Taimed: määratlus, liigid, fotosüntees ja botaanika põhitõed

Taimed on üks kuuest suurest elusolendite rühmast (kuningriigist). Nad on autotroofsed eukarüoodid, mis tähendab, et neil on keerulised rakud ja nad toodavad ise oma toitu. Tavaliselt ei saa nad liikuda (arvestamata kasvu).

Taimede hulka kuuluvad sellised tuttavad liigid nagu puud, rohttaimed, põõsad, rohttaimed, viinapuud, sõnajalad, samblad ja rohevetikad. Taimede teaduslik uurimine, mida tuntakse botaanika nime all, on kindlaks teinud umbes 350 000 olemasolevat (elusat) taimeliiki. Seened ja mitte-rohevetikad ei kuulu taimede hulka.

Enamik taimi kasvab maapinnal, kusjuures varred on õhus ja juured allpool maapinda. Mõned ujuvad vee peal. Juurte osa imab vett ja mõningaid toitaineid, mida taim vajab elamiseks ja kasvamiseks. Need ronivad varre ja jõuavad lehtedeni. Vee aurustumine lehtede pooridest tõmbab vett läbi taime. Seda nimetatakse transpiratsiooniks.

Taim vajab päikesevalgust, süsinikdioksiidi, mineraale ja vett, et toota fotosünteesi teel toitu. Taimede roheline aine, mida nimetatakse klorofülliks, paneb toidu valmistamiseks vajaliku päikeseenergia kinni. Klorofülli leidub peamiselt lehtedes, plastidides, mis asuvad leherakkude sees. Lehte võib pidada toiduvabrikuks. Taimede lehed on erineva kuju ja suurusega, kuid need on alati taimeorgan, mis sobib kõige paremini päikeseenergia püüdmiseks. Kui toit on lehtedes toodetud, transporditakse see edasi teistesse taimeosadesse, nagu varred ja juured.

Sõna "istutamine" võib tähendada ka millegi mulda panemist. Näiteks istutavad põllumehed seemneid põllule.

Fotosüntees on protsess, mis toimub taime lehtedes. Lehed on ainsad taime osad, mis suudavad seda protsessi teha (kuna nad on kohanenud). See on tuntud ka kui viis, kuidas taim saab oma toitu. protsessi saab kiirendada, lisades rohkem CO2, valgust ja klorofülli.

Taimede ehitus ja põhiosad

Tavaline taim koosneb kolmest peamisest osast:

• Juured — kinnitavad taime pinnasesse, imavad vett ja lahustunud mineraale ning mõnikord salvestavad varutoitu.
• Varred — kannavad lehti ja õisi, sisaldavad veresoonkonda (ksüleem ja floeem), mis kannab vett, mineraale ja toitaineid läbi taime.
• Lehed — on peamised fotosünteesi kohad; nende pind ja paigutus on kohandunud valguse püüdmiseks.

Lisaks võivad paljudel taimedel olla õied või viljad (suuremate suguliste paljunemiseks), okkad, koor või muud eristuvad struktuurid. Mikroskoopilisel tasandil toimuvad protsessid plastides (nt kloroplastid), raku tuumas ja mitokondrites.

Taimede liigid ja klassifikatsioon

Taimed jagunevad suuremateks gruppideks, näiteks:

• rohevetikad (mõned on vee-elustikus oluline toiduallikas),
• samblad ja sõnajalad (mittekivistunud seemneteta taimed),
• eketajuurilised taimed (nt mätastaimed) ning
• seemnega taimed, mida jagatakse soontaimedeks (nt puud, põõsad, rohttaimed) — nendest omakorda on olemas õistaimed (kõige liigirikkam grupp) ja paljud teised rühmad.

Botaanika uurib nende rühmade sisemist evolutsiooni, morfoloogiat ja ökoloogiat. Liikide arv (umbes 350 000) muutub, kui teadlased avastavad uusi liike või muudavad taksonoomiat DNA-analüüside põhjal.

Fotosüntees — lihtsustatud selgitus

Fotosüntees on keemiline protsess, mille käigus taimed (peamiselt lehed) kasutavad päikesevalgust, vee ja süsinikdioksiidi, et toota suhkrut ja hapnikku. Põhilised sammud on:

• valgusreaktsioonid — klorofüll ja muud pigmentid püüavad valgust, muundavad selle keemiliseks energiaks (ATP ja NADPH);
• pimedusreaktsioonid (Kalvi tsükkel) — see energia kasutatakse süsinikdioksiidi lõimimiseks ja suhkrute sünteesiks.

Fotosünteesi efektiivsust mõjutavad valguse hulk, CO2 kontsentratsioon, vee- ja toitainete kättesaadavus ning temperatuur. Kuigi lehed on peamised fotosünteesi kohad, võivad seda protsessi teha ka teised rohelised osad (nt varred või muud rohelised koed), kui seal on kloroplaste.

Paljunemine ja elutsüklid

Taimed paljunevad suguliselt ja mittesuguliselt:

• Suguline paljunemine — õite, õietolmuga tolmeldamise ja seemnete kaudu; õistaimed kasutavad sageli putukaid, linde või tuult tolmeldamiseks.
• Mittestanuline paljunemine — vegetatiivne paljunemine pistikute, risoomide, mugulate või hulknurksete osade abil; paljud sõnajalad ja samblad paljunevad samuti spooridega (eosed).

Elutsüklid võivad erineda: üheaastased taimed elavad ühe kasvuperioodi, kaheaastased vastavalt kahe aasta jooksul, püsikud elavad mitu aastat või sajandeid (nt vanad puud).

Ökoloogiline ja majanduslik tähtsus

Taimed on Maa ökosüsteemide alustalad:

• toiduahela põhialus — nad toodavad orgaanilist ainet herbivooridele ja edasi kiskjatele;
• hapniku allikas — fotosüntees vabastab atmosfääri hapnikku;
• elupaikade moodustajad — puud ja põõsad pakuvad varju ja pesitsuskohti;
• mullakaitse ja vee ringlus — juurestik hoiab mulda ning mõjutab veetarbimist ja -mahuti;
• inimkasutus — toit, ravimid, ehitusmaterjal, kütus, aiandus ja maastikukujundus.

Kohastumised ja ohud

Taimed on kohanenud väga erinevatesse keskkondadesse — kõrbetest ja polaaralade servadest vihmametsadeni ja mererandadeni. Kohastumiste hulka kuuluvad veekao vähendamine, soola taluvus, lehtede kuju muutused ning õite ja tolmlemismehhanismide spetsialiseerumine.

Kahjuks ohustavad paljusid liike inimtegevusest tulenevad muutused: elupaikade hävitamine, invasiivsed liigid, reostus, kliimamuutused ja ülemõõdukas koristus. Seetõttu on tähtis taimekoosluste kaitse ja säästev majandamine.

Botaanika ja uurimismeetodid

Botaanika kasutab tänapäeval mitmeid meetodeid: välitööd, taksonoomiat, histoloogiat, molekulaarbioloogiat (DNA-analüüs), ökoloogilisi uuringuid ja kliimamuutuste mõju modelleerimist. See aitab mõista taimede rolli Maa süsteemis ja toetada nende säilitamist.

Kokkuvõte: Taimed on mitmekesine ja eluliselt oluline elusolendite rühm. Nad toodavad toitu fotosünteesi kaudu, moodustavad ökosüsteemide aluse ja pakuvad inimestele arvukaid kasulikke ressursse. Nende uurimine ja kaitse on vajalikud nii looduse kui ka inimese heaolu tagamiseks.

Taimse toidu tehas

Vähemalt mõned taimerakud sisaldavad fotosünteetilisi organelle (plastid), mis võimaldavad neil endal toitu toota. Päikesevalgusest, veest ja süsinikdioksiidist valmistavad plastid suhkruid, mis on taimele vajalikud põhimolekulid. Fotosünteesi kõrvalsaadusena tekib vaba hapnik (O2).

Hiljem, raku tsütoplasmas, võivad suhkrud muutuda aminohapeteks valkude jaoks, nukleotiidideks DNA ja RNA jaoks ning süsivesikuteks, näiteks tärkliseks. See protsess vajab teatud mineraalaineid: lämmastikku, kaaliumi, fosforit, rauda ja magneesiumi.

Taimede toitained

Taimetoitlus on taimede kasvuks vajalike keemiliste elementide uurimine.

Makrotoitained:

• N = lämmastik (süsivesikud)
• P = fosfor (ATP ja energiatsükkel)
• K = kaalium (vee reguleerimine)
• Ca = kaltsium (muude toitainete transport)
• Mg = magneesium (ensüümid)
• S = väävel (mõned aminohapped)
• Si = räni (rakuseinad)

Mikrotoitainete (mikroelementide) hulka kuuluvad:

• Cl = kloor (osmoos ja ioonide tasakaal)
• Fe = Raud (fotosünteesi ja ensüümide kofaktor)
• B = boor (suhkru transport ja rakkude jagunemine)
• Mn = mangaan (kloroplastide ehitamine)
• Na = naatrium (erinevad)
• Zn = tsink (paljud ensüümid)
• Cu = vask (fotosüntees)
• Ni= nikkel (ensüüm)
• Mo = molübdeen (ensüümide kofaktorid)

Plagiomnium affine'i rakkudes nähtavad kloroplastid

Fossiilid

Küsimus varaseimate taimsete fossiilide kohta sõltub sellest, mida mõistetakse sõna "taim" all.

1. Kui taimede all mõistame klorofülli kasutavaid fototroofseid, siis on stromatoliitides olevad tsüanobakterid esimesed fossiilid 3450 miljonit aastat tagasi (mya) arhea eonil. Märkimisväärne täpsus on võimalik, sest fossiilid olid sisseehitatud tsirkoonkristallide abil täpselt dateeritavate laavavoogude vahele paigutatud.
2. Kui taimede all mõistame kõiki vetikaliike, siis esimesed teadaolevad punavetikad elasid 1,6 miljardit aastat tagasi. Nende fossiile leiti hiljuti Indiast.
3. Kui taimede all peetakse silmas rohelisi taimi, Viridiplantae, siis on esimesed kivistised rohelised vetikad. See on ilmselt enamuse seisukoht professionaalsete botaanikute seas. On veenvaid tõendeid roheliste vetikate ja embrüofüütide monofüülia kohta. On veel kaks võimalust:
1. Akritarhid (orgaanilise seinaga mikrofossiilide rühm) võivad olla rohevetikate paljunemisküstad. Kui see on nii, siis on need olemas neoproterosoikumi ajastul, 1000 mya.
2. Muul juhul on kambriumi perioodil, umbes 540 mya paiku, planktooniliste vetikate arvukuse suur tõus.
4. Kui taimede all peetakse silmas maismaataimi, siis esimesed kivistised pärinevad siluri ajastust.

Siluri ajaks on säilinud tervete taimede kivistised, sealhulgas lükofüüt Baragwanathia. Devonist on leitud üksikasjalikke rüüniofüütide kivistisi. Nende iidsete taimede varased fossiilid näitavad üksikuid rakke taimekoes. Devoni ajastust pärineb ka esimene fossiilne puu, Wattezia. Sellel sõnajalgtaimede sarnasel puul oli võsudega tüvi ja ta tootis eoseid.

Kivisöemassid on peamine paleosoikumi taimefossiilide allikas, kus sel ajal eksisteeris palju taimede rühmi. Parimad kogumiskohad on söekaevanduste räbu; kivisüsi ise on kivistunud taimede jäänused, kuigi kivistunud taimede struktuursed üksikasjad on kivisöes harva nähtavad. Glasgow's Victoria Parkis asuvas fossiilide metsas leidub Lepidodendroni puude kände nende algses kasvukohas.

Taimede fülogeneetiline puu, mis näitab peamisi klade ja traditsioonilisi rühmi. Monofüleetilised rühmad on esitatud musta ja parafüleetilised sinisega. Diagramm vastavalt taimede rakkude sümbioogeneetilisele päritolule ning vetikate, brüofüütide, veresoontaimede ja õistaimede fülogeneesile.

Küsimused ja vastused

K: Mis on taimed?

Küsimus: Mitu taimeliiki on kindlaks tehtud?

K: Kus kasvab enamik taimi?

K: Mida vajab taim elamiseks ja kasvamiseks?

K: Mis on klorofüll?

K: Mis on transpiratsioon?

K: Mida tähendab "taim" peale elusorganismi liigi veel?

Otsing