Кактусовые – многочисленное семейство, состоящее из необычных, весьма оригинальных представителей флоры. Все они являются суккулентами, растениями, которые обладают уникальными свойствами запасаться влагой и переносить даже длительные засухи. А еще они дополнительно снабжены колючками, из-за которых вид растений нельзя назвать дружелюбным.
Какие же функции выполняют колючки кактуса, так ли они важны для этих суккулентов и как полноценные листочки приобрели столь незаурядный вид?
Кактусовые – семейство цветковых многолетников, включающее около 127 родов и чуть менее 2000 видов. И большинство из них обитает в засушливых регионах, кактусы встречается даже в самых сухих пустынях, например, в Атакаме.
Они являются неотъемлемой частью флоры Нового Света и их естественный ареал произрастания – территория Южной и Северной Америки, а также острова Вест-Индии.
Практически все кактусы являются специализированными стеблевыми суккулентами, имеющие редуцированные листья. Они могут запасаться влагой и экономно ее использовать, когда этого требуют климатические условия. А вот рипалис Бацифера произрастает не только в Америке, а также и в Африке, Мадагаскаре и Шри-Ланке, куда его семена попали скорее всего благодаря человеку.
Некоторые разновидности получили широкое распространение, например, опунция произрастает практически на всех континентах.
Строение кактусовых может быть самым разнообразным, встречаются кактусы в виде мягкоствольных деревьев, кустарников, лиан, эпифитов и геофитов.
Особо эффектно выглядят растения, обладающие специфической «кактусовидной» формой, растущие в виде одного шарообразного или колонновидного побега.
Это интересно! Самыми крупными представителями семейства являются два вида кактусов – Каргения гигантская, она же Сагуаро и Пахицереус Прингля. Отдельные экземпляры достигают 20-метровой высоты. Но, существуют среди них и настоящие крохи, например, диаметр шаровидной мамиллярии Блоссфельда составляет всего около 10 мм.
У большинства кактусов испаряющая поверхность сведена к минимуму и отсутствует листва. С функцией же фотосинтеза неплохо справляется стебель.
Характерная особенность этих растений – это наличие видоизмененных пазушных почек – ареол, в которых и происходит развитие колючек, гомологичных почечным чешуйкам.
Листья растения выполняют несколько важных функций и прежде всего в них происходит фотосинтез – преобразование углекислого газа и воды в органику под воздействием света. Кроме того, они необходимы для испарения влаги.
А чтобы справляться с этими задачами, лист должен иметь большую поверхность и быть тонким. Собственно, у большинства представителей флоры именно такая листва и имеется.
Но, у некоторых растений листовые пластинки во время эволюционных процессов трансформировались настолько, что перестали быть похожими на обычные листики. Это связано с тем, что им пришлось выполнять несколько иную работу, не имеющую ничего общего с фотосинтезом и испарением воды.
Так что, колючки кактусов – это видоизменившиеся листовые пластинки. Они практически не испаряют воду, но отвечают за другие важные аспекты жизнедеятельности зеленых пустынных обитателей. Функция фотосинтеза перешла к клеткам мясистого суккулентного стебля, которые находятся близко к поверхности.
Листочки-колючки имеются не только у растительности пустынь и полупустынь. Ими покрыты стволы розовых кустов, барбариса, шиповника. Но, у этих кустарников трансформировались не все листья, а только некоторые из них и в этом случае главная задача иголок – защищать растение от посягательств животных.
Листва других растений, обитающих в засушливых регионах, приобрела иную способность – накапливать воду. Это можно заметить, взглянув на алоэ или агаву, их толстенькие, сочные листочки наполнены влагой. А благодаря покрытию в виде ворсинок или воскового налета, они уменьшают испарения. Да, листовые пластинки у них сохранилась, но помимо основных функций они стали выполнять и дополнительную задачу – пополнение водного запаса и его сохранение.
Это интересно! Название семейства «кактус» произошло от древнегреческого слова «кактос». Так древние греки именовали все растения, снабженные колючками.
Оригинальная форма, необычное строение, наличие колючек – все это кактусы приобрели, чтобы выживать в суровых условиях, там, где прочая растительность погибает.
Исследования показали, что колючки мультифункциональны и справляются со множеством задач:
В регионах с продолжительными засухами каждая капелька воды ценится очень высоко. А так как у большей части растений вода испаряется через поры, находящиеся на поверхности листовых пластин, у кактусов таких проблем нет. Из-за отсутствия листвы не происходит быстрого испарение воды и она может максимально долга сохраняться в суккуленте.
У некоторых пустынных обитателей поверхность настолько обильно покрыта иголками, что они закрывают их тело от палящего солнца. Неудивительно, что кактусы считаются самыми жароустойчивыми растениями на Земле, выдерживающими температуру в +60 градусов по Цельсию.
Но также «бывшие листочки» создают тень, защищая растение при слишком высоких температурах.
Существует распространенное мнение, что в пустынях все время стоит непереносимая жара. Однако, это не совсем так, здесь климат отличается частыми и резкими суточными перепадами температуры. Так, днем столбик термометра может подниматься выше +50 градусов, а ночью опускаться до нулевой отметки.
В таких условиях влага, содержащаяся в воздухе, конденсируется и оседает на почве в виде росы. И острые иголки суккулентов обладают подходящей структурой, чтобы поглощать даже малейшие капли, насыщая растение водой даже при отсутствии осадков.
Среди прочих эту функцию острых иголок можно назвать самой очевидной. Они действительно защищают сочное тело кактуса от птиц и животных, которые не прочь им полакомиться.
Конечно, далеко не всех представителей фауны такая защита отпугивает. Например, у верблюдов «бронированная» поверхность рта, покрытая твердыми образованиями, поэтому они с аппетитом поедают даже самые колючие кактусы.
Мексиканские фермеры скармливают кактусы скоту, но предварительно удалив шипы. Тогда как ослы из Южной Америки делают это самостоятельно, сбивая их копытами. А вот их европейские сородичи такими умениями не обладают.
Однако, большинство животных все же этих «недружелюбных» суккулентов обходят стороной. И люди взяли это на заметку, создавая изгороди из кактусов вокруг своего жилища. Мало кто отважится вторгнуться в частные владения, имеющие подобное ограждение. Особо кактусовые заборы помогали поселенцам Дикого Запада, спасая их дома от нашествия койотов.
А кроме того, не у всех кактусов колючки острые и прочные, у многих они мягкие и не способны ранить.
Далеко не все кактусовые плодовиты и плоды некоторых содержат всего несколько семечек. Но, они могут размножаться отростками – «детками», слабо прикрепленными к материнскому экземпляру и друг к другу. Эти сегменты легко отделяются и крепко прицепляются иглами к любым предметам – шерсти животных, одежде, обуви и даже к коже.
К подобным видам относится кактус цилиндропунция пролифера, его еще прозвали «прыгающей Чольей». Благодаря этому свойству суккулентное растение попадает на новые территории, где успешно укореняется, вырастает и продолжает давать потомство.
Еще одно полезное свойство кактусовых иголок – способность ловить и удерживать частицы других растений – облетевшие листочки, отмершие части, кору и прочее. Они могут обеспечить кактусу дополнительную тень, укрыть от ветров, а разложившись, обогатить скудные почвы.
Так что, нельзя недооценивать всю пользу видоизмененных листочков для кактусов и природа недаром избавила эти суккуленты от полноценной листвы, превратив ее в колючки.
Это интересно! С колючками также связано множество интересных фактов. Например, аборигены в Южной Америке активно использовали иглы этих растения в хирургии, зашивая ими раны, предварительно прокалив на углях. Кроме того, колючки способны ионизировать воздух не хуже, чем листья растений.
У многих растений имеются колючки, но у кактусов они растут пучками, поэтому биологи сделали выводы, что они являются аналогами листьев или почечных чешуек. Но, они различны, в том числе по строению и составу:
У нескольких разновидностей кактусовых шипы развиваются в качестве секреторных желез. Их еще называют «медоносными железами», так как они выделяют сахаристый секрет, привлекающий муравьев. Поэтому ароматные цветы не единственный способ кактусовых обращать на себя внимание полезных насекомых.
Такие иголки обычно коротенькие и широкие, состоят из клеток паренхимы и они способны выделяться в межклеточное пространство.
Когда нектар скапливается, он просачивается наверх через крохотные отверстия в эпидермисе.
Семейство кактусовых – многочисленно и состоит из самых разнообразных растений, отличающихся по размеру, внешности, форме и свойствам. А также среди них встречаются суккуленты, лишенные иголок:
В растении сложно узнать привычный кактус, но и на лиственные виды она совсем непохожа. У хатиоры нет ни листвы, ни иголок, а состоит она из хорошо разветвленных стеблей, состоящих из небольших сегментов. Нередко этот суккулент сравнивают с коралловым кустом, англичане его прозвали «кактусом танцующих костей».
Родом этот интересный кактус из Южной Америки, но встретить его можно и в Индии. У рипсалиса ярко-зеленые, округлые или ребристые стебли, обильно ветвящиеся и свисающий вниз. Из-за такой эффектной внешности цветок приобрел огромную популярность в комнатном цветоводстве и успешно выращивается в качестве ампельного растения.
Еще один лесной кактус, родиной которого являются тропики и субтропики Америки. Вместо листвы и колючек у растения имеются плоские или треугольные листовидные стебли темно-зеленой окраски.
24.09.2014
Родиной кактусов принято считать Южную Америку и часть Северной. Эволюционно кактусы как представители мира флоры появились приблизительно 40 миллионов лет назад. Они относятся к семейству суккулентных растений. Колючки появились не как декоративный элемент, а со смыслом. Они эволюционировали за многие века и превратились в настоящий орган выживания.
В основном толстом стебле у кактуса сосредоточен стратегический запас питательной влаги. Другая особенность кактуса - невероятно длинные корни, которые уходят под землю и занимают внушительный радиус поверхности в своем ареале произрастания. Поэтому они могут собирать живительную влагу на достаточно большой площади. Не думайте, что кактусам не свойственно иметь листья, как всем известным нам растениям. Просто функцию листьев у него выполняют эти самые колючки - модифицированный вариант листьев. В основе колючек - материал схожий с органическим веществом - хитином.
Кактусы отказались от листьев привычной для нас формы по совершенно объективной причине. Как правило, кактусы произрастают в засушливых местах, а широкие листья стали бы совершенно нерационально и в больших количествах испарять драгоценную воду. Отчасти функции листьев на себя взял толстый мясистый ствол. На его поверхности имеются очень тонкие устьица, которые при необходимости раскрывают свои поры и поглощают необходимый для фотосинтеза углекислый газ.
Другой уникальной особенностью колючек является притягивание к себе при помощи электростатики маленьких капелек воды. Поэтому не всегда нужен дождь, чтобы кактус смог напиться. В том климате, где существуют кактусы, довольно сильно колеблется температура. В воздухе стабильно образуется роса, которая и является постоянным источником влаги для кактусов.
Помимо роли добытчиц воды колючки выполняют и оборонительную функцию. Мало кто из животного и растительного мира приспособился так успешно выживать в пустынных дюнах и многие животные с удовольствием бы полакомились таким сочным растением. И именно тут на защиту встают колючки, с которыми не под силу справиться ни одному животному. Благодаря колючкам кактусы способны быть репродуктивными. Колючки выделяют нектар, привлекающий насекомых, которые и выполняют роль опылителей.
Любопытно, что длина колючек зависит от климатических условий. Чем мягче климат, тем реже колючки. Но они довольно длинные, т.к. на них возлагается только защитная функция. Чем засушливее климат, тем, соответственно, больше и колючек на стволе у кактуса. В колючках содержатся в большом количестве минеральные соли и углекислый кальций. Так, для того, чтобы колючки выросли в почве должно быть достаточное количество кальция. Именно поэтому в землю для выращивания кактусов надо подсыпать старую штукатурку или мраморную крошку.
МБОУ «ООШ с. Смородинка»
Исследовательская работа на тему:
«Зачем кактусу колючки?»
Направление:
Живая природа: животные, растения.
Выполнил: Демченко Никита 3 класс
2013г
Здравствуйте. Меня зовут Демченко Никита. Я учусь в 3 классе. В классе у каждого из ребят есть свои обязанности. Я слежу за цветами, которых в классе у нас очень много. Однажды я поливал цветы и укололся о кактус. Меня заинтересовало, а зачем кактусу колючки? Я рассказал об этом нашей учительнице. Ольга Владимировна велела понаблюдать за этим растением и найти объяснение почему кактус колючий?
Тема моей исследовательской работы звучит так: «Зачем кактусу нужны колючки?»
Цель исследования: выяснить зачем кактусу колючки?
Задачи:
Формы исследования:
1. Изучить литературу по теме;
2. Провести эксперименты, наблюдения;
3. Сделать выводы по исследованию.
Методы исследования:
1. Теоретический:
Изучение литературы по теме;
Поиск информации в Интернет.
2. Экспериментальный:
Наблюдения;
Опыты.
Гипотезы:
1.Я думаю, возможно, колючки нужны кактусу, чтобы защищаться от врагов, мух, жуков, пауков.
2. А мама говорит, что колючки служат кактусу украшением.
Что же я узнал и книжек?
Первые упоминания о кактусах. Название « кактус » впервые употребил выдающийся любитель растений Карл Линней ещё в 1737 г. Он взял это слово из греческого языка, где оно обозначало «какое-то колючее растение». В Россию кактусы привёз из Европы Петр I в начале XVIII века. А через столетие, коллекция Санкт-Петербургского Ботанического сада насчитывала уже больше 1000 видов.
Особенности строения. Толстый стебель – функция фотосинтеза и запаса воды. Корни у большинства кактусов распростёртые, находятся у самой поверхности земли. У этого растения есть орган - ареола , где развиваются колючки, цветы и побеги. Колючки – видоизменённые листья. Цветок и плод являются тканью стебля.
Разнообразие кактусов. Оказывается, мир кактусов велик и разнообразен. В течение столетий шел процесс приспособления этих удивительных растений к экстремальным климатическим условиям, которые возникали в местах их обитания. И в итоге эти растения, не имеющие ни ветвей, ни листвы, смогли научиться жить.
Колючки, имеющие у кактуса листовое происхождение, служат для экономии влаги посредством уменьшения испарения её растением. Большая испаряющая поверхность листьев в безводных условиях пустыни является сущим расточительством. Поэтому листья становились тоньше, острее, в результате чего со временем превратились в колючки и совершенно утратили фотосинтезирующую функцию, которая у кактусов целиком перешла к зелёному стеблю.
Ещё колючки защищают кактус от перегрева. Густая сеть светлых игл отражает значительную часть солнечных лучей. Тому же служат и пучки белых волосков, иногда скрывающих кактус целиком. Особенно много их в чувствительной к перегреву точке роста на вершине кактуса. Ещё острия колючек, как будет показано ниже, могут служить хорошими излучателями тепла, освобождающими кактус от его избытка.
Мои наблюдения.
Этот кактус я сфотографировал в классе, называется он Mammillaria roseoalba.
Что я узнал из интернета
Я узнал, что некоторые виды кактусов служат сырьём для изготовления мыла, технического спирта, гормонов, витаминов. Также в тканях эхинокактусов учёные обнаружили алкалоиды, которые используются при изготовлении антибиотиков. А еще кактусы полезны тем, что забирают негативную энергию. В больших офисах их обычно ставят возле компьютеров.
Эксперимент. 1-й день. Полил герань и кактус.
В течение недели я не поливал растения, а только опрыскивал их.
Прошла ещё одна неделя . Я продолжаю только опрыскивать растения. . . . Герань опустила листочки, немного завяла, а кактус стоял, как ни в чём не бывало.
Выводы
Ознакомившись с литературой, наблюдая и проделав опыт, я сделал следующие выводы:
1. Наши гипотезы исследования и сведения из литературы о значении колючек для кактуса не совсем совпадают.
2. В результате проведенного опыта и наблюдений гипотеза не подтвердилась - на самом деле основное предназначение колючек – впитывание и экономия влаги, защита от перегрева и охлаждения.
На этом моя исследовательская работа не закончена. Я хочу понаблюдать за растением и узнать, как кактус размножается.
Почему кактус колючий?
Он, наверное, очень злючий
Потому такой колючий?
Кактус быть хотел бы елкой -
Потому такой он колкий.
Да и злится он не долго
Он ведь кактус, а не волк
Дождь в пустыню вдруг
придет
Кактус тут же зацветет.
Красивей его не сыщешь
Хоть весь шар земной
У большинства кактусов имеется довольно толстый основной стебель, в котором и хранится стратегический запас воды. Кактус имеет ещё одну особенность строения - очень длинные корни. Но самое удивительное в кактусах, это их колючки, которые покрывают стебель растения и являются некой модификацией листьев, наличие которых свойственно всем растениям. Кактусы отказались от листьев, так как они просто будут испарять столь нужную в условиях произрастания кактуса влагу. Но как кактус обходится без листьев? Их функцию частично взял на себя стебель, который оснащён устьицами, которые находятся в закрытом состоянии и поглощают необходимый углекислый газ. Без углекислого газа невозможен жизненно важный для растений процесс фотосинтеза.
