Roślina wodna - Aquatic plant

Kwiat Nymphaea alba , gatunku lilii wodnych
Pączek Nelumbo nucifera , rośliny wodnej.

Rośliny wodne to rośliny przystosowane do życia w środowisku wodnym ( woda słona lub słodka ). Nazywa się je również hydrofitami lub makrofitami, aby odróżnić je od alg i innych mikrofitów. Makrofit to roślina, która rośnie w wodzie lub w jej pobliżu i albo wynurza się, albo zanurza, albo pływa. W jeziorach i rzekach makrofity zapewniają schronienie dla ryb , podłoże dla bezkręgowców wodnych , produkują tlen i są pokarmem dla niektórych ryb i dzikich zwierząt.

Makrofity są głównymi producentami i stanowią podstawę sieci pokarmowej dla wielu organizmów. Mają znaczący wpływ na chemię gleby i poziom światła, ponieważ spowalniają przepływ wody i wychwytują zanieczyszczenia oraz wychwytują osady. Nadmiar osadu osadza się w bentosie dzięki zmniejszeniu prędkości przepływu spowodowanym obecnością łodyg, liści i korzeni roślin. Niektóre rośliny mają zdolność wchłaniania zanieczyszczeń do swojej tkanki. Wodorosty są wielokomórkowymi algami morskimi i chociaż ich wpływ na środowisko jest podobny do innych większych roślin wodnych, nie są one zwykle określane jako makrofity.

Rośliny wodne wymagają specjalnych przystosowań do życia w wodzie lub na jej powierzchni. Najczęstszą adaptacją jest obecność lekkich wewnętrznych komórek pakujących, aerenchymy , ale powszechne są również liście pływające i drobno rozcięte liście. Rośliny wodne mogą rosnąć tylko w wodzie lub w glebie często nasyconej wodą. Są więc powszechnym składnikiem terenów podmokłych. Jedną z największych roślin wodnych na świecie jest lilia wodna amazońska ; jednym z najmniejszych jest rzęsa drobna . Wiele małych zwierząt wodnych wykorzystuje rośliny, takie jak rzęsa, do domu lub do ochrony przed drapieżnikami. Inne znane przykłady roślin wodnych mogą obejmować pływające serce , lilię wodną , lotos i hiacynt wodny .

Dystrybucja

Głównym czynnikiem kontrolującym rozmieszczenie roślin wodnych jest głębokość i czas trwania powodzi. Jednak inne czynniki mogą również kontrolować ich dystrybucję, liczebność i formę wzrostu, w tym składniki odżywcze, zakłócenia spowodowane falami, wypas i zasolenie. Kilka roślin wodnych jest w stanie przetrwać w słonawej, zasolonej i słonej wodzie .

Ewolucja

Rośliny wodne przystosowały się do życia w wodzie słodkiej lub słonej. Wodne rośliny naczyniowe wielokrotnie pojawiały się w różnych rodzinach roślin; mogą to być paprocie lub okrytozalążkowe (w tym zarówno jednoliścienne, jak i dwuliścienne ). Jedynymi roślinami okrytozalążkowymi, które mogą rosnąć całkowicie zanurzone w wodzie morskiej, są trawy morskie . Przykłady można znaleźć w rodzajach takich jak Thalassia i Zostera . Wodne pochodzenie roślin okrytozalążkowych jest poparte dowodami, że kilka z najwcześniejszych znanych kopalnych roślin okrytozalążkowych było wodnych. Rośliny wodne są dobrze rozproszone filogenetycznie w roślinach okrytonasiennych, z co najmniej 50 niezależnymi źródłami, chociaż stanowią mniej niż 2% gatunków okrytozalążkowych. Archefructus to jedna z najstarszych, najbardziej kompletnych skamieniałości okrytozalążkowych, która ma około 125 milionów lat. Rośliny te wymagają specjalnych przystosowań do życia w wodzie lub na powierzchni.

Chociaż większość roślin wodnych może rozmnażać się poprzez kwitnienie i zawiązywanie nasion, wiele z nich wyewoluowało również do rozległego rozmnażania bezpłciowego za pomocą kłączy , turionów i ogólnie fragmentów.

Fotosynteza w roślinach wodnych

Ze względu na podwodne środowisko rośliny wodne mają ograniczony dostęp do węgla i doświadczają zmniejszonego poziomu światła. Rośliny wodne mają DBL ( dyfuzyjne warstwy graniczne ), które różnią się w zależności od grubości i gęstości liści. DBL są głównym czynnikiem odpowiedzialnym za brak wiązania węgla w roślinach wodnych. Ze względu na tę zmniejszoną zdolność do gromadzenia składników odżywczych, rośliny wodne dostosowały różne mechanizmy, aby zmaksymalizować wchłanianie.

