Многолетние растения: характеристики и виды

Введение

Растение, живущее более двух лет.

В ботанике многолетнее растение, или просто многолетник, – это растение, которое живет более двух лет. Этот термин (per + ennial, «через годы») часто используется для отличия растения от менее долговечных однолетников и двухлетников. Он также широко применяется для разграничения растений с незначительным или отсутствующим древесным ростом (вторичным ростом в объеме) от деревьев и кустарников, которые технически также являются многолетниками. Примечательно, что по оценкам, 94% видов растений относятся к категории многолетников, что подчеркивает распространенность растений с продолжительностью жизни более двух лет в ботаническом мире. Многолетники, особенно небольшие цветковые растения, которые растут и цветут весной и летом, отмирают каждую осень и зиму, а затем возобновляют рост весной из корневища или другой структуры, позволяющей пережить зиму, известны как травянистые многолетники. Однако, в зависимости от суровости местного климата (температуры, влажности, содержания органических веществ в почве, микроорганизмов), растение, которое является многолетником в своей естественной среде обитания или в более мягком климате сада, может выращиваться садоводом как однолетнее и высаживаться каждый год из семян, черенков или делением куста. Например, томаты живут несколько лет в своей естественной тропической или субтропической среде обитания, но выращиваются как однолетние растения в умеренных регионах, поскольку их надземная биомасса не переживает зиму. Существует также класс вечнозеленых многолетников, лишенных древесных стеблей, таких как Бергения, сохраняющих покров листьев в течение всего года. Промежуточный класс растений известен как полукустарники, сохраняющие остаточную древесную структуру зимой, например, Пенстемон. Символ многолетнего растения, основанный на Species Plantarum Линнея, – это ☿, который также является астрономическим символом планеты Юпитер.

Жизненный цикл и структура

Многолетние растения могут быть недолговечными (всего несколько лет) или долгоживущими. Они включают в себя широкий ассортимент групп растений, от нецветковых, таких как папоротники и печеночники, до разнообразных цветковых, таких как орхидеи, злаки и древесные растения. Растения, которые цветут и плодоносят лишь однажды, а затем погибают, называются монокарпическими или семельпаровыми; эти виды могут жить много лет, прежде чем зацвести. Например, агава может жить 80 лет и вырасти до 30 метров в высоту, прежде чем зацвести и умереть. Однако большинство многолетников поликарпичны (или итерапарны), цветущие на протяжении многих сезонов жизни. Многолетние растения вкладывают больше ресурсов, чем однолетние, в корни, корневища и другие структуры, позволяющие им пережить зиму. Они часто имеют конкурентное преимущество, поскольку могут начать рост и распускать листья раньше в вегетационный период и расти выше однолетников, что позволяет им лучше конкурировать за пространство и собирать больше света. Многолетники обычно развивают структуры, позволяющие им адаптироваться к жизни из года в год посредством вегетативного размножения, а не семян. Эти структуры включают луковицы, клубни, древесные корневища, корневища, турионы, одревесневшие стебли или корневища, позволяющие им переживать периоды покоя в холодное или сухое время года; эти структуры обычно запасают углеводы, которые используются после окончания периода покоя и начала нового роста. В теплом климате многолетники могут расти непрерывно. Однолетние растения, завершающие свой жизненный цикл за один вегетационный период, в отличие от многолетников, производят семена как следующее поколение и погибают; семена могут пережить холодные или сухие периоды или прорасти вскоре после распространения, в зависимости от климата. Некоторые многолетники сохраняют листву круглый год; это вечнозеленые многолетники. Листопадные многолетники сбрасывают все листья в течение части года. Листопадные многолетники включают травянистые и древесные растения; травянистые растения имеют стебли, лишенные твердой волокнистой ткани, в то время как древесные растения имеют стебли с почками, переживающими зиму над землей. Некоторые многолетники полулистопадны, то есть теряют часть листьев зимой или летом. Листопадные многолетники сбрасывают листья, когда условия роста становятся неподходящими для фотосинтеза, например, когда слишком холодно или сухо. Во многих частях мира сезонность проявляется как влажные и сухие периоды, а не как теплые и холодные, и листопадные многолетники теряют листья в сухой сезон. Некоторые многолетние растения защищены от пожаров благодаря подземным корням, образующим придаточные побеги, луковицы, корневища или стебли; другие многолетники, такие как деревья и кустарники, могут иметь толстый пробковый слой, защищающий стебли. Травянистые многолетники умеренных и альпийских регионов мира могут переносить холод зимой. Многолетние растения могут оставаться в состоянии покоя в течение длительного времени, а затем возобновлять рост и размножение, когда условия окружающей среды становятся более благоприятными, в то время как большинство однолетних растений завершают свой жизненный цикл в течение одного вегетационного периода, а двулетние растения – за два. Меристема многолетних растений взаимодействует с гормонами, вырабатываемыми в ответ на экологические факторы (например, сезоны), размножение и стадию развития, чтобы начать и остановить способность к росту или цветению. Существует также различие между способностью к росту и самим процессом роста. Например, большинство деревьев восстанавливают способность к росту зимой, но физический рост начинается только весной и летом. Начало периода покоя у многолетних растений проявляется в увядании цветов, опадении листьев на деревьях и прекращении размножения как у цветущих, так и у образующих почки растений. Многолетние виды могут производить относительно крупные семена, которые дают более крупные саженцы, способные лучше конкурировать с другими растениями. Многолетники также производят семена на протяжении многих лет. Важным аспектом холодовой акклиматизации является сверхэкспрессия генов репарации ДНК. У Thinopyrum intermedium, многолетнего родственника обычной пшеницы Triticum aestivum, условия замораживания были связаны со значительным увеличением экспрессии двух генов репарации ДНК (один продукт гена – фотолиаза, а другой – белок, участвующий в нуклеотидной эксцизионной репарации). К многолетникам также относятся растения, выращиваемые ради их цветения и других декоративных качеств, включая луковичные (например, тюльпаны, нарциссы и гладиолусы); газонные травы и другие почвопокровные растения (например, барвинок и Dichondra). Каждый тип растений следует разделять по-разному; например, растения с мочковатой корневой системой, такие как лилейники, ирисы сибирские или злаки, можно разделить двумя садовыми вилами, вставленными спиной к спине, или ножом. Однако растения, такие как бородатые ирисы, имеют корневую систему из корневищ; эти корневища следует сажать так, чтобы верх корневища был чуть выше уровня земли, с листьями следующего года. Цель деления многолетников – увеличить количество растений одного сорта в вашем саду. В Соединенных Штатах в 2019 году было продано многолетних травянистых растений в горшках на сумму более 900 миллионов долларов.

Perennial plants can be short lived (only a few years) or long lived. They include a wide assortment of plant groups from non flowering plants like ferns and liverworts to the highly diverse flowering plants like orchids, grasses, and woody plants. Plants that flower and fruit only once and then die are termed monocarpic or semelparous; these species may live for many years before they flower. For example, century plant can live for 80 years and grow 30 meters tall before flowering and dying. However, most perennials are polycarpic (or iteroparous), flowering over many seasons in their lifetime. Perennials invest more resources than annuals into roots, crowns, and other structures that allow them to live from one year to the next. They often have a competitive advantage because they can commence their growth and leaf out earlier in the growing season, and can grow taller than annuals, in doing so they can better compete for space and collect more light. Perennials typically grow structures that allow them to adapt to living from one year to the next through a form of vegetative reproduction rather than seeding. These structures include bulbs, tubers, woody crowns, rhizomes, turions, woody stems, or crowns which allows them to survive periods of dormancy over cold or dry seasons; these structures typically store carbohydrates which are used once the dormancy period is over and new growth begins. In climates that are warm all year long, perennials may grow continuously. Annuals which complete their life cycle in one growing season, in contrast with perennials, produce seeds as the next generation and die; the seeds may survive cold or dry periods or germinate soon after dispersal depending on the climate. Some perennials retain their foliage year round; these are evergreen perennials. Deciduous perennials shed all their leaves part of the year. Deciduous perennials include herbaceous and woody plants; herbaceous plants have stems that lack hard, fibrous growth, while woody plants have stems with buds that survive above ground during dormancy. Some perennials are semi deciduous, meaning they lose some of their leaves in either winter or summer. Deciduous perennials shed their leaves when growing conditions are no longer suitable for photosynthesis, such as when it is too cold or dry. In many parts of the world, seasonality is expressed as wet and dry periods rather than warm and cold periods, and deciduous perennials lose their leaves in the dry season. Some perennial plants are protected from wildfires because they have underground roots that produce adventitious shoots, bulbs, crowns, or stems; other perennials like trees and shrubs may have thick cork layers that protect the stems. Herbaceous perennials from temperate and alpine regions of the world can tolerate the cold during winter. Perennial plants may remain dormant for long periods and then recommence growth and reproduction when the environment is more suitable, while most annual plants complete their life cycle during one growing period, and biennials have two growing periods. The meristem of perennial plants communicates with the hormones produced due to environmental situations (i. e., seasons), reproduction, and stage of development to begin and halt the ability to grow or flower. There is also a distinction between the ability to grow and the actual task of growth. For example, most trees regain the ability to grow during winter but do not initiate physical growth until the spring and summer months. The start of dormancy can be seen in perennial plants through withering flowers, loss of leaves on trees, and halting of reproduction in both flowering and budding plants. Perennial species may produce relatively large seeds that have the advantage of generating larger seedlings that can better compete with other plants. Perennials also produce seeds over many years. An important aspect of cold acclimation is overexpression of DNA repair genes. In Thinopyrum intermedium a perennial relative of common wheat Triticum aestivum, conditions of freezing stress were shown to be associated with large increases in expression of two DNA repair genes (one gene product a photolyase and the other, a protein involved in nucleotide excision repair). Perennials also include plants grown for their flowering and other ornamental value including bulbs (like tulips, narcissus, and gladiolus); lawn grass, and other groundcovers, (such as periwinkle and Dichondra). Each type of plant must be separated differently; for example, plants with fibrous root systems like daylilies, Siberian iris, or grasses can be pried apart with two garden forks inserted back to back, or cut by knives. However, plants such as bearded irises have a root system of rhizomes; these root systems should be planted with the top of the rhizome just above ground level, with leaves from the following year showing. The point of dividing perennials is to increase the amount of a single breed of plant in your garden. In the United States more than 900 million dollars worth of potted herbaceous perennial plants were sold in 2019.

Преимущества в сельском хозяйстве

Хотя большая часть человечества питается за счет повторной посадки семян однолетних зерновых культур (естественным путем или благодаря ручному труду человека), многолетние культуры предоставляют многочисленные преимущества. Многолетние растения часто обладают глубокой, разветвленной корневой системой, которая способна удерживать почву, предотвращая эрозию, поглощать растворенный азот до того, как он загрязнит грунтовые и поверхностные воды, и подавлять рост сорняков (снижая потребность в гербицидах). Эти потенциальные преимущества многолетних культур стимулировали новые попытки повысить урожайность семян многолетних видов, что может привести к созданию новых многолетних зерновых культур. Примерами разрабатываемых новых многолетних культур являются многолетний рис и промежуточная пшеница. Многолетний рис, разработанный в 2018 году, по данным 2023 года, показал урожайность, сопоставимую с урожайностью пересаженного однолетнего риса при оценке в течение восьми последовательных сборов урожая.

Местоположение

Многолетние растения доминируют во многих природных экосистемах на суше и в пресной воде, при этом лишь немногие (например, Zostera) встречаются в мелководных морских водах. Особенно широко распространены многолетние травянистые растения в условиях, где пожары исключают произрастание деревьев и кустарников, например, большинство растений прерий и степей – многолетники; они также преобладают на тундре, где слишком холодно для роста деревьев. Почти все лесные растения – многолетние, включая деревья и кустарники. Многолетние растения, как правило, более успешные конкуренты в долгосрочной перспективе, особенно в стабильных условиях с ограниченными ресурсами. Это обусловлено развитием более мощной корневой системы, позволяющей получать воду и питательные вещества из более глубоких слоев почвы, а также более ранним началом вегетации весной. Однолетние растения имеют преимущество в нарушенных экосистемах благодаря более высокой скорости роста и размножения.

Типы

Травянистые растения, имеющие листья и стебли, которые отмирают до уровня земли в конце вегетационного периода и демонстрирующие только первичный рост. Примеры включают морозонеустойчивые растения, такие как Rudbeckias, Mirabilis jalapa, Momordica charantia, мята, табак, портулак огородный, люцерна, петуния, Thinopyrum intermedium, красный клевер, Hylotelephium telephium и Cochliasanthus caracalla. Вечнозеленые растения с сохраняющейся листвой и отсутствием древесных стеблей. Примеры включают многие виды Senecio, Begonia, Gaillardia, Dimorphotheca, Gazania, Thunbergia, Dietes, Osteospermum, Tradescantia и Vinca, среди прочих. Древесные растения с сохраняющимися надземными стеблями, переживающими вегетационный сезон, с первичным и вторичным ростом, или ростом в ширину, защищенным внешней корой. Некоторые могут быть листопадными. Примеры – многие кустарники, лианы и деревья, такие как Ipomea, банан, сирень, герань, лантан, гортензия, Nandina, Pandorea, виноград, плющ, сосна, яблоня, жасмин, Trachelospermum, Gardenia, Plumbago, Cistus и Rosa, среди прочих. Однокарпические растения, которые цветут, дают семена один раз и затем отмирают. Примеры включают Agave и некоторые виды Streptocarpus.

Список многолетних растений

Каждый раздел содержит краткий перечень видов, относящихся к данной теме; это лишь пример, так как полные списки заняли бы несколько книг.