Важнейшее свойство живой материи — обмен веществ. Все жизненные процессы совершаются при приеме, переработке и выделении неорганических и органических веществ. При этом живые существа нуждаются для своего питания в уже имеющихся органических соединениях. В отличие от них растения могут сами синтезировать органическую субстанцию из неорганических веществ. Для этого им нужны в качестве исходных веществ вода, углекислый газ, катионы К+, Са++, Mg++ и Fe++, анионы NO3-, SO4–, PO4—, а также в очень небольши х количествах бор, ванадий, йод, кобальт, марганец, медь, молибден и цинк, которые называются микроэлементами. При этом рост растения определяет минимум одного из этих веществ. Так, например при недостатке двухвалентного железа листья желтеют, а само раст ение отстает в росте и ни прекрасное освещение, ни благоприятнейшие составы воды и грунта здесь не помогут.80-90% массы травянистой части высших растений состоит из воды. Она пропитывает все клетки растения, транспортирует по его сосудам питательные вещества и является одним из исходных материалов для фотосинтеза. Водопроводная вода, в которой аквариумисты сод ержат растения, почти всегда содержит в растворенной форме все необходимые им для питания вещества.
Погруженные в воду растения, в отличие от наземных, могут поглощать воду не только корнями, но и всей своей поверхностью. По способу усваивания воды с растворенными в ней питательными веществами аквариумные растения можно разделить на 3 типа:
– Растения, усваивающие воду, в основном, корневой системой (например, криптокорины). Им нужен грунт, содержащий питательные вещества.
– Растения, усваивающие воду как корнями, так и листьями (например, эхинодорусы, апоногетоны). Им нужен грунт с небольшим содержанием питательных веществ.
– Водные и плавающие растения, усваивающие воду, в основном или исключительно листьями (например, перистолистники, элодея).
Органическая жизнь растений связана с углеродом, на который приходится 5-10% массы свежих травянистых растений. Он является составной частью углеводов, которые растения вырабатывают в процессе ассимиляции углерода. При этом процессе листья под действием с вета из воды и растворенного в ней углекислого газа вырабатывают углеводы и кислород, который выделяют в воду. При этом улавливается энергия света, которая накапливается в растении в виде химической энергии и затем используется для различных целей. В вод е, богатой кальцием, некоторые растения, как например, элодея, могут у молекул гидрокарбоната кальция отнимать весь СО2 и использовать его для фотосинтеза. При этом на верхней стороне листьев в виде белого настила откладывается карбонат кальция и происход ит так называемое биогенное умягчение воды.
Химические процессы, происходящие при фотосинтезе, сильно упрощая можно выразить следующей формулой:
6СО2+6Н2О + световая энергия С6Н12О6 + 6О2
Действительный ход реакции еще изучается и о нем пока нет полной ясности. Известно, что идут три частичные реакции и в одной из них образуются, среди прочего, ионы ОН- и освобождается кислород, который, иногда, можно увидеть в виде маленьких пузырьков, по днимающихся к поверхности воды.
При очень интенсивном процессе фотосинтеза в аквариуме густо засаженном растениями в воде сильно уменьшается содержание СО2 и, следовательно, повышается рН. Причем его ежедневное изменение может достичь 1-2 единиц, что нужно учитывать при подборе растений .
Фотосинтез происходит в листе растения, в его хлоропластах, содержащих зеленый пигмент хлорофилл. Наиболее интенсивно хлорофил поглощает красные лучи с длиной волны 650-680 нм и сине-фиолетовые с длиной волны 470 нм. Фотосинтез состоит из световой и темно вой фаз. При световой фазе образуются первичные продукты, которые с помощью ферментов преобразуются до конечных продуктов при темновой фазе. На интенсивность фотосинтеза влияют различные факторы, в том числе освещенность, спектральный состав света, темпер атура воды и количество углекислого газа, причем все они действуют совместно и нехватка одного из них не может быть восполнена избытком других.
Для роста и фотосинтеза разным видам растений нужна неодинаковая освещенность. Различают светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые растения, которые занимают промежуточное положение между двумя первыми.
Рост растения, цветение, плодоношение, синтез в обмене веществ и др. процессы требуют затраты энергии, которая приобретается благодаря дыханию. Оно производится всеми живыми клетками растения и идет непрерывно, днем и ночью. Растения, потребляя кислород о кисляют им углеводы в результате чего образуются углекислый газ и вода и выделяется энергия:
С6Н12О2 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + энергия.
Наземные растения используют для дыхания кислород воздуха, погруженные же в воду используют кислород, растворенный в воде, а также собранный днем в процессе фотосинтеза и находящийся в растении. При нехватке кислорода растение может ограниченное время дыш ать и вырабатывать энергию, правда ограниченное количество почти в 30 раз меньше чем при обычном дыхании, используя кислород молекул углеводов и воды, но при этом образуется этиловый спирт, который ядовит для растений.
Рост растения заключается в размножении клеток и увеличении их объема. На вершине стебля имеется конус нарастания (точка роста), в котором и происходит деление клеток. Под конусом нарастания образуются зачатки листьев и почек.
Тропические и субтропические растения растут преимущественно ночью. У некоторых видов растений (например апоногетон) ярко выражен период покоя, во время которого растение на определенный период приостанавливает свой рост и может сбросить листья.
В зависимости от продолжительности светового дня растения подразделяют на:
– Растения короткого дня, растущие в тропиках и субтропиках. У них цветение наступает лишь если продолжительность светового дня менее 12 ч.
– Растения длинного дня, растущие в умеренных широтах. У них цветение наступает при световом дне более 12 ч.
– Растения нейтральные к продолжительности освещения, цветение которых не зависит от этого фактора.