Адаптированные растения. Приспособляемость растений к окружающей среде
Введение
1. Среды обитания и экологические факторы
1.1 Воздушная среда
1.2 Водная среда
1.3 Экологические факторы
2. Адаптация
2.1 Адаптация растений к загрязнению атмосферы
2.2 Адаптация растений к засолениям почвы
2.2.1 Растения и тяжелые металлы
2.3 Адаптация растений к биотическим факторам
2.4 Адаптация растений к абиотическим факторам
2.4.1 Влияние температуры
2.4.2 Влияние света на растения
3. Исследовательская часть
Заключение
Использованные информационные ресурсы при выполнении учебно-исследовательской работы
10.Sbio. info Первое био сообщество: информационный портал: [Электрон. ресурс] // Биотические факторы среды и обусловленные ими типы взаимоотношений организмов [сайт] Режим доступа: www.sbio. info/page. php? id=159 (02.04.10)
Приложение
Фото № 1. Листок осины из парка.
Фото №2. Листок, находящийся рядом с проезжей частью.
Фото №3. Пыль на липкой ленте с листа из парка.
Фото №4. Пыль на липкой ленте с листа, находящегося рядом с проезжей частью.
Фото №5. Лишайник на стволе дерева в лесопарке.
Фенология городских растений
· В городах фенологические явления по срокам и скорости заметно отличаются от обычного их хода для данного района. Хорошо известно, что весенние явления в городе наступают раньше и идут быстрее. Опережение сроков составляет в большом городе несколько дней.
· В природных растительных сообществах травы развиваются и зацветают в четкой фенологической последовательности. В городе же благодаря пестроте «микроусловий» такой четкой фенологической последовательности не существует. Например, над теплокоммуникациями, где прогревается почва и отсутствует снежный покров, растения могут не уходить на зимний покой. У них часто наблюдается развитие генеративных органов осенью и даже зимой (у одуванчика лекарственного – Taraxacum officinale , яснотки белой – Lamium album и пурпурной – L. purpureum , мятлика однолетнего – Poa annua ). Сходные явления наблюдаются у нагретой стены дома, где уже цветет одуванчик и колосится мятлик, а на соседнем затененном газоне еще едва началось прорастание перезимовавших трав. Иногда такое отепляющее действие сказывается даже на развитии отдельных ветвей дерева или куста, расположенных вблизи стены или свисающих над асфальтом. И в результате на одной стороне куста весна наступает на 2–4 дня раньше, чем на другой.
· Раньше и скорее распускаются почки у деревьев на освещенной стороне улицы, чем на затененной, поскольку здесь температура воздуха на 3–5оС выше. Замечено, что в Москве на улицах широтного направления липы, растущие на солнечной стороне, одеваются листьями на 6–8 дней раньше, чем на теневой. Пожелтение и опадение листьев, напротив, наступают гораздо раньше обычных сроков, в том числе и из-за накопления в листьях токсических веществ.
· Поскольку у деревьев часто отмирают верхушечные почки, появляется такое нарушение сезонного развития, как пробуждение спящих почек, из которых развиваются дополнительные («жировые») побеги. Однако эти побеги недолговечны: они не успевают одревеснеть и зимой вымерзают.
· Можно обнаружить интересную особенность, типичную именно для деревьев, живущих в городах. Те из них, которые растут в непосредственной близости от фонарей, не торопятся сбрасывать листву. В отдельных случаях на улицах в конце поры листопада можно даже заметить определенный ритм в чередовании деревьев, уже полностью оголенных и еще облиственных, хотя бы частично; он довольно четко совпадает с расположением уличных фонарей. По-видимому, это связано с вечерним искусственным освещением, которое влияет на фотопериодизм у растений.
Анатомо-морфологические особенности городских растений
Высокая концентрация токсических веществ и жесткие микроклиматические условия приводят к структурным изменениям растений, выражающимся в появлении и усилении ксероморфных черт.
Так, если в кроне лесного дерева ксероморфные черты имеют лишь хорошо освещенные – «световые» верхние листья, а большая часть листвы находится в глубоком затенении, то у городских деревьев как раз «световые» листья преобладают в кроне, поскольку такое затенение со стороны соседей, как в лесу, практически отсутствует. Да и «теневые» листья в кроне городского дерева более ксероморфны, чем «световые» листья в лесу.
У городских деревьев обычно более редкие кроны, короче побеги, меньше площадь листвой поверхности и каждого листа в отдельности. Как показано на примере липы, уже в почке зачатки листьев в городе меньше, чем у загородных деревьев. Это отставание в размерах увеличивается затем в процессе «открытого роста», когда лист выходит из–под защиты почечных чешуй. Поскольку ежегодный прирост побегов у городских деревьев снижен из-за торможения фотосинтеза, в кроне формируются более короткие побеги (у той же липы - на 10–12%, у других видов – до 30–50%). Атмосферные загрязнения могут служить причиной и иных нарушений в росте и ветвлении, например иногда у липы образуются двойные почки. При обилии таких нарушений у деревьев возникают уродливые формы роста, которые получили название “габитус загрязнения”.
Газонные же злаки оказываются низкорослыми даже без скашивания. Так, крупные травы (“верховые злаки” естественных лугов) на газонах шинных и химических заводов не вырастают выше 10–20 см.
Наблюдения за анатомической структурой листа городских растений показали, что уменьшается размер листовой пластинки и ее толщина, возрастает мощность покровных тканей, уменьшается толщина кутикулы, увеличивается число устьиц на единицу поверхности листа и количество жилок.
Поглощение и накопление листом токсических вещество часто приводит к нарушению устьичного и фотосинтетического аппарата: клетки устьиц и околоустьичные клетки деформируются, нарушается внутренняя структура хлоропластов, содержание хлорофилла в листьях растений уличных посадок в 1,5–4 раза меньше, чем у растений в естественных условиях. Кроме того, наблюдается недоразвитие и деформация пыльцы в пыльниках. Показано, что характер изменения пигментов в листьях городских деревьев зависит от газоустойчивости вида. Неустойчивые виды реагируют снижением содержания пигментов, а виды газоустойчивые сохраняют или увеличивают их количество.
Внешний вид городских растений, т.е. их габитус, часто формируется под воздействием обрезки и стрижки . Это не только нарушает ростовые процессы, но также меняет естественное соотношение надземной и подземной частей. Обрезка и стрижка резко сокращают общую листовую фотосинтезирующую поверхность, при этом нефотосинтезирующая часть (ствол, ветви, корни) продолжают расходовать продукцию фотосинтеза на дыхание. Нарушение соотношения между синтезом органических веществ и их расходом на дыхание ослабляет их рост.
У газонных трав, постоянно подвергающихся стрижке, также нарушаются процессы роста и ветвления. Усиливается кущение, появляется множество дополнительных побегов, в результате чего травы растут в виде густой щетки, с гораздо большей плотностью побегов, чем в луговых травостоях. А регулярное удаление фотосинтезирующей поверхности означает невозможность создания и отложения в нужных количествах запасных питательных веществ в подземных органах. Недаром газоны в отличие от естественных лугов требуют со стороны человека постоянной поддержки и возобновления.
Реакция растений на постоянные стрижку и обрезку проявляется в быстром отрастании новых побегов после срезания, усиление фотосинтеза у остающихся обрезков листьев, зависимости этих растений от помощи человека (например, внесение удобрений) и т.д.
Изменения наблюдаются и в строении подземных органов. Так, корневая система городских растений асимметрична: в сторону газона протягиваются более длинные и поверхностные, хорошо разветвленные корни, а с противоположной стороны корни в основном идут вглубь и ветвятся лишь до границы асфальта. У городских деревьев и кустарников вообще угнетено развитие мелких корней, что приводит к уменьшению поглощающей поверхности. Кроме того, наблюдается заглубление основной массы всасывающих корней деревьев на теневой стороне улицы до глубины 30-60 см, а на более прогреваемой солнечной стороне - еще глубже, до 40-80 см, что связано с тепловым режимом почв.
Особенности физиологических процессов городских растений
Фотосинтез. У всех городских растений наблюдается снижение интенсивности фотосинтеза. Так, у 20–25-летних лип в городе фотосинтез примерно вдвое слабее, чем у таких же деревьев в пригородном парке. Снижение фотосинтеза сохраняется длительное время (до полугода), даже при пересадке растений из загазованных районов в незагазованные. В то же время у газонных растений, при постоянном скашивании, наблюдается усиление фотосинтеза в оставшихся частях обрезанных листьев.