W pływających roślinach wodnych liście wyewoluowały tak, że mają szparki tylko na górnej powierzchni, ponieważ nie są zanurzone. Wymiana gazowa odbywa się głównie przez górną powierzchnię liścia ze względu na położenie aparatów szparkowych, a aparaty szparkowe są w stanie stale otwartym. Ze względu na wodne otoczenie rośliny nie są narażone na utratę wody przez aparaty szparkowe, a zatem nie są narażone na odwodnienie. Do mocowania węgla, niektóre okrytozalążkowych wodne mogą wychwytu CO 2 z wodorowęglan w wodzie, cechę, która nie występuje w roślinach lądowych. Rośliny okrytozalążkowe, które wykorzystują HCO3- mogą utrzymywać pH i utrzymywać zadowalający poziom CO2, nawet w podstawowych środowiskach o niskim poziomie węgla.

Adaptacje pływalności

Ze względu na otoczenie rośliny wodne doświadczają wyporu, który przeciwdziała ich wadze. Z tego powodu ich pokrycie komórkowe jest znacznie bardziej elastyczne i miękkie, ze względu na brak nacisku, jakiego doświadczają rośliny lądowe. Wiadomo również, że zielone glony mają wyjątkowo cienkie ściany komórkowe ze względu na ich wodne otoczenie, a badania wykazały, że zielone glony są najbliższym przodkiem żywych roślin lądowych i wodnych. Rośliny lądowe mają sztywne ściany komórkowe przeznaczone do wytrzymania trudnych warunków pogodowych, a także do utrzymywania rośliny w pozycji pionowej, ponieważ roślina jest odporna na grawitację. Uważa się, że grawitropizm, wraz z fototropizmem i hydrotropizmem, wyewoluował podczas przejścia z siedliska wodnego do lądowego. Rośliny lądowe nie miały już nieograniczonego dostępu do wody i musiały ewoluować, aby szukać składników odżywczych w swoim nowym otoczeniu, a także rozwijać komórki o nowych funkcjach sensorycznych, takie jak statocyty .

Rośliny lądowe w środowiskach wodnych

Przeprowadzono wiele badań dotyczących zmian fizjologicznych, jakie przechodzą rośliny lądowe, gdy są zanurzone w wyniku powodzi. Po zanurzeniu w środowisku wodnym stwierdzono, że nowy wzrost liści z roślin lądowych ma cieńsze liście i cieńsze ściany komórkowe niż liście rośliny, która rosła nad wodą, a poziom tlenu jest wyższy w części rośliny uprawianej pod wodą w porównaniu z sekcjami, które wyrosły w ich ziemskim środowisku. Jest to uważane za formę plastyczności fenotypowej, ponieważ roślina po zanurzeniu doświadcza zmian w morfologii lepiej dostosowanych do nowego środowiska wodnego. Jednak chociaż niektóre rośliny lądowe mogą krótkotrwale przystosować się do środowiska wodnego, nie ma gwarancji, że roślina będzie w stanie rozmnażać się pod wodą, zwłaszcza jeśli roślina ta zwykle opiera się na lądowych zapylaczach .

Klasyfikacja makrofitów

Na podstawie formy wzrostu makrofity można scharakteryzować jako:

  • Wyłaniający się
  • Zanurzony
    • Zakorzenione: zakorzenione w podłożu
    • Niezakorzenione: swobodnie unoszące się w słupie wody
    • Dołączony: przymocowany do podłoża, ale nie przez korzenie
  • Pływające liście
  • Swobodnie pływające

Wyłaniający się

Roślina wschodząca to taka, która rośnie w wodzie, ale przebija powierzchnię tak, że jest częściowo wystawiona na działanie powietrza. Łącznie takie rośliny są roślinnością wschodzącą .

Ten nawyk mógł się rozwinąć, ponieważ liście mogą bardziej efektywnie fotosyntezy w powietrzu i konkurencji z roślinami zanurzonymi, ale często główną cechą powietrzną jest kwiat i związany z nim proces rozmnażania. Wyłaniający się pokrój pozwala na zapylanie przez wiatr lub latające owady .

Istnieje wiele gatunków roślin wschodzących, wśród nich trzcina ( Phragmites ), papirus Cyperus , gatunki Typha , szuwar kwitnący oraz gatunki dzikiego ryżu . Niektóre gatunki, takie jak kłębnica purpurowa , mogą rosnąć w wodzie jako rośliny wschodzące, ale są zdolne do rozkwitu na torfowiskach lub po prostu na wilgotnym gruncie.

Zanurzony

Zanurzone makrofity rosną całkowicie pod wodą z korzeniami przyczepionymi do podłoża (np. Myriophyllum spicatum ) lub bez systemu korzeniowego (np. Ceratophyllum demersum ). Helofity to rośliny rosnące na bagnach , częściowo zanurzone w wodzie, dzięki czemu odrastają z pąków pod powierzchnią wody. Obrzeża roślinności wysokiej przy zbiornikach wodnych i rzekach mogą zawierać helofity. Przykłady obejmują drzewostany Equisetum fluviatile , Glyceria maxima , Hippuris vulgaris , Sagittaria , Carex , Schoenoplectus , Sparganium , Acorus , żółta flaga ( Iris pseudacorus ), Typha i Phragmites australis .

Pływające liście

Makrofity o liściach pływających mają systemy korzeniowe przymocowane do podłoża lub dna akwenu oraz liście unoszące się na powierzchni wody. Powszechnymi pływającymi makrofitami liściastymi są lilie wodne (rodzina Nymphaeaceae ), rdestnice (rodzina Potamogetonaceae ).

Swobodnie pływające

Swobodnie pływające makrofity to rośliny wodne zawieszone na powierzchni wody, których korzeń nie jest przyczepiony do podłoża, osadu lub dna zbiornika wodnego. Są łatwo przedmuchiwane powietrzem i stanowią pożywkę dla komarów. Przykładem są Pistia spp. powszechnie nazywana sałatą wodną, ​​kapustą wodną lub kapustą nilową.

Klasyfikacja morfologiczna

Wiele możliwych klasyfikacji roślin wodnych opiera się na morfologii. Jeden przykład ma sześć grup w następujący sposób:

  • Amfifity : rośliny przystosowane do życia pod wodą lub na lądzie
  • Elodeids : rośliny łodygowe, które cały cykl życia kończą w zanurzeniu lub tylko z kwiatami powyżej linii wodnej
  • Izoetydy : rośliny rozetowe, które cały cykl życia kończą w zanurzeniu
  • Helofity : rośliny zakorzenione na dnie, ale z liśćmi powyżej linii wodnej
  • Nimfy : rośliny zakorzenione w dnie, ale z liśćmi unoszącymi się na powierzchni wody
  • Pleuston : rośliny naczyniowe swobodnie unoszące się w wodzie
Wiele wątrobowców rośnie pod wodą lub na lądzie.
Ceratophyllum submersum , swobodnie pływająca roślina, która rośnie całkowicie pod wodą
Eriocaulon aquaticum , przykład izoetydy , rośnie zanurzony w wodzie.
Pistia stratiotes , przykład pleuston , roślina swobodnie unosząca się na powierzchni wody
Lysichiton americanus zakorzeniony jest na dnie z liśćmi i kwiatami powyżej linii wodnej.
Lilie wodne wyrastają zakorzenione w dnie z liśćmi unoszącymi się na powierzchni wody.

Funkcje makrofitów w systemie wodnym

Makrofity pełnią wiele funkcji ekosystemowych w ekosystemach wodnych i świadczą usługi społeczeństwu ludzkiemu. Jedną z ważnych funkcji pełnionych przez makrofity jest pobieranie z wody rozpuszczonych składników pokarmowych (N i P). Makrofity są szeroko stosowane na sztucznych mokradłach na całym świecie do usuwania nadmiaru N i P z zanieczyszczonej wody. Poza bezpośrednim pobieraniem składników pokarmowych, makrofity pośrednio wpływają na obieg składników odżywczych, zwłaszcza na obieg N poprzez oddziaływanie na denitryfikacyjne grupy funkcjonalne bakterii, które zasiedlają korzenie i pędy makrofitów. Makrofity sprzyjają sedymentacji zawiesiny poprzez zmniejszenie prędkości prądu, hamują erozję poprzez stabilizowanie powierzchni gleby. Makrofity zapewniają również przestrzenną niejednorodność w nieustrukturyzowanym słupie wody. Złożoność siedliskowa zapewniana przez makrofity ma tendencję do zwiększania różnorodności i zagęszczenia zarówno ryb, jak i bezkręgowców.

Zastosowania i znaczenie dla ludzi

Uprawy żywności

Światowa akwakultura produkcja ryb spożywczych i roślin wodnych, 1990–2016

Niektóre rośliny wodne są wykorzystywane przez ludzi jako źródło pożywienia. Przykłady obejmują dziki ryż ( Zizania ), szpinak wodny ( Trapa natans ), chiński kasztan wodny ( Eleocharis dulcis ), lotos indyjski ( Nelumbo nucifera ), szpinak wodny ( Ipomoea aquatica ) i rukiew wodna ( Rorippa nasturtium-aquaticum ).

Bioocena

Spadek zbiorowiska makrofitów może wskazywać na problemy z jakością wody i zmiany stanu ekologicznego akwenu. Takie problemy mogą być wynikiem nadmiernego zmętnienia , herbicydów lub zasolenia . Z drugiej strony, zbyt wysoki poziom składników odżywczych może powodować nadmiar makrofitów, co z kolei może zakłócać przetwarzanie jezior . Poziomy makrofitów są łatwe do pobrania, nie wymagają analizy laboratoryjnej i można je łatwo wykorzystać do obliczenia prostych wskaźników liczebności.

Potencjalne źródła środków terapeutycznych

Badania fitochemiczne i farmakologiczne sugerują, że makrofity słodkowodne, takie jak Centella asiatica , Nelumbo nucifera , Nasturtium officinale , Ipomoea aquatica i Ludwigia adscendens , są obiecującymi źródłami naturalnych produktów przeciwnowotworowych i antyoksydacyjnych.

Stwierdzono, że wyciągi z gorącej wody z łodygi i korzenia Ludwigia adscendens , a także z owoców, liści i łodyg Monochoria hastata wykazują działanie hamujące lipooksygenazę . Ekstrakt z gorącej wody przygotowany z liści Ludwigia adscendens wykazuje silniejsze działanie hamujące alfa-glukozydazę niż akarboza .

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki