Особенности адаптаций к недостатку воды растений разных экологических групп реферат

Обновлено: 05.07.2024

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«Брестский государственный университет

Кафедра ботаники и экологии Курсовая работа

ПРИСПОСОБЛЕНИЯ РАСТЕНИЙ К ВОДНОМУ РЕЖИМУ Выполнила:

студентка 3 курса

Научный руководитель:

Левковская М. В. Брест 2015 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

. ВОДА, КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР И ЕЁ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ РАСТЕНИЙ

. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ НАЗЕМНЫХ РАСТЕНИЙ ПО ОТНОШЕНИЮ К ВОДЕ

.4 Сравнение адаптаций к засухе у ксерофитов и мезофитов

. ВОДНЫЙ ДЕФИЦИТ И УСТОЙЧИВОСТЬ К ЗАСУХЕ

. АДАПТАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ВВЕДЕНИЕ В процессе жизни растения испытывают различные сезонные колебания климатических факторов (температуры, влажности и др.). Если дозы этих факторов выходят за пределы, необходимые организму, они становятся для него экстремальными. Под действием их растение либо погибает, либо выживает, постепенно адаптируясь к ним с помощью морфологических и физиолого-биохимических перестроек или путём изменения цикла онтогенеза [7].

Адаптация - это приспособление организма к определенным условиям среды, которое достигается за счет комплекса признаков - морфологических, физиологических. В результате адаптаций возникают растения, приспособленные к различным условиям среды. Адаптациями объясняется различный состав экосистем разных экологических условий [15].

Вода - важнейший экологический фактор для всего живого на Земле. Для процессов обмена веществ со средой, составляющих основу жизни, необходимо участие воды в качестве растворителя и метаболита. Вода, обуславливая необходимое тургорное давление, определённым образом участвует и в поддержании формы наземных растений как организмов, не имеющих опорного скелета. Наконец, для большой группы растений, живущих в водоёмах, морях и океанах, вода является непосредственной средой обитания [5].

Зная периоды чувствительности растений к недостатку влаги, можно предотвратить их повреждение и значительную потерю урожая путём современного полива, смещения сроков сева (с целью приурочить критические периоды к более влажному времени) или с помощью приёмов, ускоряющих либо замедляющих наступление тех или иных этапов онтогенеза [7].

Актуальность и практическая значимость: способность растений приспосабливаться определённым условиям влажности издавна привлекала внимание учёных. Интерес к этой проблеме в последние десятилетия особенно возрос в связи с освоением новых зон возделывания сельскохозяйственных культур в районах с экстремальными почвенно-климатическими

Водные растения имеют значительные отличия от наземных растительных организмов. Так, способность водных растений поглощать влаг и минеральные соли непосредственно из окружающей среди отражается на их морфологической и физиологической органй зации. Характерным для водных растений является слабое развив тие проводящей ткани и корневой системы. Корневая системой служит главным образом для прикрепления к подводному субЙ страту и не выполняет функции минерального питания и водоснабжения, как у наземных растений.

Вложенные файлы: 1 файл

растения.doc

Значительная плотность воды дает возможность обитания растений во всей ее толще. У низших растений, заселяющих различные слои и ведущих плавающий образ жизни, для этого имеются специальные придатки, которые увеличивают их плавучесть позволяют им удерживаться во взвешенном состоянии. Высшй гидрофиты имеют слабо развитую механическую ткань. Как уже отмечалось выше, в их листьях, стеблях, корнях располагаютс воздухоносные межклеточные полости, увеличивающие легкость и плавучесть взвешенных в воде и плавающих на поверхност органов, что также способствует смыванию внутренних клетой водой с растворенными в ней солями и газами.

1.Адаптация растений к нехватке воды

Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются процессы метаболизма, служит важнейшим исходным, промежуточным или конечным продуктом биохимических реакций. Особая роль воды для наземных организмов (особенно растений) заключается в необходимости постоянного пополнения ее, из-за потерь при испарении. Поэтому вся эволюция наземных организмов шла в направлении приспособления к активному добыванию и экономному использованию влаги. Наконец, для многих видов растений, животных, грибов и микроорганизмов вода является непосредственной средой их обитания.

Увлажненность местообитания и, как следствие, водообеспечение наземных организмов зависят, прежде всего, от количества атмосферных осадков, их распределения по временам года, наличия водоемов, уровня грунтовых вод, запасов почвенной влаги и т.д. Влажность оказывает влияние на распространение растений и животных, как в пределах ограниченной территории, так и в широком географическом масштабе, определяя их зональность (смена лесов степями, степей — полупустынями и пустынями).

При изучении экологической роли воды учитывается не только количество выпадающих осадков, но и соотношение их величины и испаряемости. Области, в которых испарение превышает годовую величину суммы осадков, называются аридными (сухими, засушливыми). В аридных областях растения испытывают недостаток влаги в течение большей части вегетационного периода. В гумидпых (влажных) областях растения обеспечены водой в достаточной мере.

Экологические группы растений по отношению к влаге и их адаптации к водному режиму. Высшие наземные растения, ведущие прикрепленный образ жизни, в большей степени, чем животные, зависят от обеспеченности субстрата и воздуха влагой. По приуроченности к местообитаниям с разными условиями увлажнения и по выработке соответствующих приспособлений среди наземных растений различают три основные экологические группы: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты.

2.Гигрофиты — растения избыточно увлажненных местообитаний с высокой влажностью воздуха и почвы. Для них характерно отсутствие приспособлений, ограничивающих расход воды, и неспособность переносить даже незначительную ее потерю. Наиболее типичные гигрофиты — травянистые растения и эпифиты влажных тропических лесов и нижних ярусов сырых лесов в разных климатических зонах (чистотел большой, недотрога обыкновенная, кислица обыкновенная и др.), прибрежные виды (калужница болотная, плакун-трава, рогоз, камыш, тростник), растения сырых и влажных лугов, болот (белокрыльник болотный, сабельник болотный, вахта трехлистная, осоки), некоторые культурные растения.

Характерные структурные черты гигрофитов — тонкие листовые пластинки с небольшим числом широко открытых устьиц, рыхлое сложение тканей листа с крупными межклетниками, слабое развитие водопроводящей системы (ксилемы), тонкие слаборазветвленные корни, часто без корневых волосков. К физиологическим адаптациям гигрофитов следует отнести низкое осмотическое давление клеточного сока, незначительную водоудерживающую способность и, как следствие, высокую интенсивность транспирации, которая мало отличается от физического испарения. Избыточная влага удаляется также путем гуттации — выделения воды через специальные выделительные клетки, расположенные по краю листа. Избыточная влага затрудняет аэрацию, а следовательно, дыхание и всасывающую деятельность корней, поэтому удаление излишков влаги представляет собой борьбу растений за доступ воздуха.

3.Ксерофиты - растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху, оставаясь физиологически активными. Это растения пустынь, сухих степей, саванн, сухих субтропиков, песчаных дюн и сухих, сильно нагреваемых склонов. Структурные и физиологические особенности ксерофитов нацелены на преодоление постоянного или временного недостатка влаги в почве или воздухе. Решение данной проблемы осуществляется тремя способами:

1) эффективным добыванием (всасыванием) воды

2) экономным ее расходованием

3) способностью переносить большие потери воды

Интенсивное добывание воды из почвы достигается ксерофитами благодаря хорошо развитой корневой системе. По общей массе корневые системы ксерофитов примерно в 10 раз, а иногда и в 300—400 раз превышают надземные части. Длина корней может достигать 10—15 м, а у саксаула черного — 30—40 м, что позволяет растениям использовать влагу глубоких почвенных горизонтов, а в отдельных случаях и грунтовых вод. Встречаются и поверхностные, хорошо развитые корневые системы, приспособленные к поглощению скудных атмосферных осадков, орошающих лишь верхние горизонты почвы.

Экономное расходование влаги ксерофитами обеспечивается тем, что листья у них мелкие, узкие, жесткие, с толстой кутикулой, с многослойным толстостенным эпидермисом, с большим количеством механических тканей, поэтому даже при большой потере воды листья не теряют упругости и тургора. Клетки листа мелкие, плотно упакованы, благодаря чему сильно сокращается внутренняя испаряющая поверхность. Кроме того, у ксерофитов повышенное осмотическое давление клеточного сока, благодаря чему они могут всасывать воду даже при больших водоотнимающих силах почвы.

К физиологическим адаптациям относится и высокая водоудерживающая способность клеток и тканей, обусловленная большой вязкостью и эластичностью цитоплазмы, значительной долей связанной воды в общем водном запасе и т. д. Это позволяет ксерофитам переносить глубокое обезвоживание тканей (до 75% всего водного запаса) без потери жизнеспособности. Кроме того, одной из биохимических основ засухоустойчивости растений является сохранение активности ферментов при глубоком обезвоживании.

Ксерофиты с наиболее ярко выраженными ксероморфными чертами строения листьев, перечисленными выше, имеют своеобразный внешний облик, за что получили название склерофиты.

К группе ксерофитов относятся и суккуленты - растения с сочными мясистыми листьями или стеблями, содержащими сильно развитую водоносную ткань. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ, молодило, очитки) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а надземные части представлены мясистыми стеблями (кактусы, некоторые молочаи и др.). Фотосинтез у стеблевых суккулентов осуществляется периферическим слоем паренхимы стебля, содержащим хлорофилл. Длительные засушливые периоды преодолеваются ими путем накопления воды в водоносных тканях, связывания ее коллоидами клеток, экономного расходования, которое обеспечивается защитой эпидермиса растений восковым налетом, погруженными в ткань листа или стебля немногочисленными днем закрытыми устьицами. В результате транспирация у суккулентов чрезвычайно мала: в пустынях кактусы из рода Camegia транспирируют в сутки всего лишь 1 —3 мг воды на 1 г сырой массы.

Корневая система поверхностная, мало развитая, рассчитана на поглощение воды из верхних слоев почвы, увлажненных редко выпадающими дождями. В засуху корни могут отмирать, но после дождей быстро (за 2—4 дня) отрастают новые.

4.Мезофиты - занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Они распространены в умеренно влажных зонах с умеренно теплым режимом и достаточно хорошей обеспеченностью минеральным питанием. К мезофитам относятся растения лугов, травянистого покрова лесов, лиственные деревья и кустарники из областей умеренно влажного климата, а также большинство культурных растений и сорняки. Для мезофитов характерна высокая экологическая пластичность, позволяющая им адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды.

Специфичные пути регуляции водообмена позволили растениям занять самые различные по экологическим условиям участки суши. Многообразие способов приспособления лежит, таким образом, в основе распространения растений на Земле, где дефицит влаги является одной из главных проблем экологической адаптации.

От вымывания у водных растений из клеток минеральных солей или выщелачивания защитой является выделение специальными клетками слизи и образование эндодермы из более толстостенных клеток в виде кольца.

Относительно низкая температура водной среды обусловливает отмирание вегетирующих частей у погруженных в воду растений после образования зимних почек и замену летних тонких нежных листьев более жесткими и короткими зимними. Низкая температура воды отрицательно сказывается на генеративных органах водных растений, а высокая ее плотность затрудняет перенос пыльцы. В связи с этим водные растения интенсивно размножаются вегетативным путем. Большинство плавающих на поверхности и погруженных растений выносят цветоносные стебли в воздушную среду и размножаются половым путем. Пыльца разносится ветром и поверхностными течениями. Плоды и семена, которые образуются, также распространяются поверхностными течениями. Это явление носит название гидрохории. К гидрохорным относятся не только водные, а также многие прибрежные растения. Их плоды имеют высокую плавучесть, длительное время находятся в воде и не теряют при этом всхожесть. Например, водой переносятся плоды и семена стрелолиста (Sagittariasagittofolia), сусака (Butomusumbellatus), частухи (Alismaplantago-aguatica). Плоды многих осок (Carex) заключены в своеобразные мешочки с воздухом и разносятся водными течениями. Таким же образом расселился сорняк гумай (Sorgnumhalepense) вдоль реки Вахт по каналам.

Приспособленность онтогенеза растений к условиям среды является результатом их эволюционного развития (изменчивости, наследственности, отбора). На протяжении филогенеза каждого вида растений в процессе эволюции выработались определенные потребности индивидуума к условиям существования и приспособленность к занимаемой им экологической нише. Влаголюбие и теневыносливость, жароустойчивость, холодоустойчивость и другие экологические особенности конкретных видов растений сформировались в ходе эволюции в результате длительного действия соответствующих условий.

В природе в одном географическом регионе каждый вид растений занимает экологическую нишу, соответствующую его биологическим особенностям: влаголюбивые — ближе к водоемам, теневыносливые — под пологом леса и т. д. Наследственность растений формируется под влиянием определенных условий внешней среды. Важное значение имеют и внешние условия онтогенеза растений.

В большинстве случаев растения, испытывая действие тех или иных неблагоприятных факторов, проявляют устойчивость к ним как результат приспособления к условиям существования, сложившимся исторически, что отмечал еще К. А. Тимирязев.

Адаптация (приспособление) растения к конкретным условиям среды обеспечивается за счет физиологических механизмов (физиологическая адаптация), а у популяции организмов (вида) — благодаря механизмам генетической изменчивости, наследственности и отбора (генетическая адаптация). Факторы внешней среды могут изменяться закономерно и случайно. Закономерно изменяющиеся условия среды (смена сезонов года) вырабатывают у растений генетическую приспособленность к этим условиям.

1. Границы приспособления и устойчивости

В естественных для вида природных условиях произрастания или возделывания растения в процессе своего роста и развития часто испытывают воздействие неблагоприятных факторов внешней среды, к которым относят температурные колебания, засуху, избыточное увлажнение, засоленность почвы и т. д. Каждое растение обладает способностью к адаптации в меняющихся условиях внешней среды в пределах, обусловленных его генотипом. Чем выше способность растения изменять метаболизм в соответствии с окружающей средой, тем шире норма реакции данного растения и лучше способность к адаптации. Как правило, несильные и кратковременные изменения факторов внешней среды не приводят к существенным нарушениям физиологических функций растений, что обусловлено их способностью сохранять относительно стабильное состояние при изменяющихся условиях внешней среды, т. е. поддерживать гомеостаз. Однако резкие и длительные воздействия приводят к нарушению многих функций растения, а часто и к его гибели.

При действии неблагоприятных условий снижение физиологических процессов и функций может достигать критических уровней, не обеспечивающих реализацию генетической программы онтогенеза, нарушаются энергетический обмен, системы регуляции, белковый обмен и другие жизненно важные функции растительного организма. При воздействии на растение неблагоприятных факторов (стрессоров) в нем возникает напряженное состояние, отклонение от нормы — стресс. Стресс — общая неспецифическая адаптационная реакция организма на действие любых неблагоприятных факторов. Выделяют три основные группы факторов, вызывающих стресс у растений (В. В. Полевой, 1989): физические — недостаточная или избыточная влажность, освещенность, температура, радиоактивное излучение, механические воздействия; химические — соли, газы, ксенобиотики; биологические — поражение возбудителями болезней или вредителями, конкуренция с другими растениями.

2. Типы растений по отношению к водному режиму

В неблагоприятных природных условиях устойчивость и продуктивность растений определяются рядом признаков, свойств и защитно-приспособительных реакций. Различные виды растений обеспечивают устойчивость и выживание в неблагоприятных условиях тремя основными способами: с помощью механизмов, которые позволяют им избежать неблагоприятных воздействий (состояние покоя, эфемеры и др.); посредством специальных структурных приспособлений; благодаря физиологическим свойствам, позволяющим им преодолеть пагубное влияние окружающей среды.

Растения засушливых областей называются ксерофитами (от греческого хеrоs — сухой). Они способны в процессе индивидуального развития приспосабливаться к атмосферной и почвенной засухе. Характерные признаки ксерофитов — незначительные размеры их испаряющей поверхности, а также небольшие размеры надземной части по сравнению с подземной. Ксерофиты — это обычно травы или низкорослые кустарники. Их делят на несколько типов (П. А. Генкель):

1. Суккуленты — очень стойкие к перегреву и устойчивые к обезвоживанию, во время засухи они не испытывают недостатка воды, потому что содержат большое количество ее и медленно расходуют. Корневая система у них разветвлена во все стороны в верхних слоях почвы, благодаря чему в дождливые периоды растения быстро всасывают воду. Это кактусы, алоэ, очиток, молодило.

2. Эвксерофиты — жаростойкие растения, которые хорошо переносят засуху. К этой группе относятся такие степные растения, как вероника сизая, астра мохнатая, полынь голубая, верблюжья колючка и др. У них незначительная трансперация, высокое осмотическое давление, цитоплазма отличается высокой эластичностью и вязкостью, корневая система очень разветвлена, и основная ее масса размещена в верхнем слое почвы (50-60 см). Эти ксерофиты способны сбрасывать листья и даже целые ветви.

3.Гемиксерофиты, или полуксерофиты — это растения, которые неспособны переносить обезвоживание и перегрев. Вязкость и эластичность протопласта у них незначительная, отличается высокой транспирацией, глубокой корневой системой, которая может достигать подпочвенной воды, что обеспечивает бесперебойное снабжение растения водой. К этой группе относятся шалфей, резак обычный и др.

4. Стипаксерофиты — это ковыль, тырса и другие узколистные степные злаки. Они устойчивы к перегреву, хорошо используют влагу кратковременных дождей. Выдерживают лишь кратковременную нехватку воды в почве.

5. Пойкилоксерофиты — растения, не регулирующие своего водного режима. Это в основном лишайники, которые могут высыхать до воздушно-сухого состояния и снова проявлять жизнедеятельность после дождей.

Помимо указанных групп засухоустойчивых растений также выделяют гигрофиты и мезофиты. Гигрофиты (от греческого hihros — влажный). У растений, относящихся к этой группе, нет приспособлений, ограничивающих расход воды. Для гигрофитов характерны сравнительно большие размеры клеток, тонкостенная оболочка, слабоодревесневшие стенки сосудов, древесных и лубяных волокон, тонкая кутикула и малоутолщенные внешние стенки эпидермиса, большие устьица и незначительное количество их на единицу поверхности, большая листовая пластинка, плохо развитые механические ткани, редкая сеть жилок в листе, большая кутикулярная транспирация, длинный стебель, недостаточно развитая корневая система. По строению гигрофиты приближаются к теневыносливым растениям, но имеют своеобразную гигроморфную структуру. Незначительный недостаток воды в почве вызывает быстрое завядание гигрофитов. Осмотическое давление клеточного сока в них невысокое. К ним относятся манник, багульник, брусника и др.

По условиям произрастания и особенностям строения к гигрофитам очень близки растения с частично или полностью погруженными в воду или плавающими на ее поверхности листьями, которые называются гидрофитами.

Мезофиты (от греческого mesos — средний, промежуточный). Растения этой экологической группы произрастают в условиях достаточного увлажнения. Осмотическое давление клеточного сока у мезофитов 1-1,5 тыс. кПа. Они легко завядают. К мезофитам относятся большинство луговых злаков и бобовых — пырей ползучий, лисохвост луговой, тимофеевка луговая, люцерна синяя и др. Из полевых культур твердые и мягкие пшеницы, кукуруза, овес, горох, соя, сахарная свекла, конопля, почти все плодовые (за исключением миндаля, винограда), многие овощные культуры (морковь, помидоры, капуста и др.).

3. Природа приспособительных реакций к недостатку воды у разных групп растений

Транспирирующие органы — листья — отличаются значительной пластичностью; в зависимости от условий произрастания в их строении наблюдаются довольно большие отличия. Даже листья одного растения при разном водоснабжении и освещении имеют различия в строении. Установлены определенные закономерности в строении листьев в зависимости от расположения их на растении.

В. Р. Заленский обнаружил изменения в анатомическом строении листьев по ярусам. Он установил, что у листьев верхнего яруса наблюдаются закономерные изменения в сторону усиления ксероморфизма, т. е. происходит образование структур, повышающих засухоустойчивость этих листьев. Установленные им закономерности называют законом Заленского. Листья, расположенные в верхней части стебля, всегда отличаются от нижних, а именно: чем выше расположен лист на стебле, тем меньше размеры его клеток, большее количество устьиц и меньше их размеры, большее количество волосков на единицу поверхности, гуще сеть проводящих пучков, сильнее развита палисадная ткань. Все эти признаки характеризуют ксерофилию, т. е. образование структур, способствующих повышению засухоустойчивости.

С определенной анатомической структурой связаны и физиологические особенности, а именно: верхние листья отличаются более высокой ассимиляционной способностью и более интенсивной транспирацией. Концентрация сока в верхних листьях также более высокая, в связи с чем может происходить оттягивание воды верхними листьями от нижних, засыхание и отмирание нижних листьев. Структура органов и тканей, повышающая засухоустойчивость растений, называется ксероморфизмом. Отличительные особенности в структуре листьев верхнего яруса объясняются тем, что они развиваются в условиях несколько затрудненного водоснабжения.

Для уравнения баланса между поступлением и расходом воды в растении образовалась сложная система анатомо-физиологических приспособлений. Такие приспособления наблюдаются у ксерофитов, гигрофитов, мезофитов. Большой интерес в связи с этим представляют исследования Б. А. Келлера, который изучал анатомо-физиологические особенности у растений резко отличающихся экологических групп, но близких между собой в систематическом отношении. Он исследовал многолетние травянистые растения из семейства Мареновые (Asperula). Одни из них были типичными степными растениями, а другие теневыносливыми, лесными.

Степной вид ясменника колокольчиковидного (Asperula glauca) имеет сизые узкие иглообразные толстые листья с сильно развитой — двухслойной палисадной паренхимой; края листьев немного загнуты вниз. Это типичный ксерофит, растущий, на открытой местности в степной полосе или полупустынях. Второй вид — ясменник душистый (Asperula odorata) — характерен для влажных и очень тенистых участков лиственного леса; у растений этого вида широкая и тонкая пластинка, однослойная палисадная ткань, состоящая из укороченных и рыхло расположенных клеток. У обоих видов Asperula было проведено сравнительное изучение анатомического строения и интенсивности транспирации.

Такие же исследования провел Б. А. Келлер с двумя видами подмаренника: весенний (Gallium verum) и крестовидный (Gallium cruciata). Полученные им данные также свидетельствуют о том, что условия произрастания оказывают большое влияние на анатомическую структуру и физиологические особенности растения. Если ксерофиты одновременно являются гелиофитами, то мезофиты и даже гигрофиты не обязательно являются теневыносливыми растениями.

Различие между стойкими и нестойкими против засухи растениями обусловлено характером тех изменений в обмене веществ, которые возникают у растения под влиянием обезвоживания. Так, уровень оводненности ткани пшеницы выше у неустойчивых против засухи сортов по сравнению с устойчивыми. Кроме того, у неустойчивых сортов наблюдается более высокий уровень гидролитического действия ферментов углеводного и белкового обменов. Однако эти признаки непостоянны и проявляются лишь в условиях полного насыщения водой, а при нарушении водоснабжения они быстро утрачиваются. Результаты исследований показали, что приспособительные свойства у засухоустойчивых форм растений возникают под влиянием условий их существования.

В онтогенезе растения неодинаково чувствительны к недостатку воды. Очень чувствительны растения к недостатку воды в периоды наибольшего роста конкретного органа или всего растения. Для каждого вида растений существуют критические периоды, т. е. периоды наибольшей чувствительности к снабжению водой.

В период генеративного развития растений на ранних этапах развития засуха приводит к стерильности цветков, а на более поздних — к снижению качества и количества урожая плодов и семян. Важно подчеркнуть, что именно в критические периоды растения наиболее интенсивно растут и формируют хозяйственно полезные органы (плоды, семена и др.).

Для определения устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды используют разнообразные методы. Это в первую очередь визуальная диагностика состояния растений: высота растения, кустистость, темпы роста, формирование листового аппарата, окраска листьев и т. д. Как правило, такие показатели используют при прямых полевых или вегетационных методах выращивания. Однако трудоемкость и продолжительность прямых методов вызвали необходимость разработки лабораторных методов диагностики устойчивости растений. В основе этих методов лежат изменения физиологических и биохимических процессов, происходящих в растениях.

В зависимости от вида действующего фактора можно выделить такие показатели, как водоудерживающая способность растений, содержание свободной и связанной воды, эластичность и вязкость протоплазмы. Для определения засухоустойчивости растений применяют метод крахмальной пробы, определение выхода электролитов из тканей растений и содержания статолитного крахмала, устойчивость пигментного комплекса, скорость движения цитоплазмы.

Применяя различные методы определения устойчивости растений, можно уже на ранних этапах роста и развития растений выявить возможность выращивания их в той или иной экологической среде.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Володько И.К. ''Микроэлементы и устойчивость растений к неблагоприятным условиям'', Минск, Наука и техника, 1983г.

2. Горышина Т.К. ''Экология растений'', уч. Пособие для ВУЗов, Москва, В. школа, 1979г.

3. Прокофьев А.А. ''Проблемы засухоустойчивости растений'', Москва, Наука, 1978г.

4. Уоринг Ф., Филлипс И. ''Рост растений и дифференцировка'', Москва, Мир, 1984г.

Изучение стратегий адаптации к водному дефициту на примере суккулентов ботанического сада

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Цель нашего исследования: изучение адаптивных возможностей суккулентных растений

Для достижения цели, мы поставили перед собой следующие задачи:

1)Посетить оранжерею суккулентов ботанического сада ЮФУ. Сделать обзор флоры суккулентов Ботанического сада и условий их содержания

2) Изучить стратегии адаптации к водному дефициту суккулентов.

3) Познакомиться с литературой о суккулентах.

4) Рассмотреть группы суккулентов в зависимости от стратегии к адаптации.

5) Сделать срезы суккулентов и растений других экологических групп для изучения количества устьиц

6) Проверить части растения суккулентов на наличие электрического потенциала

7) Проверить скорость высыхания влаги суккулентов

Объект данного исследования: адаптивные стратегии к сохранению влаги и переживанию неблагоприятных условий

Предмет исследования: Суккулентные растения

Гипотеза: Условия существования с недостатком влаги приводят к сходным адаптивным стратегиям

Методы исследования:

Моя мама в детстве коллекционировала кактусы. Она рассказывала мне много интересного о них. Мне посчастливилось познакомиться с многообразием этих удивительных растений во время экскурсии по одной из оранжерей Ботанического сада.

Основные требования к условиям содержания суккулентных растений зависят от времени года: летом – достаточное количество прямых солнечных лучей, зимой защита от горячего воздуха центрального отопления и обеспечение сухой и холодной зимовки. Постоянно небольшой полив (они очень не любят чрезмерное увлажнение). Специальный грунт и борьба с вредителями.

