Стебель и корни

Как вы заметили, листья у кактуса куда‑то пропали, а вот стебель — толстый, мясистый. В нём у кактуса хранятся относительно большие запасы воды, так как он растёт в засушливых условиях: окружающая среда не богата влагой. Также такой объём позволяет ему дольше нагреваться, что спасает от перспективки свариться заживо.

Чаще всего корневая система кактусов поверхностная (не уходят глубоко в землю).

Во‑первых, кактусу не приходится тратить много энергии на рост здоровенных, длинных, толстых корней (неизвестно, как быстро они дойдут хоть до какой‑то влаги). А в случае сильной засухи (что бывает нередко) совсем тонкие корни отмирают, а те, что потолще, обрастают сухой пробкой. Вот было бы обидно, если бы отвалились толстые корни или такие корни пришлось бы обеспечивать энергией, но нельзя было бы воспользоваться ими.

Во‑вторых, благодаря поверхностной корневой системе кактусы сосредотачиваются на воде, попавшей на поверхность субстрата в редкие дожди.

В‑третьих, новые дождевые корни отрастают почти так же быстро, как и отмирают (могут вырасти за несколько часов), ведь на них ресурсов нужно меньше, чем на мясистые и длинные.

В‑четвёртых, в пересушенных почвах часто концентрация солей высокая (так как мало растворителя), а значит, по закону осмоса вода может начать покидать корень и задерживаться там, где концентрация солей выше — в субстрате. В таком случае проще вовсе лишиться корней, чем отдать влагу в почву. Чтобы избежать такой критической отметки, кактусы регулируют водно‑солевой баланс (на что тоже нужна энергия), но сбрасывание корней — всё‑таки тоже метод.

Стоит отметить, что есть некоторые виды кактусов, у которых главный корень всё же большой и мясистый — например, Lophophora. Это виды, для которых такой корень всё же служит запасом воды, и почти всегда у взрослых растений он больше, чем вся надземная часть. Такая адаптация характерна для тех, кто живёт в каменистых почвах.

Из забавного: когда корень такого кактуса (реповидный корень) теряет влагу, он сжимается, и вся надземная часть прячется под камни и песок. Это помогает, чтобы солнце не сжарило стебель. Когда наступает дождь, корень вновь напитывается влагой и выталкивает стебель на поверхность.

Если говорить о домашнем выращивании такого кактуса, даже с обильным поливом лофофора (и подобные ей виды) будут выполнять свою генетическую программу, но делать это им будет труднее. Важно отметить, что дождевые корни у лофофоры и подобных ей видов тоже есть!

Адаптации бывают двоякие: то, что логично для одного вида кактусов, может быть вообще не характерно для другого. Мы можем придумывать этому разные обоснования, но факт один: почему‑то именно эти кактусы были способны размножаться и продолжать род, а значит, их адаптации скорее полезны, чем вредны.

Также стебли различаются по своей форме. Часто можно встретить ребристые кактусы: у них площадь поверхности испарения влаги больше, чем у шарообразного кактуса того же объёма. Однако благодаря форме ребристый кактус создаёт тень на местах скопления устьиц (через них осуществляется испарение влаги). Таким образом, ребристая форма, наоборот, уменьшает интенсивность транспирации.

Кроме того, воздух через такой стебель проходит иначе — это усиливает охлаждение растения. А ещё рёбра дают место для потенциального растяжения в случае, если выпадает шанс напитаться влагой. У шарообразной формы вариант только один — чуть‑чуть растянуться, а затем лопнуть к ху*м. К тому же многие кактусы, имеющие шарообразную форму, накапливают воду в корне — как лофофора, — а также имеют другие способы адаптации.

Кактусы вечно балансируют между множеством факторов, чтобы, как говорится, и рыбку съесть, и не подавиться. В частности, им необходимо большое количество света для жизнедеятельности, но при этом ни в коем случае нельзя сгореть на солнце.

Например, существуют широко известные опунции (Opuntia) с плоскими стеблями, напоминающими блины или лепёшки. В книге «Environmental Biology of Agaves and Cacti» Пак Нобел писал, что для наиболее эффективной защиты от солнечных лучей опунции необходимо располагаться ребром к югу. Так она подставляет под самые мощные солнечные лучи лишь малую часть — ребро.

Однако в 2004 году в Мексике исследователи вышли в поле русское мексиканское и проанализировали расположение стеблей опунций относительно сторон света, а также измерили фотосинтетически активную радиацию в зависимости от положения кактуса [1]. Они пришли к выводу, что всё намного сложнее: кактус не стремится избежать света, а, напротив, хочет максимально эффективно его использовать — при условии, что сам останется живым. В основном внимание было обращено не на положение стеблей относительно сторон света, а на угол их наклона относительно ландшафта: так, чтобы иметь возможность максимально использовать свет при минимально возможном вреде. В общем, очень занимательно!

Кутикула

Кактусам помогает выживать не только форма стебля, но и толстый слой кутикулы на нём. Кутикула — это плотный восковидный налёт, покрывающий кожицу. Благодаря ему ещё сильнее уменьшается транспирация; кутикула помогает бороться с прямыми солнечными лучами путём их отражения, а также смягчает воздействие перепадов температур.

Это также одна из причин выживаемости кактусов (и в целом многих суккулентов) на южных подоконниках летом: летнее солнце Москвы не сравнится с солнцем Сахары.

Листья

Наверное, вы замечали, что в привычном понимании листьев у кактуса нет. На самом деле они редуцированы, поскольку являются органами, через которые осуществляется транспирация.

Вместо листьев из специальных почек (ареол) растут колючки. Через такие колючки не только сложнее испарять влагу, но и легче прятаться от солнца: они создают тень на самом стебле, а также рассеивают свет. Ну и стоит заметить, что поедать что‑то колючее отнюдь не приятно.

Устьица

В завершении блока об адаптациях строения упомяну, что у кактусов в целом устьица меньше по размеру, но при этом их часто больше по количеству, чем у мезофитов (растений, растущих в умеренных условиях). Это тоже нужно для того, чтобы:

• меньше испарять влагу;

• при этом осуществлять более интенсивный газообмен.

Более того, для снижения интенсивности транспирации устьица спрятаны в углубления. Однако подробнее об устьицах и особенностях газообмена я расскажу в блоке о физиологических особенностях суккулентов.

Особенности физиологии

Беталаины

Позволю себе сослаться на собственный текст «Почему растения НЕ зелёные», в котором я рассказываю о функционале основных пигментов растений.

Среди них — беталаины. Их функции во многом схожи с функциями антоцианов (при этом наличие тех и других у растений взаимоисключающе). Беталаины присущи кактусам.

Если кратко, беталаины выполняют защитную функцию для фотосинтетического аппарата: они поглощают зелёный спектр солнечных лучей и рассеивают его в виде тепла, защищая от избытка света. Такая фича может пригодиться кактусам, произрастающим в жарких климатических условиях.

Вернемся к опунциями. Существует примечательный вид опунций - Opuntia macrocentra, вот как она может выглядеть:

Беталаины активно изучаются учёными — в основном в контексте пищевой промышленности, но что-то все-таки уже известно. Поскольку беталаины (по крайней мере у опунции) имеют красно‑фиолетовый цвет (хотя могут быть и жёлтыми), они преимущественно поглощают зелёный спектр. Это позволяет им:

• рассеивать избыток световой энергии в виде тепла;

• предотвращать «перевозбуждение» кислорода и его переход в активную форму (синглетный кислород или радикалы кислорода), что опасно для фотосинтетического аппарата.

Благодаря беталаинам, находящимся в вакуолях верхних клеток эпидермиса, интенсивность света подавляется. Также из свеженького — установили, что беталаины являются довольно термостойкими молекулами, что ещё больше метчится с условиями обитания Opuntia macrocentra[2]. К тому же в 2012 году[3] объектами изучения были некоторые кактусы, у которых нашли корреляцию между интенсивностью освещения конкретного участка и количеством беталаина в его клетках — чем больше падает света на определённый участок кактуса, тем больше беталаинов там вырабатывается. Также уточню, что беталаины содержатся не только в пурпурной опунции, просто она — показательные пример.

В целом беталаины могут быть защитой от лишнего света и в условиях холода — тут по аналогии с антоцианами в Acmena acuminatissima у китайцев [4] (подробнее в «Почему растения НЕ зелёные») — в условиях пониженной температуры (особенно когда кактус ещё не успевает согреться после холодной ночи) света всё ещё много, а вот ферментативные реакции замедляются, и фотосинтетический аппарат кактуса не успевает «обработать» весь этот свет. Забавно, что антоцианы менее термостойкие; возможно, это одна из причин, по которой именно для гвоздичноцветных (куда входит семейство кактусовые) естественный отбор поддержал беталаины.

Антиоксидантную функцию выполняют также каротиноиды, но они подробнее здесь — мой текст про пигменты.

САМ-фотосинтез

Пробежимся кратенько по базе: благодаря фотосинтезу растение может использовать энергию света для синтеза главным образом глюкозы. Глюкоза не берётся только из энергии — для её синтеза, кроме прочего, нужен углерод. Его источником является углекислый газ, который растение фиксирует из атмосферы через устьица — структуры на покровной ткани растений, которые могут открываться и закрываться в зависимости от условий окружающей среды. Также через щели устьиц происходит испарение воды и выделение кислорода как побочного продукта фотосинтеза.

У большинства растений — С₃‑фотосинтез: днём устьица открыты для фиксации углекислого газа, который сразу же расходуется на образование глюкозы. Соответственно, и процесс испарения влаги происходит через эти же открытые устьица. Уже чувствуете, к чему я клоню, да?

Разумеется, в условиях засухи и экстремально высоких температур держать устьица открытыми весь день — смерти подобно. Чтобы не испарять слишком много влаги, можно устьица закрыть. Но как тогда фиксировать углекислый газ, без которого синтез глюкозы, казалось бы, невозможен?

Кактусы (впрочем, не только их семейство, но и многие суккулентные) научились накапливать углекислый газ в виде органических кислот (в основном малата). Поэтому ночью они с открытыми устьицами спокойно накапливают углерод для дневного фотосинтеза, а днем позволяют себе закрыть их. Такой тип фотосинтеза называется САМ‑фотосинтез (Crassulacean Acid Metabolism). В целом, если вы попробуете кактус с утра, то он будет кислым.

Кстати, так как кислород почти не покидает клетки кактуса до открытия устьиц, такие меры защиты от АФК, как беталаины и каротиноиды, — просто необходимая вещь для нормальной работы фотосинтетического аппарата, особенно в условиях постоянного интенсивного освещения.

Можно сделать вывод, что фотосинтез у кактусов проходит эффективнее, чем у остальных растений, так как углекислый газ, являющийся лимитирующим фактором у С₃‑растений, накапливается всю ночь. В идеальных лабораторных условиях это могло бы быть так. Однако на практике резервуары для накопления малата не бесконечны, поэтому, кроме прочего, кактусы растут медленнее С₃‑растений. Да и все эти превращения углекислого газа в малат и обратно — процессы, тратящие энергию. Короче, у кактусов дел и так по горло, помимо этого вашего роста.

Также кактусы активно накапливают малат, растворимые сахара (глюкоза, фруктоза), аминокислоты и пр. для поддержания осмотического давления. По закону осмоса вода стремится в место наибольшей концентрации растворенного вещества, поэтому для максимальной эффективности всасывания воды вакуоли кактусов содержат много растворимых соединений. Особенно когда почва просыхает (значит, кол‑во воды уменьшается, а концентрация солей растет), критически важно для кактусов иметь запасы, чтобы концентрация солей в почве не стала выше концентрации солей в их собственных клетках. Если вы специально превысите концентрацию солей в горшке своего кактуса, то он будет тратить энергию на синтез необходимых ему осмолитов, а не на рост.

В целом эволюция не происходит за сутки, поэтому адаптации кактусов не позволят вам поливать их с той же периодичностью, что и большинство комнатных растений (скажем, раз в неделю) — наиболее вероятно, корни сгниют, кактус приобретёт недекоративный вид, а потом сдохнет.

В целом их требовательность к свету и просушенному субстрату обуславливается генетикой, которая очень долгое время выстраивалась таким образом, чтобы выживать в условиях засухи. Вы ту же алоказию поместите в пустыню — она проживёт примерно 0,000006 секунд (лично замеряла).

Многие думают, что если дать кактусу всё самое необходимое, то он воспрянет духом, но это не так — ради него необходимо подстраиваться, при этом не ожидая скорого вознаграждения в виде быстрого роста. Если уж так покумекать, то кактус — это отвратительный подарок для начинающего цветовода. Поэтому мораль всей статьи — не дарите кактусы новичкам.

На этом всё!

В правда вот в чем. Поглощение кактусами радиации и электро магнитных излучений из компуктера - это маркетинговая уловка! Раньше кактусы действительно поглощали всю дрянь. Но в 1990-2010 годах мониторы стали более массовым продуктом и работали на радиоцезии и были очень токсичны. Тогда же и пошла мода ставить возле монитора кактусы. Это рекомендовали сами производители мониторов, дабы клиенты жили хоть чуть по дольше. К большому сожалению, кактусы, которые умели поглощать много электромагнитных волн, получили смертельные дозы облучения и погибли. Остались только их сородичи, которые поглощали излучение незначительно или вовсе не поглощали. Но слава Богу, такие мониторы были запрещены Женевской конвенцией. Их признали оружием массового поражения на ряду с экспансивными бомбами и кассетным пулями.

С тех пор кактусы утратили свою способность поглощать электромагнитную радиацию и вынуждены греться на окошке с хорошим солнечным освещением. Поэтому ставьте их на подоконник, а не в глубь комнаты и редко поливайте. Они скажут вам спасибо и может даже порадуют цветением.

Группа про кактусы
За советом по уходу можно обращаться в наш чат
Семена кактусов (и не только) можно приобрести через озон