Реакциите на неблагоприятни фактори на околната среда само при определени условия са вредни за живите организми и в повечето случаи имат адаптивна стойност. Следователно, тези отговори бяха наречени от Selye "синдром на обща адаптация". В по-късни произведения термините „стрес“ и „общ адаптационен синдромтой използва като синоними.

Адаптиране- това е генетично обусловен процес на формиране на защитни системи, които осигуряват повишаване на стабилността и протичането на онтогенезата при неблагоприятни за него условия.

Адаптирането е един от най-важните механизми, който повишава стабилността на биологичната система, включително и на растителния организъм, в променените условия на съществуване. Колкото по-добре организмът е адаптиран към даден фактор, толкова по-устойчив е на неговите колебания.

Генотипно определената способност на организма да променя метаболизма в определени граници, в зависимост от действието външна средаНаречен скорост на реакция. Той се контролира от генотипа и е характерен за всички живи организми. Повечето от модификациите, които се случват в рамките на нормата на реакцията, имат адаптивно значение. Те съответстват на промените в местообитанията и осигуряват по-добро оцеляване на растенията при променливи условия на околната среда. В това отношение подобни модификации са от еволюционно значение. Терминът "скорост на реакцията" е въведен от V.L. Йохансен (1909).

Колкото по-голяма е способността на даден вид или сорт да се модифицира според заобикаляща среда, толкова по-широка е скоростта му на реакция и толкова по-висока е способността му за адаптиране. Това свойство отличава устойчиви сортовекултури. По правило леките и краткотрайни промени в факторите на околната среда не водят до значителни нарушения на физиологичните функции на растенията. Това се дължи на способността им да поддържат относителния динамичен баланс на вътрешната среда и стабилността на основните физиологични функции в променяща се външна среда. В същото време острите и продължителни въздействия водят до нарушаване на много функции на растението и често до неговата смърт.

Адаптацията включва всички процеси и адаптации (анатомични, морфологични, физиологични, поведенчески и др.), които повишават стабилността и допринасят за оцеляването на вида.

1.Анатомични и морфологични адаптации. При някои представители на ксерофити дължината на кореновата система достига няколко десетки метра, което позволява на растението да използва подземни водии да не изпитват липса на влага в условия на почвена и атмосферна суша. При други ксерофити наличието на дебела кутикула, опушване на листата и превръщането на листата в шипове намаляват загубата на вода, което е много важно при условия на липса на влага.

Изгарящите косми и шипове предпазват растенията от изяждане от животни.

Дърветата в тундрата или на високи планински височини изглеждат като клекнали пълзящи храсти, през зимата са покрити със сняг, което ги предпазва от силни студове.

В планинските райони с големи дневни температурни колебания растенията често имат формата на сплескани възглавници с гъсто разположени многобройни стъбла. Това ви позволява да запазите влагата във възглавниците и относително еднаква температура през целия ден.

В блатата и водни растенияобразува се специален въздухоносен паренхим (аеренхим), който е резервоар с въздух и улеснява дишането на потопените във вода части на растението.

2. Физиологични и биохимични адаптации. При сукулентите адаптация за отглеждане в пустинни и полупустинни условия е асимилацията на CO 2 по време на фотосинтезата по пътя на CAM. Тези растения имат затворени устия през деня. Така растението пази вътрешните водни запаси от изпаряване. В пустините водата е основният фактор, ограничаващ растежа на растенията. Устицата се отварят през нощта и по това време CO 2 навлиза във фотосинтетичните тъкани. Последващото участие на CO2 във фотосинтетичния цикъл се случва през деня, вече при затворени устици.

Физиологичните и биохимичните адаптации включват способността на устицата да се отварят и затварят в зависимост от външните условия. Синтез в клетките на абсцицинова киселина, пролин, защитни протеини, фитоалексини, фитонциди, повишена активност на ензими, които противодействат на окислителното разпадане органична материя, натрупването на захари в клетките и редица други промени в метаболизма допринасят за повишаване на устойчивостта на растенията към неблагоприятни условия на околната среда.

Една и съща биохимична реакция може да се проведе от няколко молекулярни форми на един и същ ензим (изоензими), докато всяка изоформа проявява каталитична активност в относително тесен диапазон на някои параметър на околната среда, като температура. Наличието на редица изоензими позволява на растението да провежда реакцията в много по-широк температурен диапазон в сравнение с всеки отделен изоензим. Това позволява на растението да изпълнява успешно жизненоважни функции при променящи се температурни условия.

3. Поведенчески адаптации или избягване на неблагоприятен фактор. Пример за това са ефемерите и ефемероидите (мак, звездно цвете, минзухари, лалета, кокичета). Те преминават през целия цикъл на своето развитие през пролетта за 1,5-2 месеца, дори преди началото на горещината и сушата. Така те някак си напускат или избягват да попаднат под влиянието на стресора. По подобен начин раннозреещите сортове селскостопански култури образуват реколта преди началото на неблагоприятни сезонни събития: августовски мъгли, дъждове, слани. Следователно селекцията на много селскостопански култури е насочена към създаване на ранно узрели сортове. Многогодишните растения зимуват като коренища и луковици в почвата под сняг, което ги предпазва от замръзване.

Адаптирането на растенията към неблагоприятни фактори се извършва едновременно на много нива на регулация - от единична клетка до фитоценоза. Колкото по-високо е нивото на организация (клетка, организъм, популация), толкова по-голям е броят на механизмите, които едновременно участват в адаптацията на растенията към стрес.

Регулирането на метаболитните и адаптивните процеси вътре в клетката се осъществява с помощта на системи: метаболитни (ензимни); генетичен; мембрана. Тези системи са тясно свързани. По този начин свойствата на мембраните зависят от генната активност, а диференциалната активност на самите гени е под контрола на мембраните. Синтезът на ензимите и тяхната активност се контролират на генетично ниво, като в същото време ензимите регулират метаболизма на нуклеиновата киселина в клетката.

На ниво на организмакъм клетъчните механизми на адаптация се добавят нови, отразяващи взаимодействието на органите. При неблагоприятни условия растенията създават и запазват такъв брой плодови елементи, които са снабдени в достатъчни количества с необходимите вещества за образуване на пълноценни семена. Например, в съцветията на култивираните зърнени култури и в короните на овощните дървета, при неблагоприятни условия, повече от половината от положените яйчници могат да паднат. Такива промени се основават на конкурентни отношения между органите за физиологично активни и хранителни вещества.

При стресови условия процесите на стареене и опадане на долните листа рязко се ускоряват. При което необходими на растениятавеществата се придвижват от тях към младите органи, отговаряйки на стратегията за оцеляване на организма. Благодарение на рециклирането на хранителни вещества от долните листа, по-младите, горните листа, остават жизнеспособни.

Има механизми за регенерация на загубени органи. Например, повърхността на раната е покрита с вторично покривна тъкан(перидерма на раната), рана на ствола или клона заздравява с приливи (мазоли). Със загубата на апикалния летораст в растенията се пробуждат спящи пъпки и интензивно се развиват страничните издънки. Пролетното възстановяване на листа вместо паднали през есента също е пример за естествена регенерация на органи. Регенерацията като биологична адаптация, която осигурява вегетативно размножаванерастения по сегменти на корена, коренище, талус, стволови и листни резници, изолирани клетки, отделни протопласти, има голямо практическо значение за растениевъдството, овощарството, горското стопанство, декоративното градинарство и др.

Хормоналната система също участва в процесите на защита и адаптация на растително ниво. Например, когато действате неблагоприятни условиясъдържанието на инхибитори на растежа рязко се увеличава в растението: етилен и абсцисна киселина. Те намаляват метаболизма, инхибират процесите на растеж, ускоряват стареенето, падането на органите и преминаването на растението в състояние на покой. Инхибирането на функционалната активност при стрес под въздействието на инхибитори на растежа е характерна реакция за растенията. В същото време се намалява съдържанието на стимуланти на растежа в тъканите: цитокинин, ауксин и гиберелини.

На ниво на населениетодобавя се селекция, която води до появата на по-адаптирани организми. Възможността за селекция се определя от наличието на вътрешнопопулационна вариабилност в устойчивостта на растенията към различни фактори на околната среда. Пример за вариабилност на резистентността в рамките на популацията може да бъде недружелюбната поява на разсад върху засолена почва и увеличаване на вариацията във времето на покълване с увеличаване на действието на стресор.

Един вид в съвременния поглед се състои от голям брой биотипове - по-малки екологични единици, генетично идентични, но показващи различна устойчивост към факторите на околната среда. AT различни условияне всички биотипове са еднакво жизнени и в резултат на конкуренцията остават само онези от тях, които най-добре отговарят на дадените условия. Тоест устойчивостта на популация (сорт) към определен фактор се определя от устойчивостта на организмите, които съставляват популацията. Устойчивите сортове имат в състава си набор от биотипове, които осигуряват добра продуктивност дори при неблагоприятни условия.

В същото време, в процеса на продължително отглеждане, съставът и съотношението на биотиповете в популацията се променят в сортовете, което се отразява на продуктивността и качеството на сорта, често не към по-добро.

И така, адаптацията включва всички процеси и адаптации, които повишават устойчивостта на растенията към неблагоприятни условия на околната среда (анатомични, морфологични, физиологични, биохимични, поведенчески, популационни и др.)

Но за да изберете най-ефективния начин на адаптация, основното е времето, през което тялото трябва да се адаптира към новите условия.

При внезапно действие на екстремен фактор реакцията не може да бъде забавена, тя трябва да последва незабавно, за да се изключи необратимо увреждане на растението. При дългосрочни въздействия на малка сила адаптивните пренареждания настъпват постепенно, докато изборът на възможни стратегии се увеличава.

В тази връзка има три основни стратегии за адаптация: еволюционен, онтогенетичени спешно. Задачата на стратегията е ефективното използване на наличните ресурси за постигане на основната цел – оцеляването на организма под стрес. Стратегията за адаптация е насочена към поддържане на структурната цялост на жизненоважните макромолекули и функционалната активност на клетъчните структури, поддържане на системите за регулиране на жизнената активност и осигуряване на растенията с енергия.

Еволюционни или филогенетични адаптации(филогенезата – развитието на биологичен вид във времето) – това са адаптации, които възникват по време на еволюционния процес на базата на генетични мутации, селекция и се унаследяват. Те са най-надеждни за оцеляване на растенията.

Всеки вид растения в процеса на еволюция е развил определени потребности от условията на съществуване и приспособимост към екологичната ниша, която заема, стабилна адаптация на организма към околната среда. Влаго- и сеноустойчивост, топлоустойчивост, студоустойчивост и други екологични особености на специфични растителни видове се формират в резултат на продължително действие на съответните условия. Така топлолюбивите и растенията с къс ден са характерни за южните ширини, по-малко взискателните към топлината и растенията с дълъг ден са характерни за северните ширини. Добре известни са многобройни еволюционни адаптации на ксерофитните растения към сушата: икономично използване на вода, дълбоко разположена коренова система, окапване на листата и преминаване в състояние на покой и други адаптации.

В тази връзка сортовете селскостопански растения показват устойчивост именно към онези фактори на околната среда, срещу които се извършва отглеждането и селекцията на продуктивни форми. Ако селекцията се извършва в редица последователни поколения на фона на постоянното влияние на някакъв неблагоприятен фактор, то устойчивостта на сорта към него може значително да се повиши. Естествено е, че сортовете, отглеждани от Научноизследователския институт по земеделие на Югоизток (Саратов), са по-устойчиви на суша от сортовете, създадени в развъдните центрове на Московска област. По същия начин в екологични зони с неблагоприятни почвено-климатични условия се формират устойчиви местни растителни сортове, а ендемичните растителни видове са устойчиви на стресора, който се изразява в местообитанието им.

Характеристика на устойчивостта на сортовете пролетна пшеница от колекцията на Всеруския институт по растениевъдство (Семенов и др., 2005)

В естествена среда условията на околната среда обикновено се променят много бързо и времето, през което стресовият фактор достига увреждащо ниво, не е достатъчно за формиране на еволюционни адаптации. В тези случаи растенията използват не постоянни, а предизвикани от стресор защитни механизми, чието формиране е генетично предопределено (детерминирано).

Онтогенетични (фенотипни) адаптациине са свързани с генетични мутации и не се унаследяват. Формирането на такива адаптации изисква относително дълго време, затова те се наричат ​​дългосрочни адаптации. Един от тези механизми е способността на редица растения да образуват водоспестяващ фотосинтетичен път от типа CAM при условия на дефицит на вода, причинен от суша, соленост, ниски температури и други стресови фактори.

Тази адаптация се свързва с индуцирането на експресия на гена на фосфоенолпируват карбоксилаза, който е неактивен при нормални условия, и гените на други ензими от CAM пътя на поглъщане на CO2, с биосинтеза на осмолити (пролин), с активиране на антиоксидант системи и с промени в дневните ритми на устните движения. Всичко това води до много икономична консумация на вода.

При полските култури, например при царевицата, аеренхимът липсва при нормални условия на отглеждане. Но при условия на наводнение и липса на кислород в тъканите в корените, някои от клетките на първичния кортекс на корена и стъблото умират (апоптоза или програмирана клетъчна смърт). На тяхно място се образуват кухини, през които се транспортира кислород от надземните части на растението кореновата система. Сигналът за клетъчна смърт е синтезът на етилен.

Спешна адаптацияпротича при бързи и интензивни промени в условията на живот. Тя се основава на формирането и функционирането на системи за защита от удар. Системите за защита от удар включват например протеиновата система на топлинен шок, която се образува в отговор на бързо повишаване на температурата. Тези механизми осигуряват краткосрочни условия за оцеляване под действието на увреждащ фактор и по този начин създават предпоставки за формиране на по-надеждни дългосрочни специализирани адаптационни механизми. Пример за специализирани адаптационни механизми е новообразуването на антифриз протеини при ниски температури или синтеза на захари по време на презимуване на зимни култури. В същото време, ако увреждащият ефект на фактора надвишава защитните и репаративните способности на организма, тогава неизбежно настъпва смърт. В този случай организмът умира на етап спешна или на етап специализирана адаптация, в зависимост от интензивността и продължителността на екстремния фактор.

Разграничаване специфичнии неспецифичен (общ)реакции на растенията към стресови фактори.

Неспецифични реакциине зависят от естеството на действащия фактор. Те са еднакви под действието на висока и ниска температура, липса или излишък на влага, висока концентрациясоли в почвата или вредни газове във въздуха. Във всички случаи се увеличава пропускливостта на мембраните в растителните клетки, дишането се нарушава, хидролитичното разлагане на веществата се увеличава, синтезът на етилен и абсцизинова киселина се увеличава, а клетъчното делене и удължаване се инхибират.

Таблицата показва комплекс от неспецифични промени, настъпващи в растенията под въздействието на различни фактори на околната среда.

Промени във физиологичните параметри на растенията под влияние на стресови условия (по G.V., Udovenko, 1995)

Въз основа на данните в таблицата се вижда, че устойчивостта на растенията към няколко фактора е придружена от еднопосочни физиологични промени. Това дава основание да се смята, че повишаването на устойчивостта на растенията към един фактор може да бъде придружено от повишаване на устойчивостта към друг. Това е потвърдено от експерименти.

Експерименти в Института по физиология на растенията на Руската академия на науките (Vl. V. Kuznetsov et al.) показват, че краткосрочните резултати показват, че топлинна обработкапамуковите растения се придружава от повишаване на тяхната устойчивост към последващо засоляване. А адаптирането на растенията към соленост води до повишаване на тяхната устойчивост на високи температури. Топлинният шок повишава способността на растенията да се адаптират към последвалата суша и обратно, в процеса на засушаване се повишава устойчивостта на организма към висока температура. Краткосрочното излагане на високи температури повишава устойчивостта на тежки метали и UV-B радиация. Предходната суша благоприятства оцеляването на растенията в условия на засоляване или студ.

Процесът на повишаване на устойчивостта на организма към даден фактор на околната среда в резултат на адаптация към фактор от различно естество се нарича кръстосана адаптация.

За изследване на общите (неспецифични) механизми на резистентност от голям интерес представлява реакцията на растенията към фактори, които причиняват недостиг на вода в растенията: соленост, суша, ниски и високи температури и някои други. На нивото на целия организъм всички растения реагират на недостига на вода по един и същи начин. Характеризира се с инхибиране на растежа на леторастите, повишен растеж на кореновата система, синтеза на абсцицинова киселина и намаляване на устната проводимост. След известно време долните листа бързо остаряват и се наблюдава тяхната смърт. Всички тези реакции са насочени към намаляване на потреблението на вода чрез намаляване на изпарителната повърхност, както и чрез повишаване на абсорбционната активност на корена.

Специфични реакцииса реакции на действието на всеки един стресов фактор. И така, фитоалексините (вещества с антибиотични свойства) се синтезират в растенията в отговор на контакт с патогени (патогени).

Специфичността или неспецифичността на отговорите предполага, от една страна, отношението на растението към различни стресови фактори и, от друга страна, спецификата на реакциите на растенията. различни видовеи разновидности за същия стресор.

Проявата на специфични и неспецифични реакции на растенията зависи от силата на стреса и скоростта на неговото развитие. Специфични реакции се появяват по-често, ако стресът се развива бавно и тялото има време да се възстанови и адаптира към него. Неспецифичните реакции обикновено протичат с по-кратък и по-силен ефект на стресора. Функционирането на неспецифични (общи) механизми на съпротива позволява на растението да избягва големи енергийни разходи за формиране на специализирани (специфични) механизми за адаптация в отговор на всяко отклонение от нормата в условията на живот.

Устойчивостта на растенията към стрес зависи от фазата на онтогенезата. Най-стабилните растения и растителни органи в латентно състояние: под формата на семена, луковици; дървесни трайни насаждения - в състояние на дълбок покой след падане на листата. Растенията са най-чувствителни в млада възраст, тъй като процесите на растеж се увреждат на първо място при стресови условия. Вторият критичен период е периодът на образуване на гамети и оплождане. Ефектът на стреса през този период води до намаляване на репродуктивната функция на растенията и намаляване на добива.

Ако стресовите условия се повтарят и имат ниска интензивност, те допринасят за втвърдяването на растенията. Това е основата за методи за повишаване на устойчивостта на ниски температури, топлина, соленост и повишено съдържание на вредни газове във въздуха.

Надеждностна растителен организъм се определя от способността му да предотвратява или премахва неуспехите на различни нива на биологична организация: молекулярно, субклетъчно, клетъчно, тъканно, органно, органично и популационно.

За предотвратяване на смущения в живота на растенията под въздействието на неблагоприятни фактори, принципите съкращаване, хетерогенност на функционално еквивалентни компоненти, системи за ремонт на изгубени конструкции.

Резервирането на структури и функционалност е един от основните начини за гарантиране на надеждността на системите. Съкращаването и излишъкът имат множество прояви. На субклетъчно ниво запазването и дублирането на генетичен материал допринасят за повишаване на надеждността на растителния организъм. Това се осигурява например от двойната спирала на ДНК, чрез увеличаване на плоидността. Надеждността на функционирането на растителния организъм при променящи се условия се подкрепя и от наличието на различни молекули РНК и образуването на хетерогенни полипептиди. Те включват изоензими, които катализират една и съща реакция, но се различават по своите физични и химични свойстваи стабилността на молекулярната структура при променящи се условия на околната среда.

На клетъчно ниво пример за излишък е излишъкът от клетъчни органели. Така е установено, че част от наличните хлоропласти е достатъчна, за да осигури на растението продукти от фотосинтезата. Останалите хлоропласти като че ли остават в резерв. Същото се отнася и за общото съдържание на хлорофил. Излишъкът се проявява и в голямо натрупване на прекурсори за биосинтеза на много съединения.

На ниво организми принципът на излишеството се изразява в образуването и полагането в различно време на повече издънки, цветя, класове, отколкото е необходимо за смяната на поколенията, в огромно количество цветен прашец, семенници, семена.

На популационно ниво принципът на излишък се проявява в голям брой индивиди, които се различават по устойчивост към определен стресов фактор.

Ремонтните системи също работят на различни нива – молекулярно, клетъчно, органично, популационно и биоценотично. Репаративните процеси протичат с разхода на енергия и пластични вещества, следователно репарацията е възможна само ако се поддържа достатъчна скорост на метаболизма. Ако метаболизмът спре, тогава репарацията също спира. При екстремни условия на околната среда, особено голямо значениеима запазване на дишането, тъй като именно дишането осигурява енергия за репарационните процеси.

Редукционната способност на клетките на адаптирани организми се определя от устойчивостта на техните протеини към денатурация, а именно от стабилността на връзките, които определят вторичната, третичната и четвъртичната структура на протеина. Например, устойчивостта на зрелите семена към високи температури обикновено се свързва с факта, че след дехидратация техните протеини стават устойчиви на денатурация.

Основният източник на енергиен материал като субстрат за дишане е фотосинтезата, следователно, енергийното снабдяване на клетката и свързаните с нея репарационни процеси зависят от стабилността и способността на фотосинтетичния апарат да се възстановява от увреждане. За да се поддържа фотосинтезата при екстремни условия в растенията, синтезът на компонентите на тилакоидната мембрана се активира, окисляването на липидите се инхибира и ултраструктурата на пластида се възстановява.

На ниво организми пример за регенерация е развитието на заместващи издънки, пробуждането на спящи пъпки, когато точките на растеж са повредени.

Ако откриете грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.

Въведение

1. Местообитания и фактори на околната среда

1.1 Въздушна среда

1.2 Водна среда

1.3 Фактори на околната среда

2. Адаптиране

2.1 Адаптиране на растенията към атмосферното замърсяване

2.2 Адаптиране на растенията към солеността на почвата

2.2.1 Растения и тежки метали

2.3 Адаптиране на растенията към биотичните фактори

2.4 Адаптиране на растенията към абиотични фактори

2.4.1 Температурен ефект

2.4.2 Влияние на светлината върху растенията

3. Изследователска част

Заключение

използван информационни ресурсипри извършване на учебно-изследователска работа

10.Sbio. информация Първа био общност: информационен портал: [Елект. ресурс] // Биотични фактори на околната среда и видовете взаимодействия на организмите, причинени от тях [уебсайт] Режим на достъп: www.sbio. информация/страница. php? id=159 (04/02/10)

Приложение

Снимка № 1. Лист от трепетлика от парка.

Снимка №2. Лист, разположен до пътното платно.

Снимка №3. Прах върху тиксо от листо от парка.

Снимка №4. Прах върху лепкава лента от чаршаф до пътното платно.

Снимка №5. Лишай върху ствола на дърво в горски парк.

Адаптирането е развитието на всяка черта, която допринася за оцеляването на вида и неговото възпроизвеждане. В хода на живота си растенията се адаптират към: замърсяване на въздуха, соленост на почвата, различни биотични и климатични фактори и др. Всички растения и животни постоянно се адаптират към околната среда. За да се разбере как се случва това, е необходимо да се разгледа не само животното или растението като цяло, но и генетичната основа на адаптацията.

Във всеки вид програмата за развитие на черти е заложена в генетичния материал. Материалът и програмата, кодирани в него, се предават от едно поколение на следващо, като остават относително непроменени, така че представителите на един или друг вид изглеждат и се държат почти еднакво. Въпреки това, в популация от организми от всякакъв вид винаги има малки промени в генетичния материал и следователно вариации в характеристиките на отделните индивиди. Именно от тези разнообразни генетични вариации процесът на адаптация избира онези черти, които благоприятстват развитието на тези черти, които увеличават най-много шансовете за оцеляване и по този начин запазването на генетичния материал. Следователно адаптацията може да се разглежда като процес, чрез който генетичният материал подобрява шансовете си да бъде запазен в следващите поколения в променяща се среда.

Всички живи организми са приспособени към местообитанията си: блатни растения - към блата, пустинни растения - към пустини и т.н. Адаптация (от латинската дума adaptatio - приспособяване, приспособяване) - процесът, както и резултатът от приспособяване на структурата и функциите на организмите и техните органи към условията на местообитание. Общата адаптивност на живите организми към условията на съществуване се състои от множество индивидуални адаптации от много различни мащаби. Сухите растения имат различни приспособления за получаване на необходимата влага. Това е или мощна система от корени, понякога проникваща на дълбочина от десетки метри, или развитие на косми, намаляване на броя на устиците по листата, намаляване на площта на листата, което може драстично да намали изпаряването на влагата или, накрая, способността да се съхранява влагата в сочните части, като например при кактусите и еуфорбията.

Колкото по-сурови и по-трудни са условията на живот, толкова по-гениална и разнообразна е адаптивността на растенията към превратностите на околната среда. Често адаптацията стига толкова далеч, че външната среда започва напълно да определя формата на растението. И тогава растенията, принадлежащи към различни семейства, но живеещи в едни и същи сурови условия, често стават толкова сходни помежду си, че това може да бъде подвеждащо относно истинността на техните семейни връзки.

Например, в пустинни райони за много видове и преди всичко за кактуси, формата на топката се оказа най-рационална. Но не всичко, което има сферична форма и е осеяно с бодливи тръни, са кактуси. Такъв целесъобразен дизайн, който позволява оцеляването в най-трудните условия на пустини и полупустини, възниква и в други систематични групи растения, които не принадлежат към семейството на кактусите. Обратно, кактусите не винаги са под формата на топка или колона, осеяна с тръни.

Чести обитатели на тропическата джунгла са увивни и увивни растения, както и епифитни растения, които се заселват в короните на дървесни растения. Всички те се стремят да се измъкнат възможно най-скоро от вечния здрач на гъстия подлес на девствени гори. тропически гори. Те намират пътя си към светлината, без да създават мощни стволове и поддържащи системи, които изискват огромни разходи за строителни материали. Те спокойно се изкачват нагоре, като използват "услугите" на други растения, които действат като опори. За да се справят успешно с тази нова задача, растенията са измислили различни и доста технически усъвършенствани органи: прилепнали корени и листни дръжки с израстъци по тях, тръни по клоните, прилепнали оси на съцветия и т.н. Растенията имат на свое разположение примки за ласо; специални дискове, с помощта на които едно растение е прикрепено към друго с долната си част; подвижни кръгови куки, първо се вкопават в ствола на растението гостоприемник и след това се набъбват в него; различен видпритискащи устройства и накрая, много усъвършенстван захващащ апарат.

Устойчивостта на растенията към ниски температури се разделя на устойчивост на студ и устойчивост на замръзване. Студоустойчивостта се разбира като способността на растенията да понасят положителни температури малко над нулата. Студоустойчивостта е характерна за растенията от умерения пояс (ечемик, овес, лен, фий и др.). Тропическите и субтропичните растения се увреждат и загиват при температури от 0º до 10º C (кафе, памук, краставица и др.). За повечето земеделски растения ниските положителни температури не са вредни. Това се дължи на факта, че по време на охлаждане ензимният апарат на растенията не се разстройва, устойчивостта към гъбични заболявания не намалява и изобщо не настъпва забележимо увреждане на растенията.
Степен на студоустойчивост различни растенияне е същото. Много растения от южните ширини са повредени от студ. При температура от 3 ° C се увреждат краставица, памук, боб, царевица и патладжан. Сортовете се различават по студоустойчивост. За характеризиране на студоустойчивостта на растенията се използва концепцията за температурния минимум, при който растежът на растенията спира. За голяма група земеделски растения стойността му е 4 °C. Въпреки това, много растения имат по-висок температурен минимум и поради това са по-малко устойчиви на студ.

Устойчивостта на ниски температури е генетично обусловена черта. Студоустойчивостта на растенията се определя от способността на растенията да поддържат нормалната структура на цитоплазмата, да променят метаболизма по време на периода на охлаждане и последващото повишаване на температурата на достатъчно високо ниво.

Устойчивост на замръзване - способността на растенията да понасят температури под 0 ° C, ниски отрицателни температури. Устойчивите на замръзване растения са в състояние да предотвратят или намалят ефекта от ниските отрицателни температури. Замръзване през зимата с температури под -20 ° C са обичайни за значителна част от територията на Русия. Едногодишни, двугодишни и многогодишни растения са изложени на замръзване. Растенията издържат зимни условия в различни периоди от онтогенеза. При едногодишните насаждения зимуват семена (пролетни растения), кълнове (зимни култури), при двугодишни и трайни насаждения - грудки, кореноплоди, луковици, коренища, възрастни растения. Способността на зимните, многогодишните тревисти и дървесни овощни култури да презимуват се дължи на тяхната доста висока устойчивост на замръзване. Тъканите на тези растения могат да замръзнат, но растенията не умират.

Биотичните фактори са съвкупност от влияния, упражнявани от организмите един върху друг. Биотичните фактори, влияещи върху растенията, се делят на зоогенни и фитогенни.
Зоогенните биотични фактори са влиянието на животните върху растенията. На първо място, те включват храненето на растения от животни. Животното може да яде цялото растение или отделни негови части. В резултат на това, че животните ядат клони и издънки на растенията, короната на дърветата се променя. Повечето от семената се хранят с птици и гризачи. Растенията, които са увредени от животни-фитофаги, са принудени да се борят за съществуването си и, за да се предпазят, отглеждат тръни, усърдно отглеждат останалите листа и т.н. Екологично значим фактор е механичното въздействие, упражнявано от животните върху растенията: това е увреждане на цялото растение при изяждане от животни, както и утъпкване. Но има и много положителна страна на влиянието на животните върху растенията: едно от тях е опрашването.

Фитогенните биотични фактори включват влиянието на растенията, разположени на кратко разстояние едно върху друго. Има много форми на взаимоотношения между растенията: преплитане и сливане на корени, преплитане на корони, закрепване на клони, използване на едно растение от друго за закрепване и т.н. От своя страна, всяка растителна общност засяга съвкупността от абиотични (химични, физични, климатични, геоложки) свойства на своето местообитание. Всички знаем колко силно е изразена разликата между абиотичните условия, например в гора и в поле или степ. Следователно, заслужава да се отбележи, че биотичните фактори играят важна роля в живота на растенията.

Задача 1. Адаптиране на растенията към разпръскване на семената

Установете как растенията са се приспособили към разпространението на семена чрез насекоми, птици, бозайници и хора. Напълнете масата.

Адаптации на растенията за разпръскване на семена

Какви свойства притежават семената на растенията, изброени в таблицата, които допринасят за разпространението на семената чрез методите, които открихте? Дайте конкретни примери.

Взаимодействието на две популации теоретично може да се представи като сдвоени комбинации от символите "+", "-", "0", където "+" означава полза за населението, "-" - влошаване на популацията, т.е. , вреда и "0" - липсата на значителни промени във взаимодействието. Използвайки предложената символика, определете видовете взаимодействие, дайте примери за връзки и направете таблица в бележника си.

Биотични взаимоотношения

1. Използвайки дидактическия материал за раздаване, съставете хранителната мрежа на езерната екосистема.

2. При какви условия езерото няма да се промени за дълго време?

3. Какви действия на хората могат да доведат до бързо унищожаване на езерната екосистема?

Индивидуална задача за модул "От екологията на организмите към екологията на екосистемите" Вариант 6

Задача 1. Адаптиране на живите организми към екстремни условия на живот

Много организми през живота си периодично изпитват влиянието на фактори, които са много различни от оптималните. Те трябва да издържат на екстремни горещини, и студове, и летни засушавания, и пресъхване на водоемите, и липса на храна. Как се адаптират към такива екстремни условия, когато нормалният живот е много труден? Дайте примери за основните начини за адаптиране към прехвърлянето на неблагоприятни условия на живот

Задача 2. Биотични взаимоотношения.

Определете от графиките до какви последствия може да доведе връзката между два тясно свързани вида организми, живеещи в една и съща екологична ниша? Как се нарича тази връзка? Обяснете отговора.

Фиг.11. Ръстът на броя на два вида реснички-обувки (1 - чехъл с опашка, 2 - златен чехъл):

А - при отглеждане в чисти култури с голямо количество храна (бактерии); Б - в смесена култура, със същото количество храна

Задача 3. Естествени екосистеми на Южен Урал

1. Изгражда хранителната мрежа на речната екосистема.

2. При какви условия реката няма да се промени за дълго време?

3. Какви действия на хората могат да доведат до бързо унищожаване на речната екосистема?

4. Опишете трофичната структура на екосистемата с помощта на екологичните пирамиди на изобилие, биомаса и енергия.

Приспособимостта на онтогенезата на растенията към условията на околната среда е резултат от тяхното еволюционно развитие (изменчивост, наследственост, селекция). По време на филогенезата на всеки растителен вид, в процеса на еволюция, се развиват определени потребности на индивида от условията на съществуване и приспособимост към екологичната ниша, която заема. Влаго- и сеноустойчивостта, топлоустойчивостта, студоустойчивостта и други екологични особености на специфични растителни видове са се формирали в хода на еволюцията в резултат на продължително излагане на подходящи условия. И така, топлолюбивите растения и растенията с кратък ден са типични за южните ширини, по-малко взискателни към топлината и растенията на дълъг ден - за северните.

В природата, в един географски регион, всеки растителен вид заема екологична ниша, съответстваща на неговите биологични характеристики: влаголюбиви - по-близо до водните обекти, устойчиви на сянка - под горския покрив и др. Наследствеността на растенията се формира под влияние на определени условия на околната среда. Също така важни са външни условияонтогенезата на растенията.

В повечето случаи растенията и културите (насажденията) от селскостопански култури, изпитващи действието на определени неблагоприятни фактори, проявяват устойчивост към тях в резултат на адаптиране към условията на съществуване, които са се развили исторически, което отбеляза К. А. Тимирязев.

1. Основни жизнени среди.

При изследване на околната среда (местообитанието на растенията и животните и човешките производствени дейности) се разграничават следните основни компоненти: въздушната среда; водна среда (хидросфера); фауна (човеци, домашни и диви животни, включително риби и птици); флора (културни и диви растения, включително тези, които растат във вода); почва (растителен слой); подпочвени слоеве (горна част земната кора, в рамките на които е възможно копаене); климатична и акустична среда.

Въздушната среда може да бъде външна, в която повечето хора прекарват по-малка част от времето си (до 10-15%), вътрешна производствена (човек прекарва до 25-30% от времето си в нея) и вътрешна жилищна, където хората остават през повечето време (до 60 -70% или повече).

Външният въздух на земната повърхност съдържа по обем: 78,08% азот; 20,95% кислород; 0,94% инертни газове и 0,03% въглероден двуокис. На височина от 5 км съдържанието на кислород остава същото, докато азотът се увеличава до 78,89%. Често въздухът на повърхността на земята има различни примеси, особено в градовете: там той съдържа повече от 40 съставки, които са чужди на естествената въздушна среда. Вътрешният въздух в жилищата, като правило, има

повишено съдържание на въглероден диоксид, а вътрешният въздух на промишлените помещения обикновено съдържа примеси, чийто характер се определя от производствената технология. Сред газовете се отделя водна пара, която навлиза в атмосферата в резултат на изпарение от Земята. По-голямата част от него (90%) е концентрирана в най-ниския петкилометров слой на атмосферата, като с височина количеството му намалява много бързо. Атмосферата съдържа много прах, който попада там от повърхността на Земята и отчасти от космоса. По време на силни вълни ветровете улавят водни пръски от моретата и океаните. По този начин частиците сол попадат в атмосферата от водата. В резултат на вулканични изригвания, горски пожари, промишлени съоръжения и др. въздухът се замърсява от продукти на непълно изгаряне. Повечето прах и други примеси са в приземния слой на въздуха. Дори след дъжд 1 см съдържа около 30 хиляди прахови частици, а при сухо време има няколко пъти повече от тях в сухо време.

Всички тези малки примеси влияят на цвета на небето. Молекулите на газовете разпръскват късовълновата част от спектъра на слънчевия лъч, т.е. лилави и сини лъчи. Така през деня небето е синьо. А примесните частици, които са много по-големи от газовите молекули, разпръскват светлинни лъчи с почти всички дължини на вълната. Следователно, когато въздухът е прашен или съдържа водни капчици, небето става белезникаво. На голяма надморска височина небето е тъмно лилаво и дори черно.

В резултат на фотосинтезата, протичаща на Земята, растителността образува годишно 100 милиарда тона органични вещества (около половината се падат на моретата и океаните), като същевременно усвоява около 200 милиарда тона въглероден диоксид и отделя около 145 милиарда тона в заобикаляща среда. свободен кислород се смята, че поради фотосинтезата се образува целият кислород в атмосферата. Ролята на зелените площи в този цикъл е показана от следните данни: 1 хектар зелени площи пречиства въздуха от 8 кг въглероден диоксид средно за 1 час (200 души отделени през това време при дишане). Едно възрастно дърво отделя 180 литра кислород на ден и за пет месеца (от май до септември) абсорбира около 44 кг въглероден диоксид.

Количеството освободен кислород и погълнат въглероден диоксид зависи от възрастта на зелените площи, видовия състав, гъстотата на засаждане и други фактори.

Също толкова важни са и морските растения – фитопланктон (главно водорасли и бактерии), които отделят кислород чрез фотосинтеза.

Водната среда включва повърхностни и подземни води. Повърхностните води са концентрирани главно в океана, със съдържание от 1 милиард 375 милиона кубически километра - около 98% от цялата вода на Земята. Повърхността на океана (водна площ) е 361 милиона квадратни километра. Това е около 2,4 пъти повече площземя - територия, заемаща 149 милиона квадратни километра. Водата в океана е солена и по-голямата част от нея (повече от 1 милиард кубически километра) запазва постоянна соленост от около 3,5% и температура около 3,7 ° C. Забележими разлики в солеността и температурата се наблюдават почти изключително на повърхността воден слой, а също и в крайните и особено в Средиземно море. Съдържанието на разтворен кислород във водата намалява значително на дълбочина 50-60 метра.

Подземните води могат да бъдат солени, солени (по-ниска соленост) и пресни; съществуващите геотермални води имат повишена температура (повече от 30ºC).

За производствените дейности на човечеството и неговите битови нужди е необходима прясна вода, чието количество е само 2,7% от общия обем вода на Земята, а много малък дял (само 0,36%) е наличен на места, които са лесно достъпни за извличане. Повечето от прясната вода се намира в сняг и сладководни айсберги, открити в райони предимно в Антарктическия кръг.

Годишният глобален речен отток на прясна вода е 37,3 хиляди кубически километра. Освен това част подземни води, равно на 13 хиляди кубически километра. За съжаление, по-голямата част от речния поток в Русия, възлизащ на около 5000 кубически километра, попада върху маргиналните и слабо населени северни територии.

Климатичната среда е важен фактор, определящ развитието на различни животински видове, флораи нейната плодовитост. характерна чертаРусия е, че по-голямата част от нейната територия има много по-студен климат, отколкото в други страни.

Всички разглеждани компоненти на околната среда са включени в

БИОСФЕРА: обвивката на Земята, включваща част от атмосферата, хидросферата и горната част на литосферата, които са свързани помежду си от сложни биохимични цикли на миграция на материята и енергията, геоложката обвивка на Земята, обитавана от живи организми. Горната граница на живота на биосферата е ограничена от интензивната концентрация на ултравиолетовите лъчи; по-ниска - висока температура на земните недра (над 100`C). Крайните му граници се достигат само от низши организми – бактерии.

Адаптирането (приспособяването) на растението към специфични условия на околната среда се осигурява от физиологични механизми (физиологична адаптация), а в популация от организми (видове) - благодарение на механизмите на генетична вариабилност, наследственост и селекция (генетична адаптация). Факторите на околната среда могат да се променят редовно и произволно. Редовно променящите се условия на околната среда (смяна на сезоните) развиват в растенията генетична адаптация към тези условия.

В естествено за вида природни условияотглеждането или култивирането на растенията в процеса на техния растеж и развитие често се влияят от неблагоприятни фактори на околната среда, които включват температурни колебания, суша, прекомерна влага, соленост на почвата и др. Всяко растение има способността да се адаптира към променящите се условия на околната среда в рамките на неговия генотип. Колкото по-висока е способността на растението да променя метаболизма в съответствие с околната среда, толкова по-голяма е скоростта на реакцията на това растение и толкова по-добра е способността му за адаптиране. Това свойство отличава устойчивите сортове селскостопански култури. По правило леките и краткотрайни промени в факторите на околната среда не водят до значителни нарушения във физиологичните функции на растенията, което се дължи на способността им да поддържат относително стабилно състояние при променящи се условия на околната среда, тоест да поддържат хомеостазата. Острите и продължителни въздействия обаче водят до нарушаване на много функции на растението и често до неговата смърт.

Под влияние на неблагоприятни условия намаляването на физиологичните процеси и функции може да достигне критични нива, които не осигуряват изпълнението на генетичната програма на онтогенезата, енергийния метаболизъм, регулаторните системи, белтъчната обмяна и други жизненоважни функции на растителния организъм се нарушават. Когато растението е изложено на неблагоприятни фактори (стресори), в него възниква стресово състояние, отклонение от нормата - стрес. Стресът е обща неспецифична адаптивна реакция на организма към действието на всякакви неблагоприятни фактори. Има три основни групи фактори, които причиняват стрес в растенията: физически – недостатъчна или прекомерна влажност, светлина, температура, радиоактивно излъчване, механично натоварване; химически - соли, газове, ксенобиотици (хербициди, инсектициди, фунгициди, промишлени отпадъци и др.); биологични - увреждане от патогени или вредители, конкуренция с други растения, влияние на животни, цъфтеж, узряване на плодовете.