Помимо защиты от лишнего испарения влаги, колючки, напротив, помогают кактусу добывать столь необходимую воду. Первоначальную функцию добычи влаги обеспечивают корни кактуса, которые очень длинные, но расположены в высших слоях почвы. За счёт очень длинных корней, кактус охватывает большую площадь почвы, и может впитывать максимально много влаги. Но, вот только дожди в засушливых районах проходят крайне редко, и иногда не промачивают почву до необходимой глубины. В такой ситуации, кактус, не имея колючек просто погиб бы. Все дело в том, что колючки обладают уникальной способностью притягивать малюсенькие капельки воды электростатически. При этом не обязательно ждать дождя. Колебания температур в тех местах, где произрастают кактусы, довольно высоки, поэтому в воздухе образуется обильная росса, которая и является основным источником живительной влаги.
Кактус побеспокоился о своей безопасности, обзаведясь колючками. Так как в кактусе хранится большой запас воды, которая находится в особом дефиците в пустынях, то многие животные не прочь полакомится таким сочным плодом. Именно здесь на защиту этого растения становятся большие колючки, с которыми ни одно животное не может справиться.
Так же, колючки помогают кактусу в процессе опыления. Они выделяют особый нектар, который привлекает насекомых опылителей. Это обеспечивает процесс размножения кактусов.
Если кактус растёт в довольно мягком климатическом поясе, где влаги достаточно, то колючки на нём довольно редкие и очень длинные. В таком случае на них возлагается только защитная функция. Чем больше кактус нуждается в влаге, тем больше на его стволе будет колючек.
Кактус - одно из самых удивительных растений, которое может выживать в самых засушливых районах Земли. Родиной кактусов называют Южную и часть Северной Америки.
Строение помогает этим растениям выживать в условиях жёсткой нехватки воды. У большинства кактусов имеется довольно толстый основной стебель, в котором и хранится стратегический запас воды.
Кактус имеет ещё одну особенность – очень длинные корни. Но самое удивительное в кактусах - их колючки, которые покрывают стебель растения и являются некой модификацией листьев, наличие которых свойственно всем растениям. Кактусы отказались от листьев, так как они просто будут испарять столь нужную в условиях произрастания кактуса влагу.
Но как кактус обходится без листьев? Их функцию частично взял на себя стебель, который оснащён устьицами. Они находятся в закрытом состоянии и поглощают необходимый углекислый газ. Без углекислого газа невозможен жизненно важный для растений процесс фотосинтеза.
Помимо защиты от лишнего испарения влаги, колючки, напротив, помогают кактусу добывать столь необходимую воду. Первоначальную функцию добычи влаги обеспечивают корни кактуса. Они очень длинные, но расположены в высших слоях почвы. За счёт них кактус охватывает большую площадь почвы и может впитывать максимально много влаги.
Но вот только дожди в засушливых районах проходят крайне редко и иногда не промачивают почву до необходимой глубины. В такой ситуации кактус, не имея колючек, просто погиб бы. Все дело в том, что колючки обладают уникальной способностью притягивать малюсенькие капельки воды электростатически. При этом не обязательно ждать дождя. Колебания температур в тех местах, где произрастают кактусы, довольно высоки, поэтому в воздухе образуется обильная роса, которая и является основным источником живительной влаги.
Кактус побеспокоился о своей безопасности, обзаведясь колючками. Так как в нем хранится большой запас воды, которая находится в особом дефиците в пустынях, многие животные не прочь полакомится таким сочным плодом. И тогда на защиту растения становятся большие колючки, с которыми ни одно животное не может справиться.
Также колючки помогают кактусу в процессе опыления. Они выделяют особый нектар, который привлекает насекомых опылителей. Это обеспечивает процесс размножения кактусов.
Если кактус растёт в довольно мягком климатическом поясе, где влаги достаточно, то колючки на нём довольно редкие и очень длинные. В таком случае на них возлагается только защитная функция. Чем больше кактус нуждается во влаге, тем больше на его стволе будет колючек.
