Адаптивные реакции растений на экологический стресс. Адаптации растений Какие адаптации способствовали широкому распространению семейных растений

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

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

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.

Очень редко семена прорастают на самом растении, как это наблюдается у так называемых живородящих представителей мангровых лесов. Гораздо чаще семена или плоды с заключенными в них семенами полностью теряют связь с материнским растением и начинают самостоятельную жизнь где-то в другом месте.

Часто семена и плоды падают недалеко от материнского растения и здесь же прорастают, давая начало новым растениям. Но чаще всего животные, ветер или вода уносят их на новые места, где они, если условия окажутся подходящими, могут прорасти. Так происходит расселение - необходимый этап в семенном размножении.

Для обозначения любых частей растения, служащих для расселения, существует очень удобный термин диаспора (от гроч. diaspeiro - рассеиваю, распространяю). Употребляются также такие термины, как «пропагула», «мигрула», «диссеминула» и «гермула», а в русской литературе, кроме того, предложенный В.Н. Хитрово термин «зачаток расселения». В мировой литературе получил распространенно термин «диаспора», хотя он, может быть, и не самый лучший. Основные диаспоры, с которыми мы будем иметь дело в этом разделе, - это семена и плоды, реже - целью соплодия или же, напротив, только части плода, очень редко целое растение.

Первоначально диаспорами цветковых растений являлись отдельные семена. Но, вероятно, уже на ранних этапах эволюции эта функция стала переходить к плодам. У современных цветковых растений диаспорами являются в одних случаях семена (особенно у примитивных групп), в других - плоды. У растений с вскрывающимися плодами, такими, как листовка, боб или коробочка, диаспорой является семя. Но с возникновением сочных плодов (ягод, костянок и пр.), а также нераскрывающихся сухих плодов (орешков, семянок и пр.) диаспорой становится сам плод. В некоторых семействах, например в семействе лютиковых, мы можем наблюдать оба типа диаспор.

У относительно очень небольшого числа цветковых растений диаспоры распространяются без участия каких-либо внешних агентов. Такие растения называются автохорами (от греч. autos - сам и choreo - отхожу, продвигаюсь), а само явленно - автохорией. Но у подавляющего большинства цветковых растений диаспоры распространяются посредством животных, воды, ветра или, наконец, человека. Это аллохоры (от греч. allos - другой).

В зависимости от агента, участвующего в распространении семян и плодов, аллохория подразделяется на зоохорию (от греч. zoon - животное), антропохорию (от греч, anthropos - человек), анемохорию (от греч. anomos - ветер) и гидрохорию (от греч. hydro - вода) (Фёдоров, 1980).

Автохория - распространение семян в результате активности каких-либо структур самого растения либо под влиянием силы тяжести. Например, створки бобов нередко резко скручиваются при вскрывании плода и отбрасывают семена. Опадение диаспор под действием силы тяжести называют барохорией.

Баллистохория - разбрасывание диаспор в результате упругих движений стеблей растений, вызванных порывами ветра, или возникающих, когда ка-кое-либо животное или человек при движении задевает растение. У баллистохорных гвоздичных диаспорами служат семена, а у зонтичных - мерикарпии.

Анемохория - распространение диаспор при помощи ветра. Диаспоры могут при этом распространяться в толще воздуха, по поверхности грунта или воды. Для анемохорных растений адаптивно выгодно увеличение парусности диаспор. Это может достигаться путем уменьшения их размеров. Так, семена Pyroloideae (грушанковых, одно из подсемейств вересковых - Ericaceae ) и орхидных очень мелкие, пылевидные и могут подхватываться даже конвективными потоками воздуха в лесу. Семена грушанковых и орхидных содержат недостаточно питательных веществ для нормального развития проростка. Наличие у этих растений столь мелких семян возможно только потому, что их проростки микотрофны. Другой способ увеличения парусности диаспор - возникновение разнообразных волосков, хохолков, крыльев и т.д. Плоды с крыловидными выростами, которые развиты у ряда древесных растений, в процессе падения с дерева вращаются, что замедляет их падение и позволяет им удаляться от материнского растения. Аэродинамические свойства плода одуванчика и некоторых других, сложноцветных таковы, что позволяют ему подниматься в воздухе под действием ветра благодаря тому, что разросшийся хохолок волосков в форме зонтика отделен от тяжелой содержащей семя тяжелой части семянки, так называемым носиком. Поэтому под действием ветра плод наклоняется, и возникает подъемная сила. Впрочем, у многих других сложноцветных носика нет, а их снабженные волосками плоды также успешно распространяются ветром.

Гидрохория - перенос диаспор с помощью воды. Диаспоры гидрохорных растений имеют приспособления, повышающие их плавучесть и защищающие зародыш от попадания воды.

Зоохория - распространение диаспор животными. Наиболее важные группы животных, распространяющих плоды и семена - птицы, млекопитающие и муравьи. Муравьи обычно разносят односемянные диаспоры или отдельные семена (мирмекохория). Для диаспор мирмекохорных растений характерно наличие элайосом - богатых питательными веществами придатков, которые могут привлекать муравьев также своим внешним видом и запахом. Муравьи не поедают сами семена разносимых диаспор.

Распространение диаспор позвоночными животными можно разделить на три типа. При эндозоохории животные поедают целые диаспоры (обычно сочные) или их части, причем семена проходят через пищеварительный тракт, но не перевариваются там и выводятся наружу. Содержимое семени защищено от переваривания плотной оболочкой. Это может быть спермодерма (в ягодах) или внутренний слой перикарпия (в костянках, пиренариях). Семена некоторых растений не способны к прорастанию до тех пор, пока не пройдут через пищеварительный тракт животного. При синзоохории животные употребляют в пищу непосредственно содержимое семени, богатое питательными веществами. Диаспоры синзоохорных растений обычно окружены достаточно прочной оболочкой (например, орехи), разгрызание которой требует усилий и времени. Некоторые животные создают запасы таких плодов в особых местах или уносят их в гнезда, либо просто предпочитают поедать их вдали от продуцирующего растения. Часть диаспор животные теряют или не используют, что и обеспечивает расселение растения. Эпизоохория - перенос диаспор на поверхности животных. Диаспоры могут иметь выросты, шипы и другие структуры, позволяющие зацепиться за шерсть млекопитающих, перья птиц и т.д. Нередки и клейкие диаспоры.

Под антропохорией понимают распространение диаспор человеком. Хотя большинство растений естественных фитоценозов практически не имеют исторически сложившихся адаптаций к распространению плодов и семян именно человеком, хозяйственная деятельность людей способствовала расширению ареала многих видов. Многие растения были впервые - отчасти преднамеренно, отчасти случайно - завезены на континенты, где они ранее не встречались. Некоторые сорняки по ритму развития и размеру диаспор очень близки к возделываемым растениям, поля которых они засоряют. Это можно рассматривать как адаптацию к антропохории. В результате совершенствования техники земледелия некоторые из таких сорных растений стали очень редкими и заслуживают охраны.

Для некоторых растений характерна гетерокарпия - способность к образованию на одном растении плодов различного строения. Иногда неоднородными оказываются не плоды, а части, на которые распадается плод. Гетерокарпия часто сопровождается гетероспермией - разнокаче-ственностью семян, производимых одним растением. Гетерокарпия и гете-роспермия могут проявляться как в морфологическом, так и анатомическом строении плодов и семян, а также в физиологических особенностях семян. Эти явления имеют важное адаптивное значение. Нередко одна часть производимых растением диаспор имеет приспособления к разносу на далекие расстояния, а другая таких приспособлений не имеет. Первые часто содержат семена, способные к прорастанию на следующий год, а вторые - семена, находящиеся в более глубоком покое и входящие в почвенный банк семян. Гетероспермия и гетерокарпия более обычны у однолетних растений (Тимонин, 2009).

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»:

1. Как приспосабливаются растения к неблагоприятным условиям
2. Растения предсказатели погоды и бедствий
3. Цветы из холодного фарфора.

   Неувядающее чудо

4. 8 растительных афродизиаков для улучшения сексуальной жизни
5. Магические свойства растений
6. Необычное применение банановой кожуры
7. Интересные факты о цветах 2
8. Орхидея — призрак. Интересные факты
9. Про кактусы. Вам не придётся листать энциклопедию
10. 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!»

Покрытосеменные по сравнению с другими высшими растениями в настоящее время преобладают в растительном покрове Земли. Они оказались «победителями в борьбе за существование», т.к. смогли приспособиться к различным условиям жизни благодаря следующим особенностям:

Семя защищено плодом, который формируется из цветка;

Растения опыляются не только с помощью ветра, но и с помощью насекомых и других животных, которых привлекает нектар цветков;

Плоды имеют разнообразные приспособления для расселения семян ветром, водой, животными;

Проводящая система, соединяющая надземную и подземную части, развита лучше, чем у всех остальных отделов растений;

Вегетативные органы (корни, стебли, листья) очень разнообразны по строению в зависимости от условий обитания;

Покрытосеменные представлены разнообразными жизненными формами: деревья, кустарники, травы;

Наряду с семенным размножением широко распространено вегетативное;

Таким образом, господство покрытосеменных в современной флоре связано с появлением нового генеративного органа (цветка), разнообразием вегетативных органов, появлением различных способов питания и размножения.

Что такое СПИД и в чем заключается опасность этого заболевания?

Синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД) - это инфекционное заболевание, поражающее иммунную систему человека. Возбудителем является вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), который поселяется в Т-лимфоцитах и уничтожает их, нарушая иммунный ответ организма на проникновение инфекции и возникновение опухолевых клеток. В результате такого воздействия ВИЧ любая инфекция (например, стафилококк) может привести к летальному исходу.

Особая опасность СПИДа заключается в длительном бессимптомном инкубационном периоде, когда даже сам больной не знает, что он является источником инфекции.

Пока не найдена вакцина или лекарство от СПИДа, медицинская помощь состоит в облегчении симптомов заболевания. Смертность на сегодня составляет 100% от количества зараженных.

Пути передачи вируса: половой, от матери к плоду, через кровь.

Предупреждением заболевания является прерывание путей передачи.

Половой путь можно прервать:

воздержанием от половых отношений;

ответственным выбором партнера;

использованием презерватива.

Путь передачи ВИЧ через кровь от матери к плоду прервать крайне затруднительно (необходим постоянный медицинский контроль с момента зачатия).

ВИЧ может попасть в кровь:

1) при использовании нестерильных медицинских инструментов (инъекции, лечение зубов);

2) в результате нарушения гигиенических требований к проведению косметических процедур (маникюр, педикюр).

ВИЧ распространен среди наркоманов, т.к. для внутривенных инъекций они используют общий шприц.

Таким образом, предупредить СПИД возможно при условии соблюдения норм личной и социальной гигиены.

Билет № 3
1. Охарактеризуйте особенности скелета человека, возникшие в связи с прямохождением и трудовой деятельностью.
3. Какие основные пути попадания в организм человека радионуклидов, каковы меры предупреждения?

1. Охарактеризуйте особенности скелета человека, возникшие в связи с прямохождением и трудовой деятельностью.

I. Сходство в строении скелетов человека и млекопитающих животных:

1. Скелеты состоят из одинаковых отделов: череп, туловище (грудная клетка и позвоночник), верхние и нижние конечности, пояса конечностей.

2. Эти отделы образованы одинаковой последовательностью соединения костей.

Например:

грудная клетка - ребра, грудина, грудной отдел позвоночника;

верхняя конечность:

1) плечо (плечевая кость);

2) предплечье (локтевая и лучевая кости);

3) кисть (запястье, пястье и фаланги пальцев);

пояс верхних конечностей - лопатки, ключицы;

нижняя конечность:

1) бедро (бедренная кость);

2) голень (большая и малая берцовая кости);

3) стопа (предплюсна, плюсна, фаланги пальцев);

пояс нижних конечностей - тазовые кости.

II. Отличия в строении скелетов человека и животных:

1. Мозговой отдел черепа больше, чем лицевой. Это связано с развитием мозга в результате трудовой деятельности.

2. Кость нижней челюсти имеет подбородочный выступ, что связано с развитием речи.

3. Позвоночник имеет четыре плавных изгиба: шейный, грудной, поясничный, крестцовый, которые амортизируют толчки при ходьбе, беге, прыжках.

4. В связи с вертикальным положением тела грудная клетка человека расширена в стороны.

5. Таз имеет форму чаши и является опорой для внутренних органов.

6. Сводчатая стопа амортизирует толчки при ходьбе, беге, прыжках.

7. Все кости кисти и их соединение с запястьем очень подвижны, большой палец противопоставлен остальным. Рука - орган труда. Развитие большого пальца руки и его противопоставление всем остальным, благодаря чему кисть способна выполнять разнообразные и чрезвычайно тонкие трудовые операции. Это связано с трудовой деятельностью.

Таким образом, сходство в строении скелетов связано с единым происхождением, а отличия - с прямохождением, трудовой деятельностью и развитием речи.

2. Как организмы взаимодействуют между собой в среде? Приведите примеры форм сосуществования организмов.

Возможны следующие виды влияний одних организмов на другие:

Положительное - один организм получает пользу за счёт другого.

Отрицательное - организму причиняется вред из-за другого.

Нейтральное - другой никак не влияет на организм.

Способы сосуществования организмов

Мутуализм - взаимовыгодные отношения между организмами. Мутуализм может быть «жёстким» или «мягким». В первом случае сотрудничество жизненно необходимо для обоих партнеров, во втором отношения более или менее факультативны.

Пиявка, живущая на брюшке омара и истребляющая только погибшие и

загнивающие яйца, которые омар носит прикрепленными к брюшку;

Рыба-клоун живет вблизи актиний, в случае угрозы рыба находит убежище в

щупальцах актиний, при этом рыбы-клоуны отгоняют других рыб, которые любят

полакомиться актиниями.

Комменсализм - взаимоотношения между индивидами или группами разных видов, которые существуют без конфликтов и без взаимопомощи. Варианты комменсализма:

· комменсал ограничивается использованием пищи организма другого вида (в извивах раковины рака-отшельника обитает кольчатый, питающийся остатками пищи рака);

· комменсал прикрепляется к организму другого вида, который становится «хозяином» (например, рыба-прилипала плавником-присоской прикрепляется к коже акул и др. крупных рыб, передвигаясь с их помощью);

· комменсал селится во внутренних органах хозяина (например, некоторые жгутиконосцы обитают в кишечнике млекопитающих).

Аменсализм - тип межвидовых взаимоотношений, при котором один вид, именуемый аменсалом, претерпевает угнетение роста и развития, а второй, именуемый ингибитором, таким испытаниям не подвержен.

Влияние деревьев-доминантов на виды мохового и травяного ярусов: под пологом

деревьев уменьшается освещенность, повышается влажность воздуха.

Хищничество - трофические отношения между организмами, при которых один из них (хищник) атакует другого (жертву) и питается частями его тела.Например, львы поедают буйволов; медведи ловят рыбу.

Реакции на неблагоприятные факторы среды только при некоторых условиях являются губительными для живых организмов, а в большинстве случаев они имеют адаптивное значение. Поэтому эти ответные реакции были названы Селье «общим адаптационным синдромом». В более поздних работах термины «стресс» и «общий адаптационный синдром» он употреблял как синонимы.

Адаптация — это генетически детерминированный процесс формирования защитных систем, которые обеспечивают повышение устойчивости и протекание онтогенеза в неблагоприятных для него условиях.

Адаптация является одним из важнейших механизмов, который повышает устойчивость биологической системы, в том числе растительного организма, в изменившихся условиях существования. Чем лучше организм адаптирован к какому-то фактору, тем он устойчивее к его колебаниям.

Генотипически обусловленная способность организма изменять метаболизм в определенных пределах в зависимости от действия внешней среды называется нормой реакции . Она контролируется генотипом и свойственна всем живым организмам. Большинство модификаций, которые возникают в пределах нормы реакции, имеют адаптивное значение. Они соответствуют изменениям среды обитания и обеспечивают лучшую выживаемость растений при колебаниях условии окружающей среды. В этой связи такие модификации имеют эволюционное значение. Термин «норма реакции» введен В.Л. Йогансеном (1909).

Чем больше способность вида или сорта модифицироваться в соответствии с окружающей средой, тем шире его норма реакции и выше способность к адаптации. Это свойство отличает устойчивые сорта сельскохозяйственных культур. Как правило, несильные и кратковременные изменения факторов внешней среды не приводят к существенным нарушениям физиологических функций растений. Это обусловлено их способностью сохранять относительное динамическое равновесие внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций в условиях изменяющейся внешней среды. В то же время резкие и продолжительные воздействия приводят к нарушению многих функций растения, а нередко и к его гибели.

Адаптация включает в себя все процессы и приспособления (анатомические, морфологические, физиологические, поведенческие и др.), которые способствуют повышению устойчивости и способствуют выживанию вида.

1. Анатомо-морфологические приспособления . У некоторых представителей ксерофитов длина корневой системы достигает несколько десятков метров, что позволяет растению использовать грунтовую воду и не испытывать недостатка влаги в условиях почвенной и атмосферной засухи. У других ксерофитов наличие толстой кутикулы, опушенность листьев, превращение листьев в колючки уменьшают потери воды, что очень важно в условиях недостатка влаги.

Жгучие волоски и колючки защищают растения от поедания животными.

Деревья в тундре или на больших горных высотах имеют вид приземистых стелющихся кустарников, зимой они засыпаются снегом, который защищает их от сильных морозов.

В горных районах с большими суточными колебаниями температуры растения часто имеют форму распластанных подушек с плотно расположенными многочисленными стеблями. Это позволяет сохранять внутри подушек влагу и относительно равномерную в течение суток температуру.

У болотных и водных растений формируется специальная воздухоносная паренхима (аэренхима), которая является резервуаром воздуха и облегчает дыхание частей растения, погруженных в воду.

2. Физиолого-биохимические приспособления . У суккулентов приспособлением для произрастания в условиях пустынь и полупустынь является усвоение СО 2 в ходе фотосинтеза по CAM-пути. У этих растений устьица днем закрыты. Таким образом, растение сохраняет внутренние запасы воды от испарения. В пустынях вода является главным фактором, ограничивающим рост растений. Устьица открываются ночью, и в это время происходит поступление СО 2 в фотосинтезирующие ткани. Последующее вовлечение СО 2 в фотосинтетический цикл происходит днем уже при закрытых устьицах.

К физиолого-биохимическим приспособлениям относятся способность устьиц открываться и закрываться, в зависимости от внешних условий. Синтез в клетках абсцизовой кислоты, пролина, защитных белков, фитоалексинов, фитонцидов, повышение активности ферментов, противодействующих окислительному распаду органических веществ, накопление в клетках сахаров и ряд других изменений в обмене веществ содействует повышению устойчивости растений к неблагоприятным условиям внешней среды.

Одна и та же биохимическая реакция может осуществляться несколькими молекулярными формами одного и того же фермента (изоферментами), при этом каждая изоформа проявляет каталитическую активность в относительно узком диапазоне некоторого параметра окружающей среды, например температуры. Наличие целого ряда изоферментов позволяет растению осуществлять реакцию в значительно более широком диапазоне температур, по сравнению с каждым отдельным изоферментом. Это дает возможность растению успешно выполнять жизненные функции в изменяющихся температурных условиях.

3. Поведенческие приспособления, или избегание действия неблагоприятного фактора . Примером могут служить эфемеры и эфемероиды (мак, звездчатка, крокусы, тюльпаны, подснежники). Они проходят весь цикл своего развития весной за 1,5-2 месяца, еще до наступления жары и засухи. Таким образом, они как бы уходят, или избегают попадания под влияние стрессора. Подобным образом раннеспелые сорта сельскохозяйственных культур формируют урожай до наступления неблагоприятных сезонных явлений: августовских туманов, дождей, заморозков. Поэтому селекция многих сельскохозяйственных культур направлена на создание раннеспелых сортов. Многолетние растения зимуют в виде корневищ и луковиц в почве под снегом, защищающим их от вымерзания.

Адаптация растений к неблагоприятным факторам осуществляется одновременно на многих уровнях регуляции — от отдельной клетки до фитоценоза. Чем выше уровень организации (клетка организм, популяция) тем большее число механизмов одновременно участвует в адаптации растений к стрессам.

Регуляция метаболических и адаптационных процессов внутри клетки осуществляется с помощью систем: метаболической (ферментативной); генетической; мембранной. Эти системы тесно связаны между собой. Так, свойства мембран зависят от генной активности, а дифференциальная активность самих генов находится под контролем мембран. Синтез ферментов и их активность контролируются на генетическом уровне, в то же время ферменты регулируют нуклеиновый обмен в клетке.

На организменном уровне к клеточным механизмам адаптации добавляются новые, отражающие взаимодействие органов. В неблагоприятных условиях растения создают и сохраняют такое количество плодоэлементов, которое в достаточном количестве обеспечено необходимыми веществами, чтобы сформировать полноценные семена. Например, в соцветиях культурных злаков и в кронах плодовых деревьев в неблагоприятных условиях более половины заложившихся завязей могут опасть. Такие изменения основаны на конкурентных отношениях между органами за физиологически активные и питательные вещества.

В условиях стрессов резко ускоряются процессы старения и опадения нижних листьев. При этом нужные растениям вещества перемещаются из них в молодые органы, отвечая стратегии выживания организма. Благодаря реутилизации питательных веществ из нижних листьев сохраняются жизнеспособными более молодые — верхние листья.

Действуют механизмы регенерации утраченных органов. Например, поверхность ранения покрывается вторичной покровной тканью (раневой перидермой), рана на стволе или ветке зарубцовывается наплывами (каллюсами). При утрате верхушечного побега у растений пробуждаются спящие почки и усиленно развиваются боковые побеги. Весеннее восстановление листьев вместо опавших осенью — это также пример естественной регенерации органов. Регенерация как биологическое приспособление, обеспечивающее вегетативное размножение растений отрезками корня, корневища, слоевища, стеблевыми и листовыми черенками, изолированными клетками, отдельными протопластами, имеет большое практическое значение для растениеводства, плодоводства, лесоводства, декоративного садоводства и пр.

В процессах защиты и адаптации на уровне растения участвует и гормональная система. Например, при действии неблагоприятных условий в растении резко возрастает содержание ингибиторов роста: этилена и абсциссой кислоты. Они снижают обмен веществ, тормозят ростовые процессы, ускоряют старение, опадение органов, переход растения в состояние покоя. Торможение функциональной активности в условиях стресса под влиянием ингибиторов роста является характерной для растений реакцией. Одновременно с этим в тканях снижается содержание стимуляторов роста: цитокинина, ауксина и гиббереллинов.

На популяционном уровне присоединяется отбор, который приводит к появлению более приспособленных организмов. Возможность отбора определяется существованием внутрипопуляционной изменчивости устойчивости растений к разным факторам внешней среды. Примером внутрипопуляционной изменчивости по устойчивости может служить недружность появления всходов на засоленной почве и увеличение варьирования сроков прорастания при усилении действия стрессора.

Вид в современном представлении состоит из большого числа биотипов — более мелких экологических единиц, генетически одинаковых, но проявляющих разную устойчивость к факторам внешней среды. В различных условиях не все биотипы одинаково жизненны, и в результате конкуренции остаются лишь те из них, которые наиболее отвечают данным условиям. То есть, устойчивость популяции (сорта) к тому или иному фактору определяется устойчивостью составляющих популяцию организмов. Устойчивые сорта имеют в своем составе набор биотипов, обеспечивающих хорошую продуктивность даже в неблагоприятных условиях.

Вместе с тем, в процессе многолетнего культивирования у сортов изменяется состав и соотношение биотипов в популяции, что отражается на продуктивности и качестве сорта, часто не в лучшую сторону.

Итак, адаптация включает в себя все процессы и приспособления, повышающие устойчивость растений к неблагоприятным условиям среды (анатомические, морфологические, физиологические, биохимические, поведенческие, популяционные и др.)

Но для выбора наиболее эффективного пути адаптации главным является время, в течение которого организм должен приспособиться к новым условиям.

При внезапном действии экстремального фактора ответ не может быть отложен, он должен последовать незамедлительно, чтобы исключить необратимые повреждения растения. При длительных воздействиях небольшой силы адаптационные перестройки происходят постепенно, при этом увеличивается выбор возможных стратегий.

В этой связи различают три главные стратегии адаптации: эволюционные , онтогенетические и срочные . Задача стратегии — эффективное использование имеющихся ресурсов для достижения основной цели — выживания организма в условиях стресса. Стратегия адаптации направлена на поддержание структурной целостности жизненно важных макромолекул и функциональной активности клеточных структур, сохранение систем регуляции жизнедеятельности, обеспечение растений энергией.

Эволюционные, или филогенетические адаптации (филогенез — развитие биологического вида во времени) — это адаптации, возникающие в ходе эволюционного процесса на основе генетических мутаций, отбора и передающиеся по наследству. Они являются наиболее надежными для выживания растений.

У каждого вида растений в процессе эволюции выработались определенные потребности к условиям существования и приспособленность к занимаемой им экологической нише, стойкое приспособление организма к среде обитания. Влаголюбие и теневыносливость, жароустойчивость, холодоустойчивость и другие экологические особенности конкретных видов растений сформировались в результате длительного действия соответствующих условий. Так, теплолюбивые и короткодневные растения характерны для южных широт, менее требовательные к теплу и длиннодневные растения — для северных. Хорошо известны многочисленные эволюционные адаптации к засухе растений-ксерофитов: экономное расходование воды, глубоко залегающая корневая система, сбрасывание листьев и переход в состояние покоя и другие приспособления.

В этой связи сорта сельскохозяйственных растений проявляют устойчивость именно к тем факторам внешней среды, на фоне которых проводится селекция и отбор продуктивных форм. Если отбор проходит в ряде последовательных генераций на фоне постоянного влияния какого-либо неблагоприятного фактора, то устойчивость сорта к нему может быть существенно увеличена. Закономерно, что сорта селекции НИИ сельского хозяйства Юго-Востока (г. Саратов), более устойчивы к засухе, чем сорта, созданные в селекционных центрах Московской области. Таким же путем в экологических зонах с неблагоприятными почвенноклиматическими условиями сформировались устойчивые местные сорта растений, а эндемичные виды растений устойчивы именно к тому стрессору, который выражен в ареале их обитания.

Характеристика устойчивости сортов яровой пшеницы из коллекции Всероссийского института растениеводства (Семенов и др., 2005)

В природной обстановке условия среды обычно изменяются очень быстро, и времени, в течение которого стрессовый фактор достигает повреждающего уровня, недостаточно для формирования эволюционных приспособлений. В этих случаях растения используют не постоянные, а индуцируемые стрессором защитные механизмы, формирование которых генетически предопределено (детерминировано).

Онтогенетические (