Дыхание у городских растений имеет нередко повышенную интенсивность, особенно ночное дыхание у деревьев близ каменных зданий и стен, нагретых днем и отдающих тепло ночью.
Транспирация . Водный режим городских растений – наименее изученная сторона их жизни. И тем не менее у городских растений отмечена повышенная транспирация растений и водный дефицит. Так, если у липы в лесу листья обычно содержат 70–80% воды, то на улицах города в жаркое лето было зафиксировано понижение оводненности листьев до 50–52%. Водный режим осложняется и нарушением целости устьичных клеток: вследствие загрязнения атмосферы они часто теряют способность регулировать ширину устьичных щелей.
Минеральное питание городских растений затруднено прежде всего вследствие недостатка минеральных веществ в почве. Но при этом частое закисление почв ведет к увеличению подвижности многих химических элементов. Кроме того, тяжелые металлы, поглощаемые растениями, такие как цинк, молибден, марганец, медь являются микроэлементами и участвуют в обменных процессах растений. Многие же тяжелые металлы, даже будучи поглощенными (например свинец), не перемещаются в растениях, а концентрируются в корневой системе.
Город, как экосистема, включает целый ряд особых техногенных местообитаний, которые коренным образом отличаются от условий произрастания зональных типов растительности. Поэтому в нем формируются специфические растительные сообщества со своеобразным видовым составом. Из остатков «аборигенной» растительности и элементов окружающей «дикой» флоры в сочетании с привнесенными сорными и культурными видами в каждом городе формируется своеобразный растительный покров как бы без участия человека.
На формирование городской флоры оказывают влияние два противоположно направленных процесса:
1. исчезновение ряда видов, свойственных естественным местообитаниям данного региона;
2. обогащение флористического состава городов.
Исчезновение видов связано с высокой чувствительностью и загрязнением среды, а также высокой чувствительностью к рекреационным нагрузкам. При изучении лихенофлоры окрестностей Санкт-Петербурга отмечено, что из 63 видов, найденных в 1991 году, и из 74 видов, приводимых в списке в 1918 году, общими оказались только 26 видов.
В обогащении флоры городов большую роль играют адвентивные (заносные виды). В начале XIX века в Москве насчитывалось 50 адвентивных видов, а в начале XXI века выявлено 370! Заносные виды составляют в среднем около 30% флоры города, доля их участия максимальна на свалках и железных дорогах. Исследования, проведенные во Владивостоке, Риге, Санкт-Петербурге, Киеве, Варшаве, Цюрихе, Хельсинки, Праге, показали, что наиболее массовыми являются беглые культурные и декоративные растения, которые вытесняют аборигенные виды (например, борщевик Сосновского – Heracleum sosnowskyi , люпин многолистный – Lupinus polyphyllus , галинсога мелкоцветковая – Galinsoga parviflora и др.). Поэтому, есть мнение, что в городах не происходит количественного обеднения флоры.
Флора города рассматривается как единое целое, но встречаемость видов неодинакова в разных частях городской среды. Разные виды поселяются в разных местообитаниях города, поэтому такие зоны города, как центр, жилые и промышленные территории, зеленые зоны, пустыри и кладбища, характеризуются своим набором видов. Есть и такие специфические местообитания, как крыши, стены домов, старых замков, гранитные набережные, памятники, крепости, метрополитен, транспорт и т.д.
Для многих городов мира составлены списки адвентивной флоры отдельных антропогенных мест обитания: «железнодорожные флоры», «портовые флоры», «флоры улиц, обочин дорог, свалок» и т.д.
Причина видового богатства города состоит в сильной гетерогенности города как местообитания и в различном характере землепользования, что создает многочисленные экологические ниши.
Схожесть условий в городах приводит к некоторой схожести флористического состава городов разных климатических зон. Так, 15% видов растений является общим для всех городов Европы. А если учитывать только центры городов, то этот процент еще выше.
По отношению к условиям городской среды выделяют пять групп видов растений:
· Экстремальные урбанофобы – виды, избегающие городские местообитания.
· Умеренные урбанофобы – виды, распространенные в естественных или антропогенных местообитаниях при слабых нарушениях (в парках, садах и т.д.).
· Урбанонейтральные растения – виды, распространенные во всех зонах города и имеющие широкую амплитуду к увлажнению, затенению и богатству почв.
· Умеренные урбанофилы – виды, встречающиеся в застроенной части города, но не исчезающие из окрестностей.
· Экстремальные урбанофилы – встречаются только в застроенной части города.
Солнечный свет — один из наиболее важных для жизни растений экологических показателей. Он поглощается хлорофиллом и используется при построении первичного органического вещества. Почти все комнатные растения светолюбивы, т.е. лучше развиваются при полном освещение, но различаются по теневыносливости. Принимая во внимание отношение растений к свету, их принято подразделять на три основные группы: светолюбивые, теневыносливые, тенеиндифферентные.
Есть растения, довольно легко приспосабливающиеся к достаточному или избыточному свету, но встречаются и такие, которые хорошо развиваются только при строго определенных параметрах освещенности. В результате адаптации растения к пониженной освещенности несколько меняется его облик. Листья становятся темно-зелеными и немного увеличиваются в размерах (линейные листья удлиняются и становятся уже), начинается вытягивание стебля, который при этом теряет свою прочность. Затем рост постепенно уменьшается, т.к резко снижается производство продуктов фотосинтеза, идущих на посторенние тела растения. При недостатке света многие растения перестают цвести. При избытке света хлорофилл частично разрушается, и цвет листьев становится желто-зеленым. На сильном свету рост растений замедляется, они получаются более приземистыми с короткими междоузлиями и широкими короткими листьями. Появление бронзово-желтой окраски листьев указывает на значительный избыток света, который вреден растениям. Если срочно не принять соответствующие меры, может возникнуть ожог .
Эффект ионизирующего излучения проявляется в воздействии радиации на растительный организм на разных уровнях организации живой материи. Прямое действие состоит в радиационно-химической ионизации молекул вместе поглощения энергии излучения, т.е. переводит молекулы в возбужденное состояние. Косвенное воздействие сопровождается повреждениями молекул, мембран, органоидов, клеток в результате воздействия продуктов радиолиза воды, количество которых в результате облучения резко возрастает. Эффективность лучевого поражения существенно зависит от содержания кислорода в среде. Чем ниже концентрация кислорода, тем меньше эффект поражения. На практике принято считать, что предел летальных доз кислорода характеризует радиоустойчивость организмов. В городской среде на жизнь растений влияет также расположение построек. Из этого можно сделать вывод, что свет необходим растениям, но каждое растение светолюбиво по-своему.
3. Исследовательская часть
Развитие растений тесно связано с условиями окружающей среды. Температуры, характерные для данного района, количество осадков, характер почв, биотические параметры и состояние атмосферы — все эти условия взаимодействуют между собой, определяют характер ландшафта и вид растений.
Каждое из загрязнений влияет на растения особым образом, однако все загрязнения оказывают влияние на некоторые основные процессы. В первую очередь воздействию подвергаются системы, регулирующие поступление загрязняющих веществ, а также химические реакции, ответственные за процессы фотосинтеза, дыхания и производство энергии. В ходе проделанной мной работы, я поняла, что растения, которые произрастают рядом с дорогами, существенно отличаются от растений, которые растут в парках. Пыль, которая оседает на растениях, забивает поры, и мешает процессам дыхания, а оксид углерода приводит к пожелтению, или обесцвечиванию растения и карликовости.
Я проводила свое исследование на примере листьев осины. Для того чтобы увидеть, какое количество пыли остается на растении, мне понадобилась липкая лента, которую я приклеила на внешнюю сторону листа. Листок из парка загрязнен мало, а значит, все его процессы нормально функционируют. [см. приложение, фото №1,3]. А листок, который находился в непосредственной близости с дорогой, очень сильно загрязнен. Он меньше своих нормальных размеров на 2 см., у него другой цвет (темнее чем должен быть), и, следовательно, он подвергся воздействию атмосферных загрязнителей и пыли. [см. приложение, фото №2,4].
Еще один показатель загрязнения окружающей среды — отсутствие лишайников на растениях. В ходе своего исследования я выяснила, что лишайники растут на растениях только в экологически чистых местах, например: в лесу. [см. приложение, фото №5]. Трудно представить себе лес без лишайников. Лишайники селятся на стволах, а иногда на ветвях деревьев. Особенно хорошо лишайники произрастают в наших северных хвойных лесах. Это свидетельствует о чистом воздухе в этих районах.
Таким образом, можно сделать вывод, что в парках крупных городов лишайники совсем не растут, стволы деревьев и ветви совершенно чистые, а вне города, в лесу, лишайников довольного много. Дело в том, что лишайники очень чувствительны к загрязненности воздуха. А в промышленных городах он далек от чистоты. Фабрики и заводы выбрасывают в атмосферу много различных вредных газов, именно эти газы и губят лишайники.
Для того чтобы стабилизировать ситуацию с загрязнениями, нам, прежде всего, нужно ограничить выброс отравляющих веществ. Ведь растениям, как и нам, для нормального функционирования, нужен чистый воздух.
Заключение
На основе проведенного мной исследования и использованных источников, я сделала вывод, что окружающая среда растений, имеет экологические проблемы, с которыми надо бороться. И сами растения принимают участие в этой борьбе, они активно очищают воздух. Но существуют и климатические факторы, которые не так пагубно влияют на жизнь растений, а заставляют растения адаптироваться и произрастать в подходящих для них климатических условиях. Я выяснила, что окружающая среда и растения взаимодействуют, и без этого взаимодействия, растения бы погибли, так как все необходимые для своей жизнедеятельности компоненты, растения черпают из своей среды обитания. Растения могут помочь нам справиться с нашими экологическими проблемами. В ходе выполнения данной работы, мне стало более понятно, почему в разных климатических условиях растут разные растения и как они взаимодействуют с окружающей средой, а также как растения приспосабливаются к жизни непосредственно в городской среде.
Словарь
Генотип — генетическая структура отдельного организма, специфический набор генов, который он несет.
Денатурация — характерное для белковых веществ изменение их строения и естественных свойств при изменении физических и химических условий среды: при повышении температуры, изменении кислотности раствора и др. Обратный процесс называется ренатурацией.
Метаболизм — это обмен веществ, химические превращения, протекающие от момента поступления питательных веществ в живой организм до момента, когда конечные продукты этих превращений выделяются во внешнюю среду.
Осморегуляция — это совокупность физико-химических и физиологических процессов, обеспечивающих относительное постоянство осмотического давления (ОД) жидкостей внутренней среды.
Протоплазма — содержимое живой клетки, включая её ядро и цитоплазму; материальный субстрат жизни, живое вещество, из которого состоят организмы.
Тилакоиды — ограниченные мембраной компартменты внутри хлоропластов и цианобактерий. В тилакоидах происходят светозависимые реакции фотосинтеза.
Устьице — щелевидное отверстие (устьичная щель) в эпидермисе надземных органов растений и две ограничивающие его (замыкающие) клетки.
Фитофаги — растительноядные животные, к которым относятся тысячи видов насекомых и других беспозвоночных а также крупных и мелких позвоночных.
Фитонциды — это образуемые растениями биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие бактерий, микроскопических грибов, простейших.
Фотосинтез — образование органических веществ зелеными растениями и некоторыми бактериями с использованием энергии солнечного света. В ходе фотосинтеза происходит поглощение из атмосферы диоксида углерода и выделение кислорода.
Использованные информационные ресурсы при выполнении учебно-исследовательской работы
1. Ахиярова Г.Р., Веселов Д. С.: " Гормональная регуляция роста и водного обмена при засолении" // Тезисы участников 6-ой Пущинской школы — конференции молодых ученых "Биология — наука XXI века", 2002.
2. Большой энциклопедический словарь. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — 1456 с.: ил. Редакция Прохорова А.М. Гл. редактор Горкин А.П.
3. Вавилов П.П. Растениеводство, — 5-е изд. — М.: Агропромиздат, — 1986 г.
4. Вернадский В.И., Биосфера, т.1-2, Л., 1926 г.
5. Володько И. К.: “Микроэлементы и устойчивость растений к неблагоприятным условиям», Минск, Наука и техника, 1983г.
6. Данилов-Данильян В. И.: "Экология, охрана природы и экологическая безопасность" М.: МНЭПУ, 1997 г.
7. Дробков А. А.: " Микроэлементы и естественные радиоактивные элементы в жизни растений и животных ", М., 1958.
8. Википедия: информационный портал: [Электрон. ресурс] // Среда обитания [сайт] Режим доступа: http://ru. wikipedia.org/wiki/Среда_обитания (10.02.10)
9. Все о Земле: информационный портал: [Электрон. ресурс] // Водная оболочка [сайт] Режим доступа: http://www.vseozemle.ru/2008-05-04-18-31-40.html (23.03.10)
10.Sbio. info Первое био сообщество: информационный портал: [Электрон. ресурс] // Биотические факторы среды и обусловленные ими типы взаимоотношений организмов [сайт] Режим доступа: http://www.sbio. info/page. php? id=159 (02.04.10)
Приложение
Фото № 1. Листок осины из парка.
Фото №2. Листок, находящийся рядом с проезжей частью.
Фото №3. Пыль на липкой ленте с листа из парка.
Фото №4. Пыль на липкой ленте с листа, находящегося рядом с проезжей частью.
Фото №5. Лишайник на стволе дерева в лесопарке.
ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ
[можно без регистрации]
перед публикацией все комментарии рассматриваются модератором сайта — спам опубликован не будет
Создание для каждой овощной культуры наиболее благоприятных условий роста больше доступно в теплицах, но и то не всегда. В открытом же грунте такие условия могут или чередоваться по периодам роста (месяцам и неделям), или сочетаться в случайном оптимальном совпадении нескольких условий среды и приемов ухода.
И, тем не менее, несмотря на очевидную неблагоприятность по отдельным годам, растения все же ежегодно дают урожаи, в общем удовлетворяющие хозяев огородов.
Способность культур давать урожаи практически в любых сочетаниях климатических факторов и любых недостатков в уходе заложена в их биологической приспособляемости к условиям выращивания.
В качестве примеров таких приспособлений (адаптационных способностей) можно указать на быстрый рост (скороспелость), очень глубокую или широко разветвленную ближе к поверхности почвы корневую систему, многочисленность плодовых завязей, взаимовыгодное сообщество корней с микроорганизмами и другие.
Кроме указанных, есть немало и других механизмов приспособления растений к складывающимся внешним условиям и противостояния им.
О них и пойдет речь.
Защита от перегрева
Тридцать лет назад молдавские ученые, исследовав 200 видов растений (в т. ч. большинство овощных), пришли к выводу о наличии у них в межклеточных пространствах листьев своеобразных физиологических «холодильников».
До 20-40% влаги в виде пара, образующегося внутри листа, и часть пара, поглощаемого листом из наружного воздуха, конденсируется (оседает) на клетках внутренних тканей и предохраняет их от чрезмерного перегрева при высоких наружных температурах.
С резким повышением температуры воздуха и при снижении влагообеспеченности (недостаточный или задержанный полив) растительные охладители активизируют свою деятельность, благодаря чему в процесс вовлекается углекислый газ, поглощаемый листом, понижается температура листа и уменьшается расход воды на испарение (транспирацию).
При непродолжительном действии жары растение успешно справится с таким неблагоприятным фактором.
Перегрев листа может происходить при поглощении им избытка тепловой солнечной радиации, называемой в спектре солнечных лучей ближней инфракрасной. Регулировать такое поглощение и не допускать его избытка растению помогает достаточное содержание в листьях калия, что достигается своевременными периодическими подкормками этим элементом.
Спящие почки — защита от заморозков
На случай гибели растений от заморозка при сильной корневой системе у них пробуждаются спящие почки, которые в обычных условиях никак бы себя не проявили.
Развивающиеся новые побеги зачастую позволяют получать урожаи не хуже, чем без такого стресса.
Спящие почки помогают растениям выправиться также при отравлении части листовой массы (аммиачном и др.) Для защиты от токсичного действия аммиака растение вырабатывает дополнительное количество органических кислот и сложных азотных соединений, которые и помогают восстановлению жизнедеятельности.
При всяких резких изменениях среды (стрессовых ситуациях) в растениях усиливаются системы и механизмы, позволяющие им более рационально использовать имеющиеся биологические ресурсы.
Они и позволяют продержаться, как говорится, до лучших времен.
Немного радиации идёт на пользу
Растения оказались приспособленными даже к небольшим дозам радиоактивных излучений.
Мало того, они их поглощают с пользой для себя. Излучения усиливают ряд биохимических процессов, что способствует росту и развитию растений. И важную роль в этом играет, между прочим, аскорбиновая кислота (витамин С).
Растения адаптируются к ритмам окружающей среды
Смена светлого времени темнотой, чередование в течение дня интенсивности света и его спектральных характеристик (из-за облачности, запыленности воздуха, высоты солнца) вынудили растения приспособить к этим условиям свою физиологическую деятельность.
Они меняют активность фотосинтеза, образование белков и углеводов, создают определенную суточную и дневную ритмичность внутренних процессов.
Растения «привыкли» к тому, что с уменьшением света снижается температура, к чередованию величины температуры воздуха днем и ночью при сохранении более стабильной температуры почвы к различным ритмам поглощения и испарения воды.
При временном недостатке в растении ряда элементов питания действует механизм перераспределения их от старых листьев к молодым, растущим и верхушкам побегов.
То же происходит и при естественном отмирании листьев. Таким образом, происходит экономия пищевых средств с их вторичным использованием.
Растения приспособились давать урожаи в теплицах
В теплицах, где условия освещенности часто бывают хуже, чем в открытом грунте (из-за затенения покрытием, отсутствия отдельных частей спектра), фотосинтез в целом протекает менее интенсивно, чем в открытом грунте.
Но тепличные растения приспособились его компенсировать за счет более развитой листовой поверхности и большого содержания в листьях хлорофилла.
В нормальных условиях роста для увеличения растительной массы и формирования урожая у культур все происходит согласованно и приспособлено к тому, чтобы получение веществ от фотосинтеза было больше, чем их расход на дыхание.
Растения тоже хотят жить
Все приспособительные системы и реакции растений к тем или иным условиям существования служат одной цели — сохранению постоянного внутреннего состояния (биологической саморегуляции), без чего не может обходиться ни один живой организм.
А доказательством наилучшей приспособленности любой культуры служит получение от нее урожая на приемлемом уровне в наиболее неблагоприятный год.
Э. Феофилов, заслуженный агроном России
Другие статьи раздела «Интересные факты»:
- Как приспосабливаются растения к неблагоприятным условиям
- Растения предсказатели погоды и бедствий
- Цветы из холодного фарфора.
Неувядающее чудо
- 8 растительных афродизиаков для улучшения сексуальной жизни
- Магические свойства растений
- Необычное применение банановой кожуры
- Интересные факты о цветах 2
- Орхидея — призрак. Интересные факты
- Про кактусы. Вам не придётся листать энциклопедию
- Растения, которые помогают справиться со стрессом
Ещё: 010203
Изучение методов и способов приспособлений различных растений к воздействию окружающей среды, которые позволяют им, более широко расселятся и выживать в различных условиях окружающей среды.
Генетическое наследование организмов к возможности адаптации.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.
Адаптация человека к условиям окружающей среды.
Научные основы гигиенического нормирования факторов окружающей среды
Характеристика процессов адаптации человека к условиям окружающей среды.
Исследование основных механизмов адаптации. Изучение общих мер повышения устойчивости организма. Законы и закономерности гигиены. Описания принципов гигиенического нормирования.
презентация , добавлен 11.03.2014
Приспособление организмов к окружающей среде
Виды адаптации живых организмов к окружающей среде.
Маскировочная, покровительственная и предупреждающая окраска. Особенности поведения и строения тела животных для приспособления к образу жизни. Мимикрия и забота о потомстве. Физиологические адаптации.
презентация , добавлен 20.12.2010
Индикаторная роль растений и животных
Растения-индикаторы — растения, для которых характерна резко выраженная адаптация к определённым условиям окружающей среды.
Приспособление растений к окружающей среде
Реакции живых организмов на будущие изменения погодных условий. Примеры использования индикационных свойств растений и животных.
презентация , добавлен 30.11.2011
Основные факторы водной среды и их влияние на организмы
Общая характеристика водной среды. Анализ адаптации организмов к различным факторам — плотности воды, солевому, температурному, световому и газовому режимам.
Особенности адаптации растений и животных к водной среде, экологические группы гидробионтов.
курсовая работа , добавлен 29.12.2012
Изучение приспособленности организмов к среде обитания
Среда обитания растений и животных. Плоды и семена растений, их приспособленность к размножению.
Приспособление к передвижению разных существ. Приспособленность растений к разным способам опыления. Выживаемость организмов в неблагоприятных условиях.
лабораторная работа , добавлен 13.11.2011
Приспособление к низким температурам у животных
Многообразие способов приспособляемости живых организмов к воздействию неблагоприятных условий среды обитания на земле. Адаптация животных к низким температурам.
Использование специфических свойств организма к жизни в сложных климатических условиях.
презентация , добавлен 13.11.2014
Микроорганизмы как индикаторы загрязнения окружающей среды
Приоритетные загрязнители окружающей среды и их влияние на почвенную биоту. Влияние пестицидов на микроорганизмы. Биоиндикация: понятие, методы и особенности. Определение влажности почвы. Учет микроорганизмов на различных средах.
Среда Эшби и Гетчинсона.
курсовая работа , добавлен 12.11.2014
Проблемы использования генетически модифицированных организмов
Хранение и передача генетической информации у живых организмов. Способы изменения генома, генная инженерия. Риски для здоровья человека и окружающей среды, связанные с генетически модифицированными организмами (ГМО), возможные неблагоприятные эффекты.
курсовая работа , добавлен 27.04.2011
Морфометрия листовой пластинки как показатель загрязнения окружающей среды (на примере г.
Виды деревьев, используемых в озеленении, интродуцированные растения. Особенности древесных растений. Особенности использования растений в качестве биоиндикаторов. Биологические индексы и коэффициенты, используемые при индикационных исследованиях.
курсовая работа , добавлен 19.09.2013
Адаптация организмов к водному фактору
Адаптация растений к поддержанию водного баланса.
Тип ветвления различных корневых систем. Экологические группы растений по отношению к воде: (гидато-, гидро-, гигро-, мезо-, ксеро-, склерофиты и суккуленты). Регуляция водного обмена у наземных животных.
реферат , добавлен 26.12.2013
Приспособляемость растений к окружающей среде
Чем жестче и тяжелее условия обитания, тем гениальнее и разнообразнее приспособляемость растений к превратностям окружающей среды. Нередко приспособление заходит столь далеко, что внешняя среда начинает полностью определять форму растения. И тогда растения, относящиеся к различным семействам, но обитающие в одних и тех же суровых условиях, часто становятся внешне столь похожими друг на друга, что это может ввести в заблуждение в отношении истинности их родственных связей — hotcooltop.com.
Например, в пустынных областях для многих видов, и, прежде всего, для кактусов, наиболее рациональной оказалась форма шара. Однако не все то, что имеет шарообразную форму и утыкано шипами-колючками, - кактусы. Столь целесообразная конструкция, позволяющая выжить в тяжелейших условиях пустынь и полупустынь, возникла и в других систематических группах растений, не принадлежащих к семейству кактусовых.
И наоборот, кактусы не всегда приобретают форму шара или колонны, усеянных колючками. Один из самых известных в мире кактусоведов Курт Баккеберг в своей книге «Чудесный мир кактусов» рассказывает о том, как могут выглядеть эти растения, помещенные в те или иные условия обитания. Вот что он пишет:
«Ночь на Кубе полна таинственных шорохов и звуков. Крупные летучие мыши, словно тени, бесшумно проносятся мимо нас в полной темноте, лишь светится пространство вокруг старых, умирающих деревьев, в котором мириады светлячков исполняют свой огненный танец.
Непроглядная тропическая ночь с ее давящей духотой плотно окутала землю. Длительный путь, проделанный нами верхом, отнял у нас последние силы, и теперь мы, забравшись под москитные сетки, пытаемся хотя бы немножко отдохнуть. Конечная цель нашей экспедиции - край изумительно красивых зеленых кактусов группы рипсалиевых. Но вот наступил час седлать лошадей. И хотя эту несложную операцию мы проделываем ранним утром, пот буквально заливает нам глаза.
Вскоре наш небольшой караван вновь отправляется в путь. После нескольких часов дороги зеленоватый мрак девственного леса начинает постепенно рассеиваться.
Нашим глазам до самого горизонта открывается полная солнца местность, сплошь покрытая кустарником. Лишь кое-где над ним возвышаются вершины низкорослых деревьев, да иногда можно видеть одиночные мощные стволы, увенчанные громадными кронами.
Однако до чего странно выглядят ветви деревьев!
На них как бы двойная вуаль: покачиваясь от дуновений теплого приземного ветерка, с веток почти до земли свисают длинные нити-стебли одного из видов бромелиевых (Tillandsia usneoides), чем-то похожие на длинные, усыпанные серебром седины сказочные бороды.
Между ними висит масса тонких, сплетающихся в клубки растений-веревок: это - место обитания колоний безлистных эпифитов, кактусов, родственных рипсалиевым. Точно спасаясь бегством от буйной наземной растительности, они стремятся забраться повыше в кроны деревьев, поближе к солнечному свету. Какое многообразие форм! Здесь тонкие нитевидные стебли либо громоздкие покрытые нежным пушком мясистые выросты, там - сильно разросшиеся побеги, напоминающие по виду ребристые цепочки.
Сложное переплетение вьющихся растений самых причудливых форм: спиральных, зазубренных, витых, волнистых - кажется причудливым произведением искусства. В период цветения вся эта зеленая масса увешана изящными венками или изукрашена разноцветьем мельчайших крапинок. Позже растения надевают на себя пестрые ожерелья из ярко-белых, вишневых, золотисто-желтых и темно-голубых ягод».
Кактусы, которые приспособились жить в кронах лесных великанов и стебли которых, подобно лианам, свисают до самой земли, широко распространены в тропических лесах Центральной и Южной Америки.
Некоторые из них обитают даже на Мадагаскаре и Цейлоне.
Лазящие кактусы - это ли не поразительный пример способности растений приспосабливаться к новым условиям жизни? Но он не единственный из многих сотен других. Обычными обитателями тропических джунглей являются вьющиеся и лазящие растения, а также растения-эпифиты, поселяющиеся в кронах древесных растений.
Все они стремятся как можно скорее выбраться из вечных сумерек густого подлеска девственных тропических лесов. Они находят путь наверх, к свету, не создавая при этом мощных стволов и опорных систем, требующих огромных затрат строительного материала. Они спокойно карабкаются вверх, пользуясь «услугами» других растений, выступающих в роли опор — hotcooltop.com.
Для того чтобы успешно справиться с этой новой задачей, растения изобрели разнообразные и довольно совершенные в техническом отношении органы: цепляющиеся корни и черешки листьев с выростами на них, шипы на ветвях, цепляющиеся оси соцветия и т.д.
В распоряжении растений имеются петли-арканы; специальные диски, с помощью которых одно растение своей нижней частью прикрепляется к другому; подвижные усиковидные крючочки, вначале впивающиеся в ствол растения-хозяина, а затем разбухающие в нем; разного рода сдавливающие приспособления и, наконец, весьма изощренный аппарат захватывания.
Мы уже приводили описание структуры листьев банана, данное Г.
Хаберландтом. Не менее красочно описывает он и ротанг - одну из разновидностей лазящих пальм:
«Если сойти с пешеходной дорожки Ботанического сада в Богоре (остров Ява) и несколько углубиться в заросли, то уже через несколько шагов можно остаться без головного убора. Десятки разбросанных повсюду крючочков будут цепляться за наши одежды и многочисленные царапины на лице и руках станут призывать к большей осторожности и вниманию. Оглядевшись вокруг и присмотревшись к аппарату «хватания» растений, в зоне действия которого мы оказались, мы обнаружили, что черешки грациозных и весьма сложных листьев ротанга имеют длинные, до одного-двух метров, исключительно гибкие и эластичные отростки, усеянные многочисленными твердыми и к тому же полуподвижными шипами, каждый из которых представляет собой согнутый и наклоненный назад крючок-зацепку.
Любой лист пальмы снабжен таким наводящим страх крючкообразным шипом, не так-то просто расстающимся с тем, что зацепилось за него. Предел упругости «крюка», состоящего почти целиком из прочных лубяных волокон, чрезвычайно высок.
ПРИСПОСОБЛЯЕМОСТЬ РАСТЕНИЙ К ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
«На него можно подвесить целого быка»,- шутя заметил мой спутник, обратив внимание на мои попытки хотя бы приблизительно определить вес, который в состоянии выдержать подобная «леска». У многих родственных ротангу пальм в такие орудия захвата превратились удлиненные оси соцветий.
Ветер легко бросает гибкие соцветия из стороны в сторону до тех пор, пока на их пути не окажется ствол дерева-опоры. Многочисленные крючки-зацепки позволяют им быстро и надежно зацепиться за кору дерева.
Прочно закрепившись с помощью разросшихся листьев на нескольких стоящих рядом друг с другом деревьях (нередко дополнительными средствами удержания служат шипы в нижней части черешка листа или даже в листовом влагалище), совершенно гладкий, змееподобный ствол ротанга, подобно вьюну, взбирается вверх, продираясь сквозь многочисленные ветви, порой перекидываясь на кроны соседних деревьев, с тем чтобы, в конце концов, пробиться молодыми листьями к свету и подняться над кроной дерева-опоры.
Дальше ему дороги нет: напрасно его побеги будут искать опору в воздухе. Стареющие листья постепенно отмирают, и пальма избавляется от них. Лишенные «якорей-крючков», побеги пальмы под тяжестью собственного веса скользят вниз до тех пор, пока самые верхние листья своими шипами вновь не зацепятся за какую-либо подпорку.
У подножия деревьев нередко можно видеть многочисленные побеги пальмы, свитые в петли, совершенно голые, без листьев, часто толщиной с руку взрослого человека. Создается впечатление, что побеги, словно змеи, расползаются по сторонам в поисках новой опоры. В Ботаническом саду Богора наибольшая длина ствола ротанга достигает 67 метров. В труднопроходимых дебрях влажных тропических лесов встречаются ротанги длиной 180 метров, а иногда даже и до 300 метров!»
(по Н. Грину и др., 1993)
| Адаптация | Примеры | ||
| Уменьшение потери воды | |||
| Листья превращены в иглы или колючки Погруженные устьица Листья свернуты в цилиндр Толстая восковая кутикула Толстый стебель с большим отношением объема к поверхности Опушенные листья Сбрасывание листьев при засухе Устьица открыты ночью и закрыты днем Эффективная фиксация СО 2 ночью при не полностью открытых устьицах Выделение азота в виде мочевой кислоты Удлиненная петля Генле в почках Ткани выносливы к высоким температурам из-за уменьшения потоотделения или транспирации Животные прячутся в норах Дыхательные отверстия прикрыты клапанами | Cactaceae, Euphorbiaceae (молочаи), хвойные деревья Pinus, Ammophila Ammophila Листья большинства ксерофитов, насекомые Cactaceae, Euphorbiaceae («суккуленты») Многие альпийские растения Fouguieria splendens Crassulaceae (толстенковые) С-4 - растения, например Zea mays Насекомые, птицы и некоторые рептилии Пустынные млекопитающие, например верблюд, пустынная крыса Многие пустынные растения, верблюд Многие мелкие пустынные млекопитающие, например пустынная крыса Многие насекомые | ||
| Увеличение поглощения воды | |||
| Обширная поверхностная корневая система и глубоко проникающие корни Длинные корни Прорытие ходов к воде | Некоторые Cactaceae, например Opuntia и Euphorbiaceae Многие альпийские растения, например эдельвейс (Leontopodium alpinum) Термиты | ||
| Запасание воды | |||
| В слизистых клетках и в клеточных стенках В специализированны мочевом пузыре В виде жира (вода - продукт окисления) | Cactaceae и Euphorbiaceae Пустынная лягушка Пустынная крыса | ||
| Физиологическая устойчивость к потере воды | |||
| При видимом обезвоживании сохраняется жизнеспособность Потеря значительной части массы тела и быстрое ее восстановление при наличии доступной воды | Некоторые эпифитные папоротники и плауны, многие мохообразные и лишайники, осока Сагех physoides Lumbricus terrestris (теряет до 70% массы), верблюд (теряет до 30%) | ||
Окончане табл. 4.9
Совместное действие температуры
И влажности
Рассмотрение отдельных факторов среды - это не конечная цель экологического исследования, а способ подойти к сложным экологическим проблемам, дать сравнительную оценку важности различных факторов, действующих совместно в реальных экосистемах.
Температура и влажность являются ведущими климатическими факторами и тесно взаимосвязаны между собой (рис. 4.19).
Рис. 4.19. Влияние температуры на относительную влажность
воздуха (по Б. Небелу, 1993)
При неизменном количестве воды в воздухе относительная влажность увеличивается, когда температура падает. Если воздух охлаждается до температуры ниже точки водонасыщения (100%), происходит конденсация и выпадают осадки. При нагревании его относительная влажность падает. Сочетание температуры и влажности часто играет решающую роль в распределении растительности и животных. Взаимодействие температуры и влажности зависит не только от относительной, но и от абсолютной их величины. Например, температура оказывает более выраженное влияние на организмы в условиях влажности, близкой к критической, т. е. если влажность очень велика или очень мала. Влажность также играет более критическую роль при температуре, близкой к предельным значениям. Отсюда одни и те же виды организмов в различных географических зонах предпочитают разные местообитания. Так, по правилу предварения, установленному В. В. Алехиным (1951) для растительности, широко распространенные виды на юге произрастают на северных склонах, а на севере встречаются только на южных (рис. 4.20).
Рис. 4.20. Схема правила предварения (по В. В. Алехину, 1951):
1 - северный вид, обитающий на плакоре, на юге переходящий на склоны северной экспозиции и в балки; 2 - южный вид, на севере встречающийся на наиболее прогреваемых склонах южной экспозиции
Для животных выявлены принципы смены местообитания (Г. Я. Бей-Биенко, 1961) и принцип смены ярусов (М. С. Гиляров, 1970), где мезофильные виды в центре ареала, на севере его выбирают более сухие, а на юге - более влажные места или переходят от наземного образа жизни к подземному, как многие насекомые-фитофаги. Чем слабее проявляется влияние климата в конкретных местообитаниях, которые выбирает вид, тем больше их способность обитать в разных климатических условиях. Вид выбирает сочетание факторов, наиболее соответствующих его экологической валентности, путем смены местообитания, и таким образом преодолевает климатические рубежи.
Взаимосвязь температуры и влажности хорошо отражают кли-мадиаграммы, составленные по способу Вальтера-Госсена, на которых в определенных масштабах сопоставлен годовой ход температуры воздуха с ходом выпадения осадков (рис. 4.21).
Рис. 4.21. Климадиаграмма по Вальтеру-Госсену для Одессы
(по Г. Вальтеру, 1968):
а - высота над уровнем моря; б - число лет наблюдений за температурой (первая цифра) и осадками (вторая цифра); в - средняя годовая температура; г - средняя годовая сумма осадков в мм: д - средний суточный минимум самого холодного месяца; е - абсолютный минимум; ж - средний суточный максимум самого теплого месяца; з - абсолютный максимум; и - кривая средних месячных температур; к - кривая средних месячных сумм осадков (соотношение 10°=20 мм); л - то же (соотношение 10°=30 мм); м - засушливый период; н - полузасушливый период; о - влажное время года; п - месяцы со средним суточным минимумом температуры ниже 0°С; р - месяцы с абсолютным минимумом температуры ниже 0°С, с - безморозный период. По оси абсцисс - месяцы
Климадиаграммы можно построить для отдельных лет, а расположив последовательно и непрерывно одну за другой, получить климатограмму. На климатограммах легко прослеживаются экстремально сухие или экстремально холодные годы, что является весьма полезным для определения пригодности комбинаций температуры и влажности в районах предполагаемой интродукции растений или промысловых диких животных.
Атмосфера
Как уже было отмечено ранее, наша планета Земля отличается от других планет наличием воздушной оболочки, атмосферы, атмосферного воздуха. Атмосферный воздух - смесь различных газов. В его составе 78,08% азота, 20,9% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа, других газов (гелий, метан, неон, ксенон, родон и др.) около 0,01%.
Значение атмосферного воздуха для живых организмов огромно и разнообразно. Это источник кислорода для дыхания и углекислоты для фотосинтеза. Он защищает живые организмы от вредных космических излучений, способствует сохранению тепла на Земле.
Атмосфера - важная часть экосферы, с которой она связана биогеохимическими циклами, включающими газообразные компоненты. Это такие, как круговороты углерода, азота, кислорода и воды. Большое значение имеют и физические свойства атмосферы. Так, воздух оказывает лишь незначительное сопротивление движению и не может служить опорой для наземных организмов, что непосредственно сказалось на их строении. Вместе с тем некоторые группы животных стали использовать полет как способ передвижения. Особо следует отметить, что в атмосфере постоянно происходит циркуляция воздушных масс, энергию которой поставляет Солнце (рис. 4.22).
Рис. 4.22. Упрощенная схема общей циркуляции
воздушных масс атмосферы:
1 – теплый воздух; 2 – охлажденный воздух; 3 – зоны высокого давления; СЕ – пассаты; СД – доминирующие юго-западные ветры; GH – полярные северо-восточные ветры
Результатом циркуляции является перераспределение водяных паров, так как атмосфера захватывает их в одном месте (где вода испаряется), переносит и отдает в другом месте (где выпадают осадки). Если же в атмосферу поступают газы, в том числе загрязняющие, такие, как двуокись серы в промышленных районах, то система атмосферной циркуляции перераспределит их и они выпадут в других местах, растворенные в дождевой воде (рис. 4.23).
Ветер, взаимодействуя с другими факторами окружающей среды, может оказывать влияние на развитие растительности, в первую очередь на деревья, растущие на открытых местах. Обычно это приводит к задержке их роста и искривлению с наветренной стороны.
Ветер играет важную роль в распространении спор, семян и т. п., расширяя возможности распространения неподвижных организмов - растений, грибов и некоторых бактерий. Ветер может оказывать влияние и на миграцию летающих животных.
Рис. 4.23. Гидрологический цикл и накопление воды
(по Е. А. Криксунову и др., 1995)
Еще одна особенность атмосферы - это ее давление, которое уменьшается с высотой. Эволюция живых организмов на нашей планете происходила при атмосферном давлении 760 мм ртутного столба на уровне моря, и оно считается «нормальным». С увеличением высоты, например при восхождении людей в горы, от недостаточной насыщенности крови кислородом может наступить состояние гипоксии или аноксии. Возникает оно вследствие того, что с возрастанием высоты над уровнем моря парциальное давление кислорода, так же как и других газов, содержащихся в атмосферном воздухе, падает. На высоте 5450 м атмосферное давление в два раза меньше, чем на уровне моря. И хотя воздух содержит здесь столько же процентов кислорода, концентрация его на единицу объема вдвое меньше.
У растений в этих условиях возрастает транспирация, что потребовало выработки адаптации для сохранения воды, как, например, у многих альпийских растений.
Топография
Топография (рельеф) относится к орографическим факторам и тесно связана с другими абиотическими факторами, хотя и не принадлежащими к таким прямодействующим экологическим факторам, как свет, тепло, вода и почва. Главным топографическим (орографическим) фактором является высота. С высотой снижаются средние температуры, увеличивается суточный перепад температур, возрастают количество осадков, скорость ветра и интенсивность радиации, понижаются атмосферное давление и концентрация газов. Так, повышение уровня местности на каждые 100 м сопровождается уменьшением температуры воздуха примерно на 0,6°С.
В зависимости от величины форм топографию или рельеф подразделяют на несколько порядков: макрорельеф (горы, межгорные впадины, низменности), мезорельеф (холмы, овраги, гряды, карстовые воронки, степные «блюдца» и др.) и микрорельеф (мелкие западинки, неровности, приствольные повышения и др.), Все это оказывает влияние на растения и животных. В результате обычным явлением стала вертикальная зональность (рис. 4.24).
Рис. 4.24. Схема, показывающая соответствие между последовательными
вертикальными и горизонтальными растительными зонами:
1 - тропическая, зона (зона тропических лесов); 2 - умеренная зона (зона лиственных и хвойных лесов); 3 – альпийская зона (зона травянистой растительности, мхов и лишайников); 4 - полярная зона (зона снегов и льдов)
Горные цепи могут служить климатическими барьерами. Влажный воздух охлаждается, поднимаясь над горами, что приводит к выпадению большого количества осадков на наветренных склонах.
На подветренной стороне горного хребта образуется так называемая «дождевая тень», воздух здесь суше, выпадает меньше осадков, создаются пустынные условия, так как воздух, опускаясь, нагревается и вбирает в себя влагу из почвы.
Это влияет на живые организмы. Для большинства позвоночных верхняя граница жизни около 6,0 км. Снижение давления с высотой влечет за собой уменьшение обеспеченности кислородом и обезвоживание животных за счет увеличения частоты дыхания. Несколько более выносливы членистоногие (ногохвостки, клещи, пауки), которые могут встречаться на ледниках, выше границы растительности. Для высокогорных растений характерен приземистый рост. Во всех высокогорных областях земного шара преобладают низкорослые стелющиеся кустарники и кустарнички (рис. 4.25), подушковидные и розеточные многолетние травы, дерновидные злаки и осоки, мхи и лишайники.
Рис. 4.25. Можжевельник туркестанский - на склонах хребта
Терекей-Алатау (по И. Г. Серебрякову, 1955):
А – древовидная форма (лугово-лесной пояс, 2900 м над уровнем моря); Б – стланник (субальпийский пояс, 3200 м над уровнем моря)
Характерная морфологическая черта многих высокогорных приземистых растений, например кустарников и кустарничков, - значительное преобладание подземной массы по сравнению с надземной.
Низкорослость высокогорных растений связывают с адаптацией к низким температурам и с формообразующим действием радиации, богатой коротковолновой частью спектра, тормозящей ростовые процессы. В анатомическом строении высокогорных растений есть ряд черт, которые способствуют защите от избыточной радиации, связаны с характером водного режима и обмена веществ в высокогорьях: утолщение покровных тканей, придающих устойчивость к сильным ветрам и т. д. У растений, живущих на скалах, наблюдаются изменения в сторону ксероморфоза: уменьшаются размеры клеток и возрастает плотность тканей, увеличивается число устьиц на единицу поверхности листа, уменьшаются их размеры. У видов же, обитающих вблизи талых вод или других источников увлажнения, листья крупнее и ксероморфные черты выражены слабее.
Низкие температуры и сильная освещенность способствуют образованию больших количеств антоциана, отсюда глубокие, насыщенные тона окраски цветов. Сочетание небольших листьев при малом росте и крупных яркоокрашенных цветков - характерная черта многих альпийских растений.
Характерная черта физиологии и биохимии высокогорных растений - повышение интенсивности окислительно-восстановительных процессов, увеличение активности участвующих в них ферментов (каталазы, пероксидазы и др.), более низкие, чем у равнинных растений, температурные оптимумы их работы.
Дыхание высокогорных растений устойчиво к неблагоприятным воздействиям, как правило, наблюдается усиление дыхания, а следовательно, и увеличение энергии, освобождающейся при распаде сложных соединений. По современным представлениям, это является одной из физиологических основ приспособленности растений к крайним условиям.
При поднятии в горы меняется и сезонное развитие растений. Так, весной, поднимаясь в горы, можно видеть развитие одного и того же вида в следующей последовательности: в низкогорном поясе - цветение, в среднем - бутонизацию, еще выше - начало вегетации и, наконец, только появление после таяния снега. Осенью же при подъеме в горы наблюдаем ускоренное наступление осенних фенофаз: расцвечивание листвы, листопад, отмирание надземных частей. Четко прослеживается сокращение у растений вегетационного периода.
Наряду с высотой над уровнем моря большое значение для живых организмов имеют экспозиция и крутизна склонов.
В северном полушарии склоны гор, обращенные на юг, получают больше солнечного света, интенсивность света и температура здесь выше, чем на дне долины и на склонах северной экспозиции. В южном же полушарии наблюдается обратная ситуация. Это оказывает поразительное влияние как на естественную растительность, так и на угодья, используемые человеком. Например, широкие расщелины между скалами над Дунаем в восточной Сербии, защищенные от ветров и испытывающие увлажняющее действие реки, способствовали сохранению многих редких, реликтовых и эндемических видов растений, среди них «медвежий орешник» -Corylus colurna, грецкий орех - Juglans regia, сирень (дикая форма) - Syringa vulgaris и др.
Для крутых склонов характерны быстрый дренаж и смывание почв. Здесь почвы обычно маломощные и более сухие, с ксероморфной растительностью. При уклоне, превышающем 35°, почва не образуется, растительность отсутствует, создаются осыпи из рыхлого материала.
Прочие физические факторы
К прочим физическим факторам, окружающим живые организмы на Земле, относят главным образом атмосферное электричество, огонь, шум, магнитное поле Земли, ионизирующие излучения.
Атмосферное электричество действует на живые организмы посредством разрядов и ионизации воздуха. Например, известно губительное действие молний при попадании в крупные деревья, животных. Есть определенные закономерности в частоте повреждаемости молнией различных древесных пород. Это связывают как с формой кроны, так и с электропроводящими свойствами коры, например с быстротой ее намокания. По частоте поражения молниями на первом месте стоят ель и сосна, затем береза, а осина повреждается значительно реже. Молнии вызывают механическое повреждение деревьев (расщепление стволов, трещины), выпадение крупных деревьев, тем самым оказывают влияние на структуру древостоя, зачастую являются причиной возникновения пожаров. Около 21% пожаров лесных угодий России происходит по вине молний, при грозах.
Роль атмосферных электрических разрядов состоит и в том, что они во время грозы из атмосферного азота и кислорода синтезируют окиси азота, которые с дождевыми водами попадают в почву и накапливаются в ней от 4 до 10 кг в год на 1 гектар в форме селитры и азотной кислоты.
Действие ионизации воздуха на человека, животных и растения еще недостаточно изучено. Вместе с тем достоверно установлена прямая зависимость между самочувствием человека и присутствием легких ионов в воздухе. Высказывается мнение, что ионизация воздуха служит материальной способности некоторых растений «предсказывать погоду» (снижение фотосинтеза и дыхания, закрывание устьиц и прекращение транспирации перед грозой задолго до падения атмосферного давления). Экспериментально доказано влияние слабого тока на корневые системы некоторых растений. Например, у саженцев ели и сосны фитомасса увеличивается на 100-120%. Установлена возможность с помощью воздействия направленного электрического поля регулировать темпы перемещения веществ внутри дерева, а следовательно, и темпы его роста.
Огонь в жизни растений и животных - довольно редкий, но весьма действенный фактор. Пожары, например, в лесах, как уже было отмечено ранее, могут возникать как естественным путем от ударов молний, так и по вине человека, его деятельности. Поэтому огонь относят как к естественным экологическим факторам, так и антропогенным.
Серьезные последствия имеют не только верховые лесные пожары, охватывающие весь древостой, но и низовые, которые губят напочвенную растительность, подрост, нижние ветви деревьев, нередко корневую систему. Гибнут животные. Кроме повреждений непосредственно от огня пожары вызывают ухудшение состояния древостоя. Снижается прирост. Ослабленные деревья в большей степени заражаются грибами, такими, как древесная гниль, легко проникающими через «огневые раны», подвергаются нападению насекомых-вредителей.
Лесные пожары сильно изменяют условия обитания растений и животных. Во время пожара в хвойных лесах температура доходит до 800-900°С, в почве на глубине 3,5 см - до 95°С, на глубине 7см - до 70"С. В сухих лесах практически полностью сгорает подстилка и почвенный гумус. Минеральные частицы верхнего слоя почвы спекаются. Образуются комки или стекловидная корка, трудно проницаемые для воздуха, воды и корней. Почва сильно уплотняется. От сгорания органических кислот и освобождения оснований кислотность почвы резко уменьшается, в верхних горизонтах значение рН нередко доходит до сильнощелочного. От высокой температуры верхние слои почвы стерилизуются - гибнет почвенная микрофлора, а в более глубоких - изменяется ее состав, происходит обеднение наиболее важными для жизнедеятельности растений группами. Так, в почвах хвойных лесов после пожаров преобладает деятельность микроорганизмов, вызывающих масляно-кислое брожение и денитрификацию.
После лесных пожаров происходит резкое изменение условий в растительных сообществах (осветление, изменение температурного и других факторов микроклимата), особенно когда произошло уничтожение древостоя, и ведет к тому, что в дальнейшем гари заселяются видами живых организмов с различными адаптивными особенностями, помогающими перенести пожар и выжить на гарях. Так, у растений это глубокие подземные почки возобновления, способность семян долго сохраняться в почве и выдерживать высокую температуру, выносливость к заморозкам, сильной освещенности и т. д.
Возобновление растительности на гарях имеет свои особенности. На выжженных местах из спор, занесенных ветром, появляются мхи-пионеры, через три - пять лет из мхов наиболее обилен «пожарный мох» - Funaria hygrometrica. Из высших растений быстро заселяет гари иван-чай (Chamaenerion angustifolion). Постепенное заселение гарей происходит и древесной растительностью - ивой, березой, осиной и др. (рис. 4.26).
Рис. 4.26. Влияние пожара на растительность древесных «колков»
Зауральской лесостепи (по Д. Ф. Федюнину, 1953) :
А - до пожара; Б - после пожара; В - через год после пожара; 1 - ива; 2 - береза, 3 - осина
Степные пожары («палы») могут быть более или менее регулярными, связанными с деятельностью человека, и играть существенную роль в жизни живых организмов, иногда и положительную для регулирования роста, возобновления, отбора видов и поддержания постоянного состава травостоя.
Шум как естественный экологический фактор для живых организмов несуществен, но может оказывать и существенное воздействие с усилением антропогенных воздействий (шум, возникающий при работе транспортных средств, оборудования промышленных и бытовых предприятий, вентиляционных и газотурбинных установок и др.).
Величину звуковых давлений изменяют и нормируют в децибелах. Весь диапазон слышимых человеком звуков укладывается в 150 дБ. На нашей планете жизнь организмов проходит в мире звуков. Например, орган слуха человека приспособлен к некоторым постоянным или повторяющимся шумам (слуховая адаптация). Человек теряет работоспособность без привычных шумов. Сильный шум еще более отрицательно сказывается на здоровье человека. У людей, живущих и работающих в неблагоприятных акустических условиях, имеются признаки изменения функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем.
Исследованиями доказано воздействие шума и на растительные организмы. Так, растения близ аэродромов, с которых непрерывно стартуют реактивные самолеты, испытывают угнетение роста и даже отмечается исчезновение отдельных видов. В целом ряде научных работ показано угнетающее действие шума (около 100 дБ с частотой звука от 31,5 до 90 тыс. Гц) на растения табака, где обнаруживали снижение интенсивности роста листьев, в первую очередь у молодых растений. Привлекает внимание ученых и действие ритмических звуков на растения. Исследования по изучению действия музыки на растения (кукуруза, тыква, петуния, циния, календула), проведенные в 1969 г. американским музыкантом и певицей Д. Ретолэк, показали, что на музыку Баха и индийские музыкальные мелодии растения отзывались положительно. Их габитус, сухой вес биомассы были наибольшими по сравнению с контролем. И что самое удивительное, так это то, что их стебли прямо-таки тянулись к источнику этих звуков. В то же время на рок-музыку и непрерывные барабанные ритмы зеленые растения отвечали уменьшением размеров листьев и корней, снижением массы, и все они отклонялись от источника звука, как будто бы хотели уйти от губительного действия музыки (рис. 4.27).
Рис. 4.27. Вид растений после действия разной музыки:
А - индийские мелодии (Р. Шанкар); Б - музыка И.-С. Баха; В - рок-музыка (опыты Д. Ретолэк, 1969)
Растения, подобно людям, реагируют на музыку как целостный живой организм. Их чувствительными «нервными» проводниками, по мнению ряда ученых, являются флоэмные пучки, меристема и возбудимые клетки, расположенные в разных частях растения, связанные между собой биоэлектрическими процессами. Вероятно, этот факт - одна из причин сходства реакции на музыку у растений, животных и человека.
Магнитное поле Земли. Наша планета Земля обладает магнитными свойствами. Стрелка компаса всегда ориентируется по магнитному меридиану, указывая одним концом на север, другим - на юг. МагнитологГпоказали, что для создания наблюдаемого геомагнитного поля в центре Земли необходимо поместить гигантский цилиндрический магнит диаметром 200 км и длиной 4000 км. Ось земного магнита расположена под углом 1,5" к оси вращения Земли, поэтому магнитные полюса не совпадают с географическими. Со временем магнитные полюса меняют свое положение. Установлено, что северный магнитный полюс за сутки перемещается по поверхности Земли на 20,5 м, или 7,5 км в год, а Южный - на 30 м (11 км в год). Как у всякого магнита, магнитные силовые линии Земли выходят из одного полюса и через околоземное пространство замыкаются в другом полюсе. За счет этого явления около Земли создается магнитосфера (рис. 4.28).
Рис. 4.28. Меридиональные сечения магнитосферы Земли:
1 - солнечный ветер; 2 - ударный фронт; 3 - магнитная полость; 4 - магнитопауза; 5 - верхняя граница магнитосферной щели; 6 - плазменная мантия; 7 - внешний радиационный пояс; 8 - внутренний радиационный пояс, или плазмосфера; 9 - нейтральный слой; 10 - плазменный слой
Она задерживает потоки солнечных заряженных частиц, называемых плазмой, или солнечным ветром, не пропуская их к поверхности планеты. Солнечный ветер как бы огибает Землю и смещается на ночную сторону, вытягивая, в свою очередь, и магнитные силовые линии в этом же направлении. Деформация магнитных силовых линий связана с тем, что потоки солнечной плазмы несут с собой как бы «вмороженное» магнитное поле, которое и взаимодействует с магнитосферой Земли. За последние 600 тыс. лет палеомагнитологи зафиксировали 12 эпох инверсии геомагнитного поля (табл. 4.10).
Задание 1. Адаптация растений к распространению семян
Установите, как шла адаптация растений к распространению семян за счет насекомых, птиц, млекопитающих и человека. Заполните таблицу.
Адаптация растений к распространению семян
|
№ п/п |
Виды растений |
Насекомые |
Птицы |
Млеко- питающие |
Человек |
|
культурный | |||||
|
войлочный | |||||
|
трехраздельная | |||||
|
незабудковая | |||||
|
Репейник обыкновенный |
Какими свойствами обладают семена перечисленных в таблице растений, которые способствуют распространению семян найденными Вами способами? Приведите конкретные примеры.
Взаимодействие двух популяций теоретически можно представить в виде парных комбинаций символов «+», «-», «0», где «+» обозначает выгоду для популяции, «-» – ухудшение состояния популяции, то есть вред, и «0» – отсутствие значимых изменений при взаимодействии. Используя предложенную символику, дайте определение типам взаимодействия, приведите примеры взаимоотношений и составьте в тетради таблицу.
Биотические взаимоотношения
|
взаимоотношений |
Символическое обозначение |
Определение взаимоотношений |
Примеры взаимоотношений данного типа |
1. Используя раздаточный дидактический материал, составьте пищевую сеть экосистемы озера.
2. При каких условиях озеро не будет изменяться длительное время?
3. Какие действия людей могут привести к быстрому разрушению озерной экосистемы?
Индивидуальное задание по модулю «От экологии организмов до экологии экосистем» Вариант 6
Задание 1. Адаптация живых организмов к экстремальным условиям жизни
Многие организмы в течение жизни периодически испытывают влияние факторов, сильно отличающихся от оптимума. Им приходится переносить и сильную жару, и морозы, и летние засухи, и пересыхание водоемов, и нехватку пищи. Как приспосабливаются они к таким экстремальным условиям, когда нормальная жизнь сильно затруднена? Приведите примеры основных путей адаптации к перенесению неблагоприятных условий жизни
Задание 2. Биотические взаимоотношения.
Определите по графикам, к каким последствиям могут привести взаимоотношения между двумя близкими, совместно обитающими в одной экологической нише видами организмов? Как называется данное взаимоотношение? Ответ поясните.
Рис.11. Рост численности двух видов инфузорий-туфелек (1 – туфелька хвостатая, 2 – туфелька золотистая):
А – при выращивании в чистых культурах с большим количеством пищи (бактерий); Б – в смешанной культуре, с тем же количеством пищи
Задание 3. Природные экосистемы Южного Урала
1. Составьте пищевую сеть речной экосистемы.
2. При каких условиях река не будет изменяться длительное время?
3. Какие действия людей могут привести к быстрому разрушению речной экосистемы?
4. Охарактеризуйте трофическую структуру экосистемы с помощью экологических пирамид численности, биомасс, энергии.
