Kaktusy jsou rostliny suchých oblastí, jsou navrženy tak, aby uchovávaly maximální množství vody a využívaly ji šetrně. V noci dokonce absorbují oxid uhličitý. Hlavní kořen kaktusu mu pomáhá získat oporu v půdě a někdy může dosáhnout 7 m, a pokud kořen plní zásobní funkci, stává se velmi tlustým. Například u Neoporteria papina kořen váží 50 kg a dosahuje v průměru 60 cm.
Často mají kaktusy v hloubce 5-6 cm vyvinutý systém bočních kořenů, díky nimž se ukládá voda. Rhipsalis a epiphyllums mají na svých stoncích speciální adventivní kořeny, které připevňují kaktus ke kmeni stromu a zachycují vlhkost ze vzduchu. Děti Echinopsis, Mammillaria a některé typy Gymnocalycium mají také vzdušné kořeny.
Přejděme nyní k jedné z nejznámějších částí kaktusů – ostny. Jsou velmi odlišné ve tvaru a vzhledu: kulaté, zploštělé, rovné, ve tvaru háku, ve tvaru šídla, ve tvaru jehly, ve tvaru papíru, hladké nebo pubescentní. Hřebeny slouží především jako kondenzátory vodní páry ze vzduchu a ochrana před sežráním zvířaty. Ostny na plodech navíc umožňují kaktusům rychlé šíření. Existuje názor, že hlízy, žebra, papily a trny oslabují intenzitu světla, díky čemuž jsou rostliny chráněny před popáleninami.
Některé sukulenty patřící do rodu Euphorbia mají vzpřímené, žebrované stonky s trny a trny a na rostlinách se na krátkou dobu objevují četné listové čepele. Trny těchto euforbií vypadají jako malé hlízy a párové trny jsou modifikované palisty. Ostny těchto euforbií mají na rozdíl od kaktusů zcela odlišný charakter původu. Koneckonců, hřbet kaktusu je zcela upravený list.
Kromě trnů a chlupů se v areolách Opuntiaceae a Peresciaceae vyvíjejí glochidie – malé, ostré a snadno odlomitelné trny s mikroskopickými háčkovitými výrůstky.
Květy kaktusů jsou jednotlivé, zatímco v Pereskii jsou v hroznovitém květenství. Květiny se zpravidla objevují v horní části stonku, méně často – ve spodní a střední části. U melocactus se květy nacházejí na specializovaném orgánu – cefaliu (hustá formace tvořená u dospělých jedinců schopných stonků, v „kvetoucí zóně“, ale existují i boční cefalie. Velikosti květů se liší: mohou být malé , ale jsou i obrovské – až 25 cm v průměru .
Doba květu se v průměru pohybuje od několika hodin do 12 dnů. Mnoho kaktusů kvete pouze v noci, například Selenicereus grandiflora, přezdívaný „Královna noci“. Plody kaktusů jsou bobule a mnohé z nich jsou jedlé, dokonce se používají v cukrářském průmyslu.
Stonky kaktusů jsou obvykle trvalé, výjimkou je Opuntia chaffeyi. Stonky jsou šťavnaté, obvykle zelené a pokryté ostny nebo chlupy (nebo obojím) a mohou provádět fotosyntézu.
Kaktusy jako Pereskia a Pereskiopsis mají dřevnaté kmeny a dokonce i široké listy. Je to vzácnost. Kaktusy častěji postrádají listy, a pokud ano, nejsou úplně obyčejné. Takže v opunciích jsou výrazně upraveny – na malé ostré útvary dlouhé 5 mm.
U jiných kaktusů se nevyvíjejí listy, ale žebra a papily, které odpařují vodu. Podílejí se na tom i trny, husté ochlupení a zesílené stěny epidermis. Pokožka obsahuje průduchy – mikroskopické štěrbinovité otvory, kterými dochází k transpiraci a výměně plynů. U epifytických kaktusů je 1-2 průduchů na 10 mm20 povrchu stonku a u některých druhů opuncie – až 800.
Pokožka je vybavena kutikulou – vrstvou, která k ní nahoře přiléhá. Kutikula sukulentů je obvykle pokryta voskovou vrstvou, která při vystavení slunečnímu záření získává různé odstíny.
Tvar a velikost stonků kaktusů jsou různé, mezi nimi jsou vzpřímené suchozemské rostliny, plazivé rostliny a epifyty. Kaktusy mohou dosáhnout výšky 10-12 m, jako Carnegiea gigantae, nebo mohou být zcela
. Sukulenty (z latinského succulentus, „sukulentní“) jsou rostliny, které mají speciální pletiva pro uchovávání vody. Zpravidla rostou na místech s velmi suchým podnebím.
stonkové sukulenty
zadržují vlhkost v zesíleném, často žebrovaném stonku. Listy jsou obvykle malé nebo redukované na trny. Příkladem jsou kaktusy.
Listové sukulenty
zadržovat vlhkost v hustých listech. Příklady: echeveria, lithops, aloe, haworthia.
Sukulentní rostliny nejsou navzájem příbuzné společným původem, jejich podobné rysy jsou způsobeny podobnými životními podmínkami. Existují sukulenty i mezi takovými rodinami, jako jsou aroidi (Zamioculcas), bromélie (Dikkia) a hrozny (Cissus quadrangularis).
Co víme o kaktusech? Že mají trny, že mají silné stonky a že rostou na pouštích. Ostny, tloušťka a stanoviště jsou vzájemně propojeny. Je zřejmé, že rostlina, která žije v suchém a horkém klimatu, se musí naučit kompenzovat nedostatek vody a jedním z řešení je jednoduše ji uložit dovnitř, proto je potřeba tlustá, šťavnatá stonka.
Fáze fotosyntézy CAM se vyskytují v různých denních dobách. V noci se CO dostává do rostlin otevřenými průduchy.2, který se váže na organické kyseliny vzniklé při štěpení sacharidů. Kyselina obsahuje CO2 se až do rána hromadí ve speciální vakuole a s příchodem slunečního světla opouští kyselinu a jde do chloroplastu, kde z ní enzymy fotosyntetického Calvinova cyklu syntetizují sacharidy.
Sbírka kaktusů v Národní botanické zahradě. N. N. Grishko (Kyjev, Ukrajina). Foto Vitaly Pirozhkov.
Ale v horku se ztrácí hodně vody a celá zásoba vlhkosti může jednoduše vyschnout. Obecně je transpirace (tzv. odpařování vody rostlinou) nesmírně důležitý proces. Listy, které odpařují vlhkost, hrají roli čerpadla: vytvářejí sací sílu, která nutí vodu s rozpuštěnými látkami stoupat kořeny a cévami. Pokud však rostlina musí žít v podmínkách neustálého tepla a sucha, je lepší odpařování nějak zpomalit. Chcete-li to provést, můžete se zbavit listů, čímž se sníží odpařovací povrch. Kaktusy to udělaly: jejich listy se změnily na ostny a stonek převzal fotosyntetickou funkci listů. Můžete vylepšit svou vlastní „kůži“: opatřete buňkám vnější vrstvy (epidermis) chloupky a silnou voskovou kutikulu. Voda se obtížněji dostává ven voskovou vrstvou a chloupky oslabují proudění vzduchu přímo u povrchu stonku, což také snižuje ztrátu vlhkosti. Kaktusy ale mají ještě jeden chytrý trik, který souvisí s jejich způsobem fotosyntézy a který jim také umožňuje šetřit vodou, navzdory neustálému horku a suchu kolem nich.
Fotosyntéza je proces výroby organických látek z oxidu uhličitého a vody pomocí energie slunečního světla. Nejprve se energie světelného fotonu za pomoci složitých světlosběrných molekul a molekulárních komplexů, mezi které patří chlorofyl, ukládá do speciálních chemických sloučenin (právě v této fázi je potřeba voda, ze které se získává kyslík jako vedlejší produkt), a pak s jeho pomocí buňka syntetizuje organické látky.látky. Fotosyntéza má docela zajímavé odrůdy: například některé bakterie jsou schopny provádět anoxygenní fotosyntézu, při které se nevytváří kyslík. „Obyčejná“ kyslíková fotosyntéza je charakteristická pro rostliny, řasy a sinice.
Rostlinná buňka tedy potřebuje světlo, vodu a oxid uhličitý, aby vytvořila molekulu glukózy. Voda přichází z podzemí kořeny a soustavou nádob, oxid uhličitý pochází ze vzduchu. Ale rostlina nemá ani ústa, ani plíce, aby mohla CO vdechovat2. K výměně plynů s okolím dochází prostřednictvím průduchů – speciálních pórů na povrchu listů a stonků, obklopených ochrannými buňkami.
Průduchy poměrně výrazně přispívají k odpařování vody a v horkém počasí by měly být neustále zavřené. Ale jak potom získat oxid uhličitý pro fotosyntézu? Navíc to není jediný problém spojený s fotosyntézou v horkém klimatu. Hlavní fotosyntetický enzym zvaný „ribulózabisfosfátkarboxyláza“ (neboli RuBisCO), jehož úkolem je přidávat uhlík z oxidu uhličitého do rostoucí molekuly cukru, při vysokých teplotách začíná působit v opačném směru, tedy rozkládat polosyntetické cukr. V tomto případě se buňka musí vrátit a zopakovat již vykonanou práci, přirozeně se zbytečným plýtváním energie. Proto účinnost fotosyntézy velmi klesá s rostoucí teplotou. Tomu se lze vyhnout zvýšením koncentrace CO v listu.2 – pak bude enzym s přebytkem oxidu uhličitého syntetizovat sacharidy. Ale jak to udělat?
Kaktusy to dělají: v noci otevírají průduchy a absorbují oxid uhličitý, ale nevyužívají ho k výrobě glukózy – chybí světlo. CO2 uloženy v rezervě ve speciálních membránových vezikulách-vakuolách uvnitř buňky. Není zde uložen ve své čisté formě, ale připojen k intermediární molekule, která pak vydrží několik dalších transformací. Výsledkem je kyselina jablečná. Ale pak přijde den a kyselina jablečná je odeslána z vakuoly do cytoplazmy, kde se z ní odštěpí CO2, – nyní může vstoupit do cyklu fotosyntetických reakcí poháněných světlem. Rostlina již nemusí otevírat průduchy, protože může využít přes noc uložený oxid uhličitý, což znamená velkou úsporu na odpařování vody. Navíc poměr CO2 a O2 kvůli rezervám je posunut ve prospěch prvního, takže fotosyntetické enzymy budou pracovat na připojení atomů uhlíku k rostoucí molekule cukru, než aby je rozložily kyslíkem.
Tento typ fotosyntézy, kdy fixace CO2 a jeho použití ve fotosyntetických reakcích jsou časově odděleny, nazývané CAM fotosyntéza. CAM je zkratka pro Crassulaceae metabolismus kyselin: zde kyselina je kyselina, na kterou se přeměňuje uložený oxid uhličitý, a Crassulaceae, nebo Crassulaceae, je název čeledi rostlin, ve kterých byla tato metabolická cesta poprvé objevena. Crassulas a kaktusy ale nejsou jediní, kdo ji využívají. Fotosyntéza CAM byla nalezena u ananasu a dalších zástupců bromélií, u některých dýní, pepřů, pelargonie a řady dalších čeledí, celkem asi u 9000 druhů. Obvykle se jedná o rostliny, které musí žít v horkém a suchém klimatu. Ale nejen: CAM fotosyntézu využívají i druhy žijící ve vodě, například hroty šípů, hroty šípů a některé další. Není zde žádný rozpor: vodní rostliny musí řešit stejný problém jako ty, které jsou nuceny snášet teplo. I když ve vodě může být poměrně hodně rozpuštěného CO2, difunduje v něm mnohem pomaleji než ve vzduchu, takže vedle rostliny, která aktivně absorbuje oxid uhličitý, bude chronicky chybět. Řešením je sbírat CO2 nejen ve dne, ale i v noci, a protože v noci nemůže probíhat fotosyntéza, je třeba zachycený oxid uhličitý skladovat. A fotosyntéza typu CAM nám umožňuje vytvářet zásoby „oxidu uhličitého“.
Nakonec se vraťme k rostlinám odolným vůči teplu. Mechanismus CAM umožňuje maximální úsporu vody, ale při měření množstvím hotového produktu a energie na něj vynaložené je méně účinný než jiné typy fotosyntézy. Některé druhy CAM jej tedy používají pouze podle potřeby. Ale kromě toho existuje ještě jeden typ fotosyntézy, který umožňuje udržet velkou část průduchů během dne uzavřenou. V tomto případě dochází k fotosyntetickým reakcím v hlubokých buňkách listu obklopujících žíly-cévy. Buňky ležící blíže k povrchu zaprvé pomocí světelné energie produkují palivo pro syntézu uhlohydrátů a zadruhé zachycují oxid uhličitý a připojují jej ke zprostředkující molekule. Výsledné molekuly kyseliny a energie jsou okamžitě poslány hluboko do listu, kde CO2 se odděluje od nosné kyseliny a vstupuje do syntetického cyklu. Tato cesta se nazývá C4-fotosyntéza, a jak vidíme, je podobná CAM, jen zde fixace oxidu uhličitého a jeho využití v syntéze nejsou odděleny v čase, mezi nocí a dnem, ale v prostoru, mezi různými buňkami.
Význam C4-fotosyntéza slouží k transportu CO2 do vnitřních pletiv listu, kde je koncentrace kyslíku nízká. Pamatujeme si, že s rostoucí teplotou začíná enzym RuBisCO stále více pracovat v opačném směru, tedy rozkládat meziprodukty fotosyntézy pomocí kyslíku. Pokud je ale kyslíku málo, enzym bude pracovat správným syntetickým směrem. Na druhou stranu4-cesta umožňuje snížit odpařování vody průduchy: v nejteplejší denní době může rostlina využít nahromaděný oxid uhličitý, jehož zásoby vznikly díky prostorovému oddělení různých reakčních bloků; Samotné průduchy lze dočasně uzavřít. Úspora vody zde není tak velká jako u metody CAM, ale produktivita fotosyntézy je vyšší, takže není divu, že C4-Schéma používá asi 7600 XNUMX druhů rostlin, včetně mnoha zrn, včetně kukuřice, čiroku, prosa a cukrové třtiny.
