Кактусы: как растения выживают без воды

Кактусы часто представляют как растения, которым «вообще не нужна вода». Это неверно. Как и другим живым растениям, им нужна вода. Секрет в другом: многие кактусы умеют быстро получать влагу, запасать её в тканях и очень экономно расходовать. Поэтому они способны переживать долгие сухие периоды, которые были бы тяжёлыми для большинства обычных садовых растений.

Кактусы особенно интересны тем, что привычные органы растения у них выполняют необычные функции: зелёный стебель берёт на себя основную работу листьев, листья превращены в колючки, а корневая система у многих видов быстро собирает влагу после редкого дождя.

Что такое кактус

Кактусы — растения семейства кактусовых. Большинство их видов происходит из Америки, хотя сегодня кактусы выращивают человеком по всему миру. Они очень разнообразны: бывают шаровидными, столбовидными, кустящимися, состоящими из плоских члеников или длинных ребристых стеблей.

Главный отличительный признак семейства — ареолы, небольшие участки на поверхности стебля, из которых развиваются колючки, волоски, новые побеги и цветки. Не каждое колючее суккулентное растение является кактусом.

Почему кактусу всё-таки нужна вода

Вода необходима клеткам растения, переносу веществ, фотосинтезу и множеству других процессов. Однако в пустыне осадки выпадают редко и неравномерно, а жара и сухой воздух усиливают испарение. Поэтому растение, которое не умеет экономить влагу, быстро теряет воду.

У кактусов сформировался целый набор приспособлений. По отдельности каждое помогает немного, а вместе они дают большой результат.

Толстый стебель — резервуар и «зелёная фабрика»

У многих кактусов стебель мясистый и сочный. Его ткани способны накапливать значительное количество воды после дождя. Такой тип растения называют суккулентом. Все кактусы относятся к суккулентам, но не каждый суккулент — кактус: например, алоэ и многие молочаи принадлежат к другим семействам.

Стебель часто имеет рёбра или бугорки. Когда воды больше, ткани могут увеличиваться в объёме; во время засухи запас постепенно расходуется, и стебель немного уменьшается. Такое строение позволяет изменять объём без разрывов поверхности.

Кроме хранения воды, зелёный стебель выполняет фотосинтез. В нём есть хлорофилл, поэтому он улавливает свет и создаёт органические вещества.

Куда исчезли обычные листья

У большинства кактусов обычных широких листьев нет. Их листья в ходе эволюции сильно изменились и превратились в колючки. Большая листовая пластинка испаряла бы слишком много воды, а тонкая колючка имеет гораздо меньшую поверхность.

Колючки выполняют несколько задач:

• уменьшают воздействие сухого движущегося воздуха у поверхности стебля;
• могут создавать небольшую тень и снижать нагрев отдельных участков;
• защищают сочный стебель от животных, которые хотели бы получить воду и пищу;
• у некоторых видов густые волоски и колючки дополнительно защищают поверхность от сильного солнца.

Нельзя считать, что любая колючка у любого растения — это лист. У разных растений колючие образования имеют разное происхождение.

Восковой покров снижает потерю влаги

Поверхность многих кактусов покрыта плотной кутикулой с восковыми веществами. Она действует как защитный слой и уменьшает испарение воды. Похожий принцип встречается и у других растений сухих мест: чем труднее воде выйти наружу, тем дольше сохраняется запас.

Но растение не может быть полностью «запечатано», потому что ему нужен газообмен. На поверхности есть микроскопические устьица — отверстия, через которые поступает углекислый газ и выходят газы и водяной пар.

Особый режим фотосинтеза помогает экономить воду

У многих кактусов работает так называемый CAM-фотосинтез. Сложное название запоминать необязательно; важна идея. Устьица открываются главным образом ночью, когда прохладнее и испарение слабее. Растение поглощает углекислый газ и временно сохраняет его в химической форме. Днём, при свете, устьица могут оставаться закрытыми, а запасённый углекислый газ используется для фотосинтеза.

Обычное зелёное растение часто получает углекислый газ днём через открытые устьица. В пустыне такой режим стоил бы кактусу слишком больших потерь воды. Ночной газообмен — один из способов экономии.

Корни: быстро собрать редкий дождь

У многих пустынных кактусов корни располагаются относительно неглубоко, но расходятся в стороны на значительную площадь. Это помогает быстро перехватывать влагу из верхнего слоя почвы после короткого дождя, пока вода не испарилась и не ушла глубже.

У разных видов корневые системы различаются. Поэтому неверно утверждать, что у всех кактусов корни устроены одинаково. Некоторые виды имеют утолщённые или более глубокие корни. Общее правило другое: корневая система соответствует условиям, в которых вид сформировался.

Что происходит после дождя

1. Вода смачивает верхние слои почвы.
2. Корни быстро поглощают доступную влагу.
3. Вода поступает в ткани стебля.
4. Стебель становится более упругим и может увеличиться в объёме.
5. Затем в сухой период запас расходуется постепенно.

Кактус не «пьёт один раз на всю жизнь». Он использует возможность, когда вода доступна, а затем медленно тратит запас.

Сравним обычное влаголюбивое растение и пустынный кактус

Таблица показывает общие тенденции, а не абсолютное правило для каждого вида растений.

Не все кактусы живут в раскалённой пустыне

Семейство кактусовых очень разнообразно. Есть виды сухих пустынь и полупустынь, высокогорий, травянистых областей и даже влажных тропических лесов. Лесные эпифитные кактусы могут расти на стволах и ветвях деревьев, где условия совсем не похожи на песчаную пустыню.

Поэтому фраза «кактус — растение пустыни» подходит как простое знакомство с группой, но не описывает всё семейство. Правильнее сказать: многие наиболее известные кактусы замечательно приспособлены к засушливым условиям.

Цветы и плоды кактусов

Несмотря на суровый вид, кактусы — цветковые растения. Они образуют цветки, которые у разных видов бывают белыми, жёлтыми, красными, розовыми и других оттенков. Цветки опыляются животными — чаще насекомыми, а у некоторых видов в опылении участвуют птицы или летучие мыши.

После оплодотворения образуются плоды с семенами. У некоторых видов плоды сочные. Значит, колючий стебель — только одна стадия жизненного цикла; для продолжения рода растение должно цвести и образовывать потомство.

Почему нельзя переливать домашний кактус

Приспособление к редкой воде имеет обратную сторону. Корням многих кактусов нужен воздух в почве, а долго стоящая вода может привести к повреждению и гниению корней. Поэтому комнатный кактус нельзя поливать по принципу «чем больше, тем лучше».

При этом единого графика для всех видов нет. Потребность зависит от вида, сезона, температуры, освещения, размера горшка и состава грунта. Для ухода за конкретным домашним растением лучше знать его вид и рекомендации по выращиванию.

Безопасность при знакомстве с кактусами

• Не трогайте колючки руками и не проверяйте их остроту.
• У некоторых опунций есть очень мелкие зазубренные щетинки — глохидии, которые легко впиваются в кожу.
• Не ешьте незнакомые плоды и части растений.
• При пересадке комнатного кактуса ребёнку нужна помощь взрослого и подходящие инструменты.

Краткий план доклада

1. Что такое кактусы и где они растут.
2. Почему кактусу нужна вода, хотя он переносит засуху.
3. Толстый зелёный стебель и запас влаги.
4. Колючки как видоизменённые листья.
5. Восковой покров, устьица и ночной газообмен.
6. Как корни быстро собирают воду после дождя.
7. Разнообразие кактусов и правила безопасности.

Вывод

Кактусы выживают в засушливых местах не потому, что могут жить совсем без воды, а потому, что умеют обращаться с ней особенно экономно. Мясистый стебель запасает влагу и фотосинтезирует, колючки уменьшают потери и защищают растение, восковой покров замедляет испарение, корни быстро используют редкие дожди, а у многих видов устьица открываются главным образом ночью. Это яркий пример того, как строение живого организма связано с условиями его среды.