Я была поражена рассказом экскурсовода о этих растениях и мне захотелось узнать, как они выживают в естественных условиях при недостатке влаги. К сожалению, большинство терминов и определений мне было неизвестно. В дальнейшем я решила провести социологический опрос среди одноклассников, знакомы ли эти термины им.

Теоретическая часть

Данное понятие не имеет отношения к систематике, оно обозначает совокупность характеристик внешнего облика и адаптивных приспособлений, приобретенных в ходе эволюции. Они способны не только запасать, но и экономно расходовать эти запасы. Они остаются жизнеспособными даже тогда, когда почва полностью высыхает и их хорошо развитая, как правило поверхностная корневая система, не может всосать и грамма воды.

Чтобы адаптироваться к жизни в жарких и засушливых местах, растения вынуждены эволюционировать.

В процессе эволюции у растений произошло расхождение признаков – дивергенция. У растений расхождение признаков проявляется в форме листьев, корней. У кактусов, например, листья стали колючками

В процессе конвергенции растения, произрастающие в похожих условиях, независимо друг от друга приобрели толстый стебель и шипы для защиты. Суккуленты в ходе эволюции вынуждены были приобрести дополнительные, иногда причудливые формы адаптации. Адаптации – это итог эволюционного развития.

Физиологические адаптации:

- сокращение транспирации путем сворачивания листьев внутрь розетки и приобретения компактной формы

- особый путь фотосинтеза. Потому что днем устьица закрыты и они вынуждены использовать продукты дыхания

- снижение воздействия жары с помощью электрических потенциалов. Перераспределение положительных и отрицательных ионов по обе стороны клеточной мембраны являются источником электрических явлений у растений

- сбрасывание листьев. Перед засухой эти суккуленты поглощают влагу из мясистых листьев и сбрасывают их

- летний период покоя. В этот период листья сворачиваются внутрь и частично усыхают. Транспирация и фотосинтез замедляются и рост останавливается

Биохимические адаптации:

- САМ – фотосинтез: особенностью этого типа является разделение во времени процессов первичной ассимиляции СО2 из атмосферы и последующих биохимических превращений. Они запасают его ночью в виде яблочной кислоты. Днем полностью останавливают дыхание, если очень жарко и в это время их устьица закрыты

- Длительному сохранению влаги способствует связывание воды со слизистыми веществами (пектинами), в результате чего образуется коллоидный раствор, который препятствует испарению.

Морфологические адаптации:

- своеобразная форма листьев. Округлые и овальные, растущие в западно-восточном направлении, благодаря чему в жаркое время солнце попадает только на края листьев

- листья собраны в розетку, стебель укорочен. Листья цилиндрические или круглые. Верхние притеняют нижние, что способствует, а расположение листьев позволяет влаге конденсироваться в основании растения

- желобообразная форма листа. По желобам атмосферные осадки стекают к корням

- сокращение количества устьиц

- светлая окраска листьев

- редукция листьев, что способствует сокращению площади. Колючки не только защищают, но и затеняют растение. Они служат буфером, помогающим защититься от горячего и сухого воздуха

- геофотизация – закапывание в землю

- длинные корни, достигающие глубоких подземных водоносных слоев

- поверхностные, хорошо развитые корни. Помогающие эффективно собирать влагу от росы и после дождей

- защитные пигменты, снижающие уровень негативного влияния солнечной радиации

- прозрачные клетки кожицы без хлоропластов. Это приспособление позволяет солнечным лучам проникать вглубь листа для фотосинтеза, поточу что большая часть его находится под землей

- полученную воду суккуленты запасают впрок в водоносной паренхиме. Особенностью строения этой ткани являются тонкостенные клетки и крупные вакуоли с клеточным соком внутри.

- сферообразная плиссированнная форма. Растения засушенных мест должны решать одновременно две задачи: иметь максимальный объем, который позволит накапливать больше влаги, но в то же время поверхность испарения должна быть наименьшей.

Выделяют следующие группы суккулентов, по типу водозапасающего органа:

- стеблевыми – запасают влагу в стебле, который служит опорой и защитой. В нем содержится хлорофилл, что позволяет производить процесс фотосинтеза и испарения. Листья редуцированы в колючки. только в период дождей, потом листья опадают. Кактусы, молочаи

- листовыми – имеют толстые и мясистые листья. Их типичная форма – розетка. Алоэ, Гавории, Агавы, Гастерии, Эхеверии, крассулы

- корневые или каудесформные (лат. caudex — ствол) – имеют утолщенную часть стебля или корня, которая служит запасающим органом для воды. Адения, Цифостема, адениум

В ботаническом саду ЮФУ можно увидеть все виды приспособительных адаптаций, так как там мы узнали в результате нашего флористического обзора. выращивают суккуленты различных материков.

Обзор флоры суккулентов Ботанического сада из различных географических районов

Наличие в коллекции ботанического сада

Алоэ, толстянки, спапелии

Пустыня Намаланд и возвышенности Намиба

Котелидоны, толстянки, отонны, мезебриантемумы, ластовневые, суккулентные молочаи

Толстянковые, лилейные, сложноцветные

Мезембриантемумы, стапелии, молочаи. крестовики

Кактусы, юкки, Агавы, седумы

Опунциевые, эхинокактусавые, маммиляриевые, цереусовые

Агавы, эхеверии, седумы

Влажные леса Бразилии

Каланхоэ, эониумы, бриофиллумы – листовые представители

Эпифиллумы, перескии, селеницереусы, апорокактусы, рипсалисы – стеблевые представители

Седум (очиток), Молодило (семпервивум), иглица (рускус), солянка (саликола), сведа (шведка)

Практическая часть

В практической части нашей работы мы решили изучить вышеперечисленные адаптации.

На первом этапом практической части был проведен опрос 35 одноклассников. Нами были предложены следующие вопросы

Какие экологические группы растений по отношению к воде вы знаете?

Какие приспособления есть у растений для сохранения влаги?

Все ли суккуленты кактусы?

Какие суккуленты известны вам?

В результате опроса мы выявили:

26 человек не знают экологических групп растений по отношению к влаге

17 человек не смогли назвать более одного приспособления для сохранения влаги

29 человек считают, что кактусы и суккуленты это синонимы

6 человек затруднялись ответить какие им известны суккуленты

На следующем этапе практической работы мы изучали адаптации суккулентов

Опыт №1. Биохимические адаптации.

Цель: Изучить скорость высыхания сока различных растений

Гипотеза: дольше всего будет высыхать капля сока алоэ, так как коллоидный раствор богат слизистыми веществами, которые будут препятствовать быстрому испарению

Капнем на покровные стекла одинаковое количество сока алоэ, капусты и воды. Дождемся полного испарения. Приложение 1

Время полного испарения

Вывод: Быстрее всего испарилась вода. Медленнее всего сок алоэ

Опыт №2 Морфологические адаптации

Цель: Сравним количество устьиц в изучаемых образцах.

Гипотеза: количество устьиц у алоэ будет наименьшим

Сделаем срез растений разных экологических групп по отношению к воде.

Для опыта взяли: лист алоэ, капусты, традесканции.

Количество устьиц в поле зрения

Вывод: Максимальное количество устьиц нами обнаружено у капусты, минимальное у алоэ

Опыт №3 Физиологические адаптации

Цель: Проверим как быстро растения засохнут без воды.

Гипотеза: длительное отсутствие влаги лучше всего перенесет растение алоэ, потому что процесс транспирации снижается

Для опыта взяли растения: алоэ, хлорофитум, петрушку Приложение 2

Вывод: быстрее всего влагу потеряла петрушка, лучше всего длительный период отсутствия влаги пережил алоэ

Работая над своим проектом, мы получили новые знания о суккулентных растениях. Цель работы достигнута. Мы узнали, что суккуленты – понятие общее. Так называют группу многолетних засухоустойчивых растений, которые способны накапливать влагу в специальной водозапасающей ткани и имеют ряд приспособлений для её экономного использования в засушливый период. На нашей планете всюду, где есть пустыни и полупустыни, местные растения независимо от своего происхождения приспосабливаются к условиям жизни подобным образом. Это значит, что моя гипотеза доказана. Сходные условия существования растений приводят к появлению сходных общих признаков

В дальнейшем я предполагаю собрать коллекцию суккулентов, в которой будут растения с различными приспособлениями к недостатку влаги и жаркому климату и сделать выставку в школе

Список литературы

Д.Бабин Кактусы и другие суккуленты Издательство: "Миринда" (2000) 224 стр.

Богданов К. Ю. Физик в гостях у биолога. - М.: Наука, 1986. 144 с.

Татьяна Дорошенко, Суккуленты, ЛитРес. 2007, 230 стр

Майлс Андерсон: Кактусы и суккуленты Иллюстрированная энциклопедия. Ниола 21-й век 2002
264

Читайте также: