Чудеса растений: о листьях

Не парадоксально ли то, что, говоря об окружающем нас мире, мы, не задумываясь об этом, воспринимаем его зелёным? 
Это легко объяснимо: пока на Земле есть зелёные растения, создающие с помощью света из углекислого газа органику - основу жизни всех остальных - живём и мы…

Но почему же растения зелёные? 
Все предметы мы видим только благодаря тому, что они отражают падающие на них лучи света. Например, лист чистой бумаги, воспринимаемый нами как белый, отражает все части спектра. А предмет, кажущийся нам чёрным, все лучи поглощает. Несложно понять, что если волокна ткани пропитать веществом, которое поглощает все лучи света, кроме красных, то и сшитое из этой ткани платье мы будем воспринимать как красное. 
Точно так же и хлорофилл - основной растительный пигмент - поглощает все лучи, кроме зелёных. И не просто поглощает, но использует их энергию в своих интересах, особенно активно - красную часть спектра, противоположную зелёной.

И всё же листья растений далеко не всегда бывают зелёными. Именно это и станет темой моего рассказа. Конечно, многие вещи я буду излагать очень упрощенно (да простят меня профессионалы). Но иметь представление о причинах изменения цвета листьев растений, как мне кажется, должен каждый человек, всерьез занимающийся их выращиванием.

Незелёная зелень

В тканях любого живого растения постоянно присутствует несколько пигментов. Конечно, главным из них является зелёный - хлорофилл, определяющий основную окраску листьев. 
Но есть ещё и антоциан, активно поглощающий зелёные лучи и полностью отражающий красные. 
Пигмент ксантозин поглощает все лучи, кроме жёлтых, акаротин отражает целую группу лучей и кажется нам оранжево-морковным. 
Известен и пигмент под названием бетулин, который окрашивает ткани растения в белый цвет (но встречается он только у берёзы; и то - не в листьях, а в коре, и поэтому о нём мы говорить не будем).

Все дополнительные пигменты листьев мы видим лишь после гибели хлорофилла. Например, на листьях растений с приходом осенних холодов или в результате старения листа, как это происходит у всенародно любимых кодиеумов. 
Яркие пёстрые листья кодиеума, являясь его единственным украшением, по сути, мертвы и уже ничего не дают растению. Селекционеры лишь выбрали клоны, способные сохранять максимально долго эти бесполезные, но красивые старые листья.

Наверное, многим цветоводам приходилось наблюдать покраснение листьев у растений, подвергшихся воздействию излишне яркого солнечного света. В быту это явление называют «загаром». Но когда мы загораем, для защиты от воздействия ультрафиолетового излучения в коже вырабатывается специальный пигмент — меланин. У растений же никаких новых пигментов не вырабатывается, а напротив, разрушается хлорофилл; тогда становится видимым и прежде имевшийся в тканях антоциан. Понятно, что такое покраснение листьев - сигнал тревоги для хозяина растения.

Кстати, листья некоторых растений (у кактусов - стебли) при избытке света иногда приобретают голубоватую окраску. Это объясняется выработкой на поверхности ткани воскового слоя, который очень эффективно отражает все лучи света, но особенно активно - голубые и синие.

Очень интересно решают проблему максимального использования света растения, живущие в условиях его постоянного дефицита. Например, под пологом тропического леса. 
Многие обращали внимание на листья бегоний, у которых верхняя поверхность листа тёмно-зелёная, а нижняя насыщенно-красная. Понятно, что о разрушении хлорофилла в данном случае речь не идёт. 
Дело в том, что лучи света при прохождении тонкой листовой пластины поглощаются далеко не полностью: часть света проходит лист насквозь и теряется растением. Именно эту проблему и решает окрашенная антоцианом нижняя поверхность листа. Она отражает особо ценные красные лучи обратно внутрь листа, т.е. заставляет их повторно пройти через хлоропласты. Понятно, что КПД по использованию лучей света у такого листа повышается значительно.

Важной функцией дополнительных пигментов листа растения является улавливание фотонов в жёлто-зёленой части спектра, которая не используется хлорофиллом. В результате этого увеличивается общая эффективность фотосинтеза. 
Приведу в качестве примера пассифлору трехполосую(Passiflora trifasciata). Среди огромного разнообразия пассифлорданный вид стоит особо. Пожалуй, это единственная пассифлора, выращиваемая исключительно ради декоративных листьев. Их красно-фиолетовая окраска, изменяющаяся в зависимости от освещения, обусловлена наличием дополнительных пигментов, активно использующих все участки спектра падающего света. Кроме того, в центре каждой лопасти листа проходит серебристая полоса. В целом, окраска листьев этой пассифлоры напоминает нарядную раскраску листьев королевских бегоний.

Однако на ярком свету листья пассифлоры трёхполосой становятся просто зёлеными, а от полос в лучшем случае остаются отдельные серебристые крапинки. Дело в том, что серебристые полосы представляют собой ни что иное, как скопление заполненных воздухом клеток, которые в равной степени преломляют все лучи проходящего через них света. Некоторая часть их отражается, и поэтому мы их воспринимаем как серебристо-белые, а большая часть направляется внутрь листовой пластины. Другими словами, эти пустотелые клетки действуют подобно линзам, значительно повышая эффективность фотосинтеза. Понятно, что у растений с достаточной освещённостью нужда в этом приспособлении листьев отпадает, и тогда пустотелые клетки заполняются хлорофиллом.

Программа, предписывающая растению вырабатывать хлорофилл, записана на генном уровне. Известно более сотни генов, участвующих в этом процессе. Но этот сложный механизм иногда даёт сбой - появляются растения, у которых или часть листовой пластины, или отдельные листья целиком лишены хлорофилла. Тогда клетки листа могут быть заполнены дополнительными пигментами (при этом лист приобретает соответствующую окраску) или просто становятся пустотелыми, и потому кажутся белыми.

Конечно, с точки зрения здоровой физиологии такие растения надо считать неполноценными. Но в практическом цветоводстве они относятся к особо декоративным, их охотно выращивают.

Имея дело с подобными растениями, следует учитывать, что они гораздо капризнее своих зелёных собратьев и поэтому особенно требовательны к режиму освещения. Ведь недостаток хлорофилла в листьях в первую очередь влечёт уменьшение питания растений. Поэтому при недостаточном освещении их листья быстро теряют былую яркость и пестроту окраски, становятся блеклыми и угнетёнными.

Кроме того, любителям подобных растений надо помнить, что избыток в почве азота может привести к исчезновению пятнистости листьев за счет накопления хлорофилла. 
И ещё: при размножении таких растений наследование пёстрой окраски листьев возможно только у черенков. Сеянцы же (а иногда и листовые черенки) превращаются в нормально окрашенные, зелёные экземпляры.

Хитрые листья

Отдельного упоминания заслуживают необычные листья некоторых представителей семейства мезембриантемовых (аизооновых), и в первую очередь, литопсов.

Литопсы - интересные растения, имеющие очень толстое реповидное корневище с парой мясистых листьев. Основная задача этих жителей южно-африканской пустыни Намиб - выжить в условиях испепеляющей жары. Для этого не только корневище литопса, но и большая часть листа погружена в песок - над поверхностью возвышаются только плоские верхушки листьев. Но фотосинтез в них не происходит, ведь хлорофилл находится в глубине листьев. В этом случае открытая поверхность листа действует подобно фильтру с изменяющейся прозрачностью. Другими словами, количество света, достигающего хлоропласты, строго дозируется и никогда не бывает чрезмерным для литопса.

Кроме того, разнообразная окраска плоских верхушек листьев у литопсов и своеобразный рисунок на них позволяют этим растениям полностью сливаться с окружающей средой и выглядеть как типичные камешки. Хотя в Намиб не так уж много травоядных животных (в основном, черепахи), такая маскирующая окраска (мимикрия) литопсов оказывается совсем не лишней.

В связи с мимикрией вспомнилась интересная история из собственной практики. Была у нас в коллекции пассифлора леопардоволистная (Passiflora pardifolia). На её листьях постоянно появлялись непонятные жёлтые пятна. К тому же, на этих пятнах нередко присутствовали капли сладковатой жидкости. Поэтому складывалось впечатление, что у нас завелся неизвестный вредитель растений. Были опробованы всевозможные ядохимикаты, а кончилось всё это гибелью пассифлоры.

Значительно позже я нашёл информацию, которая все объясняла. Оказывается, естественный ареал распространения пассифлоры этого вида лежит на пути миграции бабочек махаонов по территории Центральной Америки. Их безжалостные обжоры-гусеницы питаются листьями растений, оставляя после себя полосу мёртвого леса. Так как каждой из будущих гусениц потребуется много пищи, бабочка перед откладыванием яиц тщательно осматривает листья. Заметив уже имеющуюся чужую кладку, она попросту улетает к другому растению.

Так вот, липкие жёлтые пятна на листьях нашей пассифлоры были имитацией кладок этих бабочек, а не результатом воздействия каких-то вредителей. Но мы об этом тогда не знали...

Рассказывая о роли листьев в жизни растения, уместно упомянуть и про другие функции, которые они могут выполнять. Здесь цвет листьев уже не имеет никакого значения, а важна их форма.

У хойи черепитчатой (Hoya imbricata) края листьев способны плотно прилегать к тому растению, где она поселилась. Именно в этих своеобразных «шалашиках», которые образуют листья хойи , находят кров целые колонии хищных муравьёв. Благодарные муравьи не только надёжно защищают свой «домик»-хойю от посягательств любых насекомых-вредителей, но и регулярно подкармливают растение отходами собственной жизнедеятельности.

Дисхидия (Dischidia) - близкая родственница хойи. Это интересное растение образует листья двух типов: обычные вегетирующие и видоизменённые в форме мешочка. Благодаря этому в видоизменённых листьях может накапливаться изрядное количество дождевой воды. Дисхидия приспособилась высасывать её с помощью дополнительных воздушных корешков, проникающих внутрь мешочка.

Некоторые растения быстро двигают листьями. Благодаря этому умению, например, побеги мимозы стыдливойприобретают малопривлекательную форму сухих сучков, и это растение таким образом избегает повреждения растительноядными животными.

Моментально смыкающиеся листья-ловушки венериной мухоловки, или дионеи (Dionaea muscipula) способны надёжно удерживать пойманное насекомое довольно длительное время, необходимое для его «переваривания». Так дионея решает проблему компенсации жесткого дефицита азота в почве в местах её произрастания.

Есть удивительные растения, листья которых действуют подобно лопастям вентилятора, создавая искусственное движение воздуха внутри кроны. Одно из них – телеграфное дерево, или десмодиум вращающийся (Desmodium gyrans) из семейства бобовых. Самое интересное, что этот «вентилятор» автоматически включается при достижении строго определённой температуры окружающего воздуха (+24 градуса) и сам же отключается.

Олег Иванович Алейников (Беларусь)
http://planta.iatp.by