которых и входит одноименный род.
Представители семейства вересковые. Слева направо: рододендрон желтый (Rhododendron luteum); фото © Надежда Федорова; подбел многолистный (Andromeda polifolia); фото © Лена Глазунова с сайта plantarium.ru; грушанка крупноцветковая (Pyrola grandiflora); фото © Павел Горбунов с сайта plantarium.ru; земляничник крупноплодный (Arbutus unedo); фото © Андрей Ковальчук с сайта plantarium.ru
Подъельник одноцветковый — многолетнее растение высотой 10–30 см с толстым сочным стеблем блеклого серо-голубого цвета, возможно также наличие розоватых оттенков и темных крапинок. Листья овальные, заостренные на концах, редуцированные до состояния мясистых чешуй. Цветок колокольчатой формы обычно один, как и отражено в названии, однако реже могут иметься еще 1–2 цветка. Сначала они поникшие, но по окончании цветения цветоножка выпрямляется, и завязывается сухой плод — четырех- или пятигнездная сухая коробочка, заполненная семенами.
Слева — цветок подъельника одноцветкового, видны тычинки с оранжевыми пыльниками и воронковидное рыльце пестика по центру. Фото © Gary Monroe с сайта fs.fed.us. Справа — иллюстрация из книги M. Catesby, 1754. Natural History of Carolina, Florida, and the Bahama Islands
Семена подъельника очень маленькие и легкие (их масса всего 0,000003 г) и имеют мембраноподобные выросты-крылья, что позволяет им легче распространяться в условиях густых лесов.
Слева — гербарные образцы подъельника одноцветкового. Их цвет и степень сохранности как раз указывают на то, что при жизни растения имели довольно мясистые побеги. Изображение с сайта цифрового гербария МГУ plant.depo.msu.ru. Справа — уже сухие и побуревшие особи, сформировавшие коробочки с семенами. Часто в таком состоянии они остаются зимовать и продолжают распространение семян в следующем сезоне. Фото © Eric Hunt с сайта anps.org
Несмотря на название, подъельник обитает не только в хвойных лесах. Главное условие для его произрастания — наличие густой подстилки из растительного опада, обеспечивающей жизнедеятельность гриба-сапротрофа. И тут мы подошли к самой интересной особенности этого растения — его способу питания. Подъельники не производят питательные вещества самостоятельно в процессе фотосинтеза (мы помним, что у них нет хлорофилла), а получают их уже готовыми из грибных гиф, с которыми они связаны под землей. Такой тип питания называется облигатной микогетеротрофией. Она возникала независимо примерно 50 раз в ходе эволюции и сейчас характерна для более чем 400 видов растений, среди которых есть представители двудольных и однодольных цветковых растений, а также мхов, например, печеночники Cryptothallus mirabilis (см. картинку дня Сциафила без хлорофилла).
Ученые предполагают, что некоторые эволюционные линии растений, образующих микоризу, в условиях недостатка света постепенно теряли способность фотосинтезировать наряду с зеленой окраской и укрепляли взаимодействие с грибом. Фотосинтез в клетках растений происходит при участии зеленых пластид (хлоропластов) — полуавтономных симбиотических органелл, обладающих своим собственным геномом. Наличие генома, хоть и неполного, — наследие тех времен, когда пластиды еще были свободноживущими бактериями. Когда растение утрачивает способность к фотосинтезу, его хлоропластный геном становится еще «легче»: в среднем у автотрофных высших растений и водорослей размер генома составляет 120 000–160 000 пар нуклеотидов, а у подъельника обыкновенного — 34 800 пар нуклеотидов. Это мало даже в сравнении с другими гетеротрофными растениями. Более того, изменения пошли дальше и коснулись ядерного генома. Гены, ответственные за протекание фотосинтеза, не экспрессируются: либо они исчезли из ядерного генома, либо «замолчали» (то есть прекратили работать без изменений в структуре).
1 — молодые побеги подъельника одноцветкового с группами микоризованных корней. 2 — кончик корня, покрытый многослойным чехлом из грибных гиф. Стрелками показаны многочисленные цистидии — стерильные элементы в гимениальном слое у базидиомицетов. Длина масштабного отрезка — 100 мкм. Фото из статьи H. B. Massicotte et al., 2005. Structural features of mycorrhizal associations in two members of the Monotropoideae, Monotropa uniflora and Pterospora andromedea
По сути, подъельники действительно паразитируют на зеленых растениях, но делают это опосредованно, за что их называют эпипаразитами (от греческого ἐπι — «на, сверх»). Раньше считалось, что питание этих организмов происходит за счет разложения симбиотическими грибами органических веществ лесной подстилки. На основании этого их ошибочно относили к группе сапрофитных растений, пока не стал известен механизм «кражи» у фотосинтетиков. Последние не могут избавиться от своих эпипаразитов, так как для этого им придется отказаться и от взаимовыгодного симбиоза с грибами-микоризообразователями.
На этой фотографии мы видим две группы подъельников одноцветковых. Дело в том, что подъельники часто произрастают в виде ведьминых колец, что объясняется их взаимодействием с грибами. Кольца являются результатом радиального разрастания мицелия и характерны для многих групп шляпочных грибов, а также и для зависящих от них микогетеротрофов. Фото с сайта burgersonion.blogspot.com
Для подъельника одноцветкового характерен разорванный, или дизъюнктивный, ареал: растение встречается в Северной и Центральной Америке, а также в восточной части Евразии. На этих территориях произрастают три изолированные популяции подъельника, что было подтверждено молекулярно-генетическими методами. Изначально существовал единый ареал в умеренных широтах Северного полушария на территории суперконтинента, соединенного Беринговым перешейком. Однако он начал разрываться в связи с тем, что часть суши периодически уходила под воду в районе современного Берингова пролива. Флористические миграции имели место еще в течение миоцена и прекратились примерно 3,5 млн лет назад. Таким образом, обмен генетической информацией между популяциями подъельника из Азии и Америки больше не происходил. Что касается разделения внутри американской группы, то оно обусловлено климатом. Скорее всего, опустынивание территорий на юге Северной Америки привело к вытеснению части растений еще южнее и выше — в гористую местность, где более влажно и прохладно. В настоящий момент подъельники встречаются от юга Мексики и вплоть до северной Колумбии только в горах, в отличие от лесных растений из других популяций.
Ареал подъельника одноцветкового по данным базы gbif.org
Одно лишь остается неясным: где все-таки возник вид, в Азии или в Америке. В пользу первого варианта выступают более примитивный тип пыльцевых зерен и филогенетическая близость к роду вертляницевидка (Monotropastrum), имеющему сугубо азиатский ареал. Такое родство групп может указывать на то, что у подъельника одноцветкового и вертляницевидок был единой предок, растущий на азиатской территории. «Американская» же гипотеза подтверждается тем, что на данный момент больше всего видов из подсемейства подъельниковые встречается на западе Северной Америки. Такие места называются центрами разнообразия и могут соответствовать месту происхождения конкретного таксона, но так бывает не всегда.
БЕЗ ХЛОРОФИЛЛА. Третий рассказ из цикла «Знакомство с крымскими орхидеями»
Природоохранный статус Лимодорума сформулирован как
НЕОЦЕНИМЫЙ
*
Лимодорум высокодекоративен, однако выращивать его в культуре невозможно: он полностью зависит от «собственной» грибницы, и поэтому очень чувствителен к любым, даже самым незначительным изменениям окружающей среды.
полутень. Радует своих поклонников в мае-июне.
И всё же хлорофиллом он отчасти наделён, правда, лишь в слабой
А это не столь эффектная крымская орхидея.
Коричневая ГНЕЗДОВКА ОБЫКНОВЕННАЯ внешне напоминает гроздь опят:
В лишенных листьев стеблях гнездовки почти полностью отсутствует хлорофилл, и поэтому растение полностью зависит от нитей грибницы, проникающих в его подземные части и поставляющих ему питательные вещества.
Растет в тенистых, преимущественно буковых лесах горного Крыма.
Захотелось добавить немного информации и фотографии двух других растений Крыма. Это не орхидеи, но приверженность к симбиотическому образу жизни и отчасти габитус (внешний вид) у них схожи.
Итак, ЗАРАЗИХА и ПЕТРОВ КРЕСТ.
Обширная группа травянистых растений-паразитов – заразихи (Orobanche sp.). Всего известно более 150 видов, причем некоторые из них настолько агрессивны, что способны причинять заметный ущерб сельскому хозяйству. Заразихи развиваются на корнях других травянистых растений, например, подсолнечника, табака, томата. Каждый вид заразихи связан со строго определенной группой растений-хозяев.
Для питания заразихи используют специальную напоминающую корни структуру – гаустории (от лат. «пить»). Гаустории проникают под покровные ткани растения-хозяина и начинают поглощать питательные вещества, циркулирующие по его внутренним тканям. Цветки и стебли заразихи довольно декоративны, они бывают самой разнообразной окраски – от бледно-желтой до густо-фиолетовой.
*
Другой пример корневого паразита — петров крест (Lathraea squantaria), паразитирующий на корнях деревьев и кустарников.
Питание клетки
Урок 22. Общая биология 10 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Питание клетки»
Все организмы, обитающие на земле, являются открытыми системами, так как между ними и окружающей средой постоянно идёт обмен энергией и веществом.
Часть веществ, которая поступает в клетку используется для получения энергии и запасания энергии, а ещё одна часть для построения и воспроизведения клеточных структур.
Процессы поступления, переваривания, всасывания и усвоения питательных веществ, называется питанием.
В процессе питания организмы получают химические вещества, которые используются для всех процессов жизнедеятельности.
По способу получения органических веществ все организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов.
Автотрофы могут сами синтезировать необходимые им органические вещества, получая из окружающей среды углерод (в виде углекислого газа), воду и минеральные вещества.
К автотрофам можно отнести большую часть высших растений (за исключением растений, которые не имеют хлорофилла или растений, которые могут поддерживать свою жизнь за счёт других организмов), а также водоросли и бактерии.
Все автотрофы делятся на: фотосинтезирующие автотрофы и хемосинтезирующие автотрофы.
У фотосинтезирующих автотрофов источником энергии служит солнечный свет.
Такие организмы называют фототрофами, или фотосинтетиками.
Ежегодно с помощью фотосинтезирующих автотрофов в процессе фотосинтеза создаётся 232 млрд тонн органического вещества, а также выделяется примерно 268 млрд тонн чистого кислорода в окружающую природу (вклад автотрофов неоценим для всего мира).
Хемосинтезирующие автотрофы получают энергию при окислении неорганических соединений.
Такие организмы называют хемотрофами или хемосинтетиками. К хемотрофам относятся: серобактерии, окисляющие сероводород; нитрифицирующие бактерии, превращающие аммиак в нитриты, а затем в нитраты; железобактерии, окисляющие железо и водородные бактерии, окисляющие водород.
Xемотрофы играют существенную роль в биогеохимических циклах химических элементов на нашей планете.
Таким образом автотрофы имеют основополагающее значение для пищевой цепочки всего мира. Они берут солнечную энергию и трансформируют её в энергию химических связей органических веществ. Образовавшиеся при этом органические вещества используются далее по пищевой цепочке другими организмами.
Гетеротрофы в отличии от автотрофов не могут сами синтезировать весь набор необходимых им для жизнедеятельности органических веществ.
Поэтому они поглощают из окружающей среды нужные им соединения, произведённые другими организмами.
Затем они строят из полученных органических веществ собственные белки, липиды и углеводы.
Некоторые растения так же можно отнести к гетеротрофам. Это растения, которые полностью или почти полностью лишены хлорофилла и питаются, прорастая в тело растения-хозяина.
У раффлезии например – паразитического растения отсутствуют органы, в которых бы шёл процесс фотосинтеза; более того, у представителей этого рода отсутствуют и стебли, и листья.
Все вещества, необходимые для своего развития, раффлезия получает из тканей растения-хозяина через корни-присоски.
Некоторые растения перешли частично к паразитическому образу жизни и, помимо фотосинтеза, они могут получать органические вещества, а также минеральные вещества и воду из организма хозяина.
К таким растениям относится омела − вечнозелёное кустарниковое растение, род полупаразитных кустарников. В распространении омелы принимают участие птицы, преимущественно дрозды.
Поедая её ягоды, они пачкают свой клюв клейкой ягодной массой, в которой находятся семена омелы. Затем, перелетая с дерева на дерево и очищая клюв о ветви, пачкают их этим клейким веществом, тем самым оставляя на дереве семена.
Ещё одно паразитическое растение повилика. Она не имеет корней и листьев. Стебель нитевидный зеленовато-жёлтый. Повилика обвивается вокруг растения-хозяина, внедряет в его ткань «присоски» (гаустории) и питается его соками.
Недавние исследования показали, что повилика способна улавливать запах растений и таким образом находить жертву.
Петров крест так же не имеет хлорофилла. Первые годы он развивается под землёй. После развития корневища появляются соцветия.
Корневище петрова креста растёт в разные стороны, разветвляется и образует так называемые крестовидные соединения — отсюда и его русское название. Паразитирует на корнях деревьев и кустарников.
Граница между автотрофами и гетеротрофами достаточно условна, так как существует множество видов, обладающих переходной формой питания — миксотрофией.
Эвглена зелёная и хламидоманада, например, относятся к автогетеротрофным организмам.
Они способны питаться двумя способами: на свету − автотрофно, как растения, а в темноте − гетеротрофно. Это значит, что на свету они осуществляют процесс фотосинтеза и создают органические вещества. А в темноте они усваивают готовые органические вещества, которые образуются в водоёме при расщеплении отмерших частей живых организмов.
Необычный способ питания отмечается у небольших морских слизней. Эти животные способны подобно растениям, осуществлять процесс фотосинтеза.
Своих хлоропластов у них нет, поэтому для осуществления фотосинтеза они используют хлоропласты морских водорослей, которые употребляют в пищу.
Каким же образом автотрофы получают необходимые им органические вещества?
Издавна люди думали, что растения получают питательные вещества только из почвы.
Более 300 лет назад галландский учёный Ван Гельмонт, решил проверить так ли это?
Он взвесил молодое дерево ивы и посадил его в почву, которая тоже была взвешена. Растение он поливал только дождевой водой, прошло 5 лет. Дерево выросло. Ван Гельмонт снова взвесил и дерево, и почву.
Прирост дерева составил 63 кг. А почва потеряла только 56 граммов. Значит, решил Ван Гельмон растения питаются не только веществами почвы, но и водой.
Спустя 100 лет Михаил Ломоносов, не раз видевший деревья, растущие на бесплодном песке, высказал другую мысль. Растения поглощают питательные вещества из воздуха.
И только теперь мы знаем, что оба учёных были правы. Растения питаются и водой с растворенными в ней минеральными веществами и углекислым газом из воздуха.
Что же происходит при этом в зелёном листе? Весь лист пронизан жилками. По ним вода притекает к клеткам.
В листе находиться множество пор, известных под названием устьиц. Через устьица вместе с воздухом в листья поступает углекислый газ.
Зелёную окраску листу придаёт удивительное вещество зелёный пигмент − хлорофилл. Который находиться в хлоропластах.
По своей структуре хлорофилл похож на молекулы гемоглобина крови-основного дыхательного элемента, который связывается с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани. Поэтому хлорофилл также называют «кровью растений».
Единственное отличие между этими молекулами в том, что в центре хлорофилла находится атом магния, а в гемоглобине − атом железа.
При участии хлорофилла осуществляется процесс фотосинтеза.
Хлорофилл имеет зелёный цвет, а потому ясно, что именно зелёный цвет он не поглощает, а отражает. Хлорофилл обладает способностью улавливать энергию света. Оказывается, что он поглощает лучи синего и красного цвета.
Красный свет с длиной волны от шести ста двадцати (620) до семи ста сорока (740) нанометров, в основном контролирует развитие растения, его цветение и производство семян, это особенно важно для цветущих растений. Синий свет с длиной волны от 400 до 500 нм главным образом контролирует развитие листьев растения. Зелёный свет практически не используется в фотосинтезе, он отражается листьями растений.
Энергия света, поглощённая хлорофиллом, идёт на образование крахмала из углекислого газа и воды.
Зелёные растения поглощают углекислый газ и воду. Из которых под действием света образуется крахмал, при этом выделяется кислород.
Таким образом под действием энергии солнечного света растения создают органические вещества, при этом поглощается углекислый газ и выделяется кислород.