Життєві функції рослин: живлення, транспорт речовин, ріст і рухи

Живлення рослини поділяють на два типи: повітряне й мінеральне. Повітряне — це фотосинтез, під час якого з вуглекислого газу й води на світлі утворюються органічні речовини. Мінеральне живлення — це поглинання з ґрунту води й мінеральних речовин у вигляді іонів: нітрат-іонів (NO₃⁻), фосфат-іонів (PO₄³⁻), іонів калію (K⁺), магнію (Mg²⁺), кальцію (Ca²⁺) та інших.

Поглинання відбувається в зоні всмоктування кореня через кореневі волоски. Вода надходить осмотично: концентрація розчинених речовин у цитоплазмі клітин кореня вища, ніж у ґрунтовому розчині, тому вода дифундує всередину. Іони мінеральних речовин надходять вибірково, з витратою енергії АТФ — це активний транспорт. Саме тому кореням потрібен кисень для дихання, яке забезпечує енергію. Ось чому ґрунт навколо рослин розпушують: щоб до коренів надходило більше кисню. На перезволожених ґрунтах, де кисню мало, корені «задихаються» й рослина гине.

Ознаки нестачі мінеральних елементів

Важливо запам’ятати: з ґрунту рослина отримує лише воду й мінеральні речовини. Усі органічні речовини (вуглеводи, білки, жири) рослина синтезує сама в процесі фотосинтезу й подальших перетворень.

Добрива й гідропоніка

Для поповнення запасів мінеральних речовин у ґрунті застосовують добрива. Мінеральні добрива бувають азотні (сечовина, аміачна селітра), фосфорні (суперфосфат) і калійні (калій хлорид, калій сульфат); калійна селітра — комплексне азотно-калійне добриво. Органічні добрива (гній, компост) під час розкладання мікроорганізмами теж дають мінеральні речовини й додатково покращують структуру ґрунту. Надлишок добрив шкодить рослині (опіки коренів) і забруднює водойми через змив дощовою водою (евтрофікація). Гідропоніка — це вирощування рослин без ґрунту, на поживних розчинах, де всі необхідні іони розчинені у воді.

Після того як корінь поглинув воду з мінеральними речовинами, ці речовини мають дістатися до всіх органів рослини. Рух води й мінеральних речовин угору називають висхідним потоком. Він відбувається по судинах деревини (ксилеми) — спочатку в корені, далі по стеблу, а потім по жилках листка до клітин, де вода використовується для фотосинтезу й інших процесів.

Рушії висхідного потоку

Висхідний потік забезпечують два рушії — нижній і верхній.

Нижній рушій — кореневий тиск. Корінь активно, з витратою енергії АТФ, нагнітає воду в судини. Це можна спостерігати навесні, коли з надрізу стовбура берези, клена чи винограду витікає сік — це явище називають «плачем» рослин. Ще один прояв кореневого тиску — гутація: виділення крапель води через водяні продихи (гідатоди) на краях листків уранці за високої вологості повітря.

Верхній рушій — присмоктувальна сила транспірації. Вода випаровується з поверхні листків через продихи. На місце випаруваної води з судин підтягуються нові молекули. Безперервні стовпчики води в судинах не розриваються, тому що молекули води зчеплені між собою силами когезії (водневими зв’язками) і зі стінками судин силами адгезії. У високих дерев головним рушієм води є саме транспірація, а не кореневий тиск.

Регуляція транспірації продихами

Транспірація регулюється відкриванням і закриванням продихів. Коли води достатньо, замикаючі клітини продихів насичені водою (тургорні), продихи відкриті — вода випаровується, і в листок надходить CO₂ для фотосинтезу. Коли води не вистачає, тургор замикаючих клітин падає, продихи закриваються — випаровування зменшується, але водночас менше надходить CO₂ і фотосинтез слабшає. Уночі продихи більшості рослин закриті, тому транспірація майже припиняється. Якщо випаровування перевищує надходження води з кореня, рослина в’яне.

Транспірація посилюється з підвищенням температури, збільшенням освітленості й за вітру. Вона слабшає за високої вологості повітря. Рослина випаровує переважну частину поглинутої води — до 99 %. Лише близько 1 % води використовується для фотосинтезу й інших процесів.

Низхідний потік

Низхідний потік — це рух органічних речовин (переважно сахарози) від листків до інших органів. Він відбувається по ситоподібних трубках лубу (флоеми). Органічні речовини транспортуються до місць споживання й запасання: коренів, бульб, плодів, насінин, бруньок. Важливо: низхідний потік не обов’язково йде лише вниз — сахароза надходить і вгору, до верхівкових бруньок і плодів, що ростуть на верхівці. Точніше називати його «відтоком асимілятів» від листків.

Фотосинтез і дихання — два протилежні, але взаємопов’язані процеси в житті рослини. Їх часто плутають, тому важливо чітко розрізняти, де, коли і як вони відбуваються.

Фотосинтез

Фотосинтез відбувається лише в клітинах, які містять хлоропласти, — насамперед у листках і зелених стеблах. Процес триває лише на світлі. Під час фотосинтезу поглинається вуглекислий газ (CO₂) і виділяється кисень (O₂). З неорганічних речовин (CO₂ і H₂O) утворюються органічні речовини (вуглеводи). Енергія світла запасається в хімічних зв’язках органічних сполук.

Дихання

Дихання відбувається в усіх живих клітинах рослини — у коренях, квітках, плодах, насінинах, листках. Воно триває цілодобово: і вдень, і вночі. Під час дихання поглинається кисень (O₂) і виділяється вуглекислий газ (CO₂). Органічні речовини розщеплюються, а енергія, що вивільняється, запасається в молекулах АТФ.

Порівняльна таблиця

Газообмін рослини вдень і вночі

Удень на яскравому світлі фотосинтез відбувається інтенсивніше за дихання. Тому рослина загалом поглинає CO₂ і виділяє O₂, хоча дихання при цьому триває. Уночі фотосинтез припиняється, і йде лише дихання — рослина поглинає O₂ і виділяє CO₂. За слабкого освітлення інтенсивність фотосинтезу й дихання може зрівнятися — це називають точкою компенсації.

Досліди, що підтверджують процеси

• У банку з пророслим насінням поміщають свічку: свічка гасне, бо кисень витрачено на дихання насіння. Вапняна вода в банці каламутніє, бо виділився CO₂.

• Гілочка елодеї, занурена у воду на світлі, виділяє бульбашки кисню — це видно неозброєним оком.

• Листок, який побув у темряві, не синіє під дією йоду: без світла крохмаль не утворюється.

Ріст і розвиток — два різні, але пов’язані процеси в житті рослини. Ріст — це незворотне збільшення розмірів і маси організму завдяки поділу клітин твірних тканин (меристем) і їхньому розтягуванню. Рослини, на відміну від тварин, ростуть усе життя. Вони можуть рости верхівкою (завдяки верхівковим меристемам пагона й кореня), у товщину (завдяки камбію) та вставним ростом (у злаків — завдяки інтеркалярним меристемам в основі міжвузлів). Розвиток — це якісні зміни в житті рослини: проростання насінини, вегетативний період, цвітіння, плодоношення, старіння.

Фітогормони — регулятори росту й розвитку

Фітогормони — це органічні речовини, які в дуже малих кількостях регулюють ріст і розвиток рослини. Вони утворюються в одних частинах рослини, а діють в інших, тобто мають дистанційну дію. Розгляньмо основні групи фітогормонів.

Верхівкове домінування

Ауксини, що утворюються у верхівковій бруньці, пригнічують ріст бічних бруньок. Це явище називають верхівковим домінуванням. Якщо верхівку видалити (прищипнути), ауксин перестає надходити до бічних бруньок, і вони починають активно рости. Саме тому після прищипування (пінцирування) верхівки пагона або обрізування живоплоту рослина кущиться — розвиваються бічні пагони.

Застосування фітогормонів у сільському господарстві

Людина використовує знання про фітогормони практично. Ауксинами обробляють живці, щоб стимулювати утворення коренів. Гіберелінами обробляють безнасінний виноград, щоб ягоди виросли великими. Етиленом прискорюють достигання плодів у сховищах.

Рослини, хоч і не пересуваються з місця на місце, здатні до різноманітних рухів. Їх поділяють на ростові рухи (тропізми й настії) та гігроскопічні рухи. Важливо розуміти відмінності між ними: програма НМТ вимагає розрізняти ростові й гігроскопічні рухи.

Ростові рухи: тропізми

Тропізми — це ростові згини органів рослини у відповідь на однобічний подразник. Вони виникають через нерівномірний ріст клітин на різних боках органа. Якщо орган росте до подразника, тропізм називають позитивним; якщо від подразника — негативним.

Механізм фототропізму пов’язаний з ауксином. Коли світло падає на пагін з одного боку, ауксин переміщується на затінений бік. Там він стимулює розтягування клітин сильніше, ніж на освітленому боці, тому пагін згинається до світла.

Настії

Настії — це ростові рухи у відповідь на неспрямований подразник, тобто на зміну умов середовища загалом (освітлення, температури). Наприклад, кошики кульбаби розкриваються вранці й закриваються ввечері (ніктинастії), а квітки тюльпана розкриваються в теплі й закриваються в холоді (термонастії). Окремо підручники описують тургорні рухи, як-от складання листків мімози від дотику (сейсмонастії).

Гігроскопічні рухи

Гігроскопічні рухи — це рухи мертвих частин рослини, зумовлені нерівномірним висиханням або набуханням клітинних стінок. Вони залежать лише від вологості повітря й відбуваються навіть у зірваних органах. Приклади: шишки сосни розкриваються в суху погоду (щоб насінини висипалися) й закриваються у вологу; стулки бобів і стручків скручуються під час висихання й розкидають насінини.

Як розрізнити ростові й гігроскопічні рухи

Розгляньмо типові завдання НМТ на тему життєвих функцій рослин. Кожен приклад містить повний розв’язок і пояснення, чому інші варіанти неправильні.

Приклад 1. Газообмін рослини вдень

Завдання: Виберіть одну правильну відповідь. Який газообмін відбувається в кімнатної рослини вдень на яскравому світлі?

• Відбуваються фотосинтез і дихання, але рослина загалом поглинає CO₂ і виділяє O₂

• Іде лише фотосинтез, дихання припиняється до ночі

• Іде лише дихання

• Газообміну немає

Розв’язок: Дихання відбувається в усіх живих клітинах цілодобово, тому вдень воно не припиняється. Однак фотосинтез на яскравому світлі інтенсивніший за дихання, тому сумарний газообмін рослини — поглинання CO₂ і виділення O₂.

Відповідь: Відбуваються фотосинтез і дихання, але рослина загалом поглинає CO₂ і виділяє O₂.

Чому інші варіанти неправильні: «Іде лише фотосинтез, дихання припиняється до ночі» — пастка, дихання триває безперервно; «Іде лише дихання» — фотосинтез на світлі активний; «Газообміну немає» — обидва процеси відбуваються.

Приклад 2. Логічні пари: явище — процес

Завдання: Установіть відповідність між явищем (1–4) і процесом (А–Д), що його спричиняє. Один процес зайвий.

Розв’язок: 1 — сік із надрізу витікає під дією кореневого тиску (А). 2 — згин до світла — фототропізм (Б). 3 — шишка розкривається через висихання мертвих лусок — гігроскопічний рух (В). 4 — сахароза транспортується по лубу — низхідний потік (Г). Транспірація (Д) зайва.

Відповідь: 1–А, 2–Б, 3–В, 4–Г.

Приклад 3. Три з трьох груп: дихання рослини

Завдання: Виберіть по одному правильному варіанту з кожної групи, щоб схарактеризувати дихання рослини.

Розв’язок: Дихання відбувається в усіх живих клітинах (варіант 2), цілодобово (варіант 2), під час нього поглинається O₂ і виділяється CO₂ (варіант 2). Відповідь — 222.

Відповідь: 222.

Приклад 4. Два твердження: ауксини й гібереліни

Завдання: Виберіть правильне твердження (твердження). I. Ауксини, що накопичуються на затіненому боці стебла, спричиняють його згин до світла. II. Гібереліни пригнічують ріст стебла в довжину.

• Правильне лише I

• Правильне лише II

• Обидва правильні

• Обидва неправильні

Розв’язок: Твердження I правильне — ауксин справді переміщується на затінений бік і стимулює там розтягування клітин, що спричиняє згин до світла. Твердження II неправильне — гібереліни, навпаки, стимулюють ріст стебла в довжину, а не пригнічують його.

Відповідь: Правильне лише I.

Приклад 5. Навіщо розпушують ґрунт

Завдання: Виберіть одну правильну відповідь. Чому ґрунт навколо рослин регулярно розпушують?

• Щоб корені отримували кисень для дихання, енергія якого потрібна для поглинання мінеральних речовин

• Щоб корені могли фотосинтезувати

• Щоб зменшити кореневий тиск

• Щоб рослина поглинала з ґрунту органічні речовини

Розв’язок: Поглинання мінеральних іонів — активний транспорт, що потребує енергії АТФ, яка утворюється під час дихання. Для дихання потрібен кисень. Розпушування покращує аерацію ґрунту, забезпечуючи корені киснем.

Відповідь: Щоб корені отримували кисень для дихання, енергія якого потрібна для поглинання мінеральних речовин.

Чому інші варіанти неправильні: корені не фотосинтезують (немає хлоропластів); кореневий тиск — корисне явище, його не зменшують; з ґрунту рослина бере лише воду й мінеральні речовини, а не органічні.

• Вважають, що рослини дихають лише вночі, коли немає фотосинтезу. Насправді дихання йде цілодобово, удень його маскує інтенсивніший фотосинтез.

• Вважають, що рослина отримує з ґрунту органічні речовини. Насправді з ґрунту надходять лише вода й мінеральні речовини, а органічні рослина синтезує сама.

• Вважають низхідний потік рухом лише донизу. Насправді органічні речовини йдуть і вгору — до плодів, бруньок і верхівок.

• Вважають кореневий тиск головним рушієм води у високому дереві. Насправді головний рушій там транспірація, а кореневий тиск відіграє допоміжну роль.

• Плутають тропізми й гігроскопічні рухи. Тропізми — це рухи живого органа у відповідь на спрямований подразник (світло, сила тяжіння), а гігроскопічні рухи — рухи мертвих тканин, що залежать лише від вологості.

• Приписують гіберелінам верхівкове домінування. Насправді верхівкове домінування зумовлюють ауксини, а гібереліни стимулюють видовження стебла.

Тема 3.5 програми НМТ з біології охоплює життєві функції рослин: живлення (мінеральне, фотосинтез), дихання, транспірацію, переміщення речовин, ріст і розвиток, рухи (ростові, гігроскопічні) та їх регуляцію. Від тебе вимагають порівнювати фотосинтез і дихання рослин, розрізняти висхідний і низхідний потоки, ростові й гігроскопічні рухи, знати регуляцію транспірації, фітогормони та кореневий тиск.

Формати завдань

• Завдання 29–30 — вибір трьох відповідей із трьох груп (форма «три з трьох груп»). У кожній групі по три варіанти, з яких лише один правильний. Відповідь — тризначне число. Кожна група оцінюється в 1 бал, максимум 3 бали. У демоваріанті 2026 року завдання № 29 — комплексна характеристика рослини, де тема 3.5 — основна, а теми 1.2 і 5.2 — додаткові.

• Завдання 25–28 — логічні пари (форма «логічні пари»). Чотири явища (1–4) треба зіставити з п'ятьма процесами (А–Д), один із яких зайвий. Кожна правильна пара дає 1 бал, максимум 4 бали. Ця форма добре підходить для пар «явище → процес чи рушій».

• Завдання 1–24 — вибір однієї відповіді з чотирьох (А–Г), 1 бал за кожне. Серед них є підтип «два твердження» (демо № 8, 14, 20), де треба оцінити правильність двох тверджень.

Стратегія виконання

У завданні про газообмін рослини завжди перевіряй, про який процес ідеться (фотосинтез чи дихання) і в який час доби. Пам’ятай: дихання триває цілодобово, а фотосинтез — лише на світлі. У завданнях на логічні пари спочатку визнач, які явища тобі знайомі, а потім підбирай до них процеси. Зайвий варіант залишиться невикористаним.

• З ґрунту рослина бере лише воду й мінеральні речовини, органічні синтезує сама.

• Рушії висхідного потоку: кореневий тиск знизу («плач», гутація) і транспірація згори.

• Продихи регулюють транспірацію: за нестачі води вони закриваються.

• Дихання — в усіх живих клітинах цілодобово; фотосинтез — у зелених клітинах на світлі.

• Ауксини — верхівкове домінування, корені в живців, тропізми; гібереліни — видовження стебла.

• Тропізми — ростові рухи до чи від подразника; гігроскопічні — рухи мертвих тканин від вологості.