Открыть сервисСервис

Автотрофные растения

Автотрофные растения — это растения, способные синтезировать органические вещества из неорганических соединений (углекислого газа и воды) за счёт энергии света, то есть являющиеся автотрофами. Вместе с автотрофными водорослями и цианобактериями они образуют группу фототрофов, составляющую основу биосферы как по массе, так и по роли в круговороте веществ.

Происхождение термина

Понятие «автотроф» ввёл в 1895 году немецкий ботаник и химик Вильгельм Пфеффер, противопоставив его гетеротрофам — организмам, получающим готовые органические вещества из внешней среды. В русскоязычной литературе термин закрепился в работах по физиологии растений и биохимии начала XX века.

Фотосинтез как основа автотрофности

Ключевой процесс, обеспечивающий автотрофность растений, — фотосинтез. В ходе световой фазы энергия фотонов используется для синтеза АТФ и восстановления NADP⁺, а в темновой фазе (цикле Кальвина) углекислый газ фиксируется ферментом рибулозодифосфаткарбоксилазой (Рубиско) и восстанавливается до углеводов.

Общее уравнение фотосинтеза:

6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Существует три основных типа фотосинтеза, различающихся по первичному акцептору углекислого газа:

ТипАкцептор CO₂ПродуктТипичные растения
C3Рибулозо-1,5-бисфосфат3-фосфоглицератПшеница, рис, большинство древесных пород
C4ФосфoenолпируватЩавелево-уксусная кислотаКукуруза, сорго, сахарный тростник
CAMФосфoenолпируват (ночью)Щавелево-уксусная кислотаКактусы, агавы, бромелиевые

Хемосинтезирующие растения

Помимо фотосинтеза, автотрофность у растений может проявляться в форме хемосинтеза — синтеза органики за счёт энергии окислительно-восстановительных реакций. Этот путь характерен для некоторых бактерий (нитрифицирующие, железобактерии), но у высших растений хемосинтез не наблюдается. Существование растений, сочетающих фотосинтез с хемосинтезом, не подтверждено.

Экологическая роль

Автотрофные растения выполняют в экосистемах несколько ключевых функций:

  • Продуценты — создают первичную органическую массу, на которой основана вся пищевая цепь.
  • Газообмен — поглощают углекислый газ и выделяют кислород, поддерживая его концентрацию в атмосфере.
  • Круговорот веществ — участвуют в переносе и трансформации макро- и микроэлементов.
  • Формирование почвы — отмершие растительные остатки являются основой гумуса.

По оценкам учёных, автотрофные организмы (преимущественно растения и фитопланктон) фиксируют около 100–115 млрд тонн углерода в год, что определяет глобальный баланс углерода в биосфере.

Эволюция автотрофности

Автотрофность возникла в результате эволюции фотосинтеза. Древнейшие свидетельства фотосинтезирующих организмов — строматолиты — датируются около 3,5 млрд лет назад. Кислородный фотосинтез, давший начало накоплению кислорода в атмосфере, появился около 2,4–2,7 млрд лет назад (Великое кислородное событие). Высшие растения вышли на сушу в силуре — девоне (около 430 млн лет назад), и с этого момента автотрофная растительность стала основным продуцентом наземных экосистем.

Применение

Знание об автотрофности растений используется в сельском хозяйстве (селекция высокоэффективных фотосинтезирующих сортов), биотехнологии (создание трансгенных растений с улучшенным фотосинтезом) и экологии (моделирование глобального углеродного цикла). В России исследования фотосинтеза ведутся в Институте физиологии растений РАН, Институте биологии развития РАН и ряде университетских лабораторий.

Источники

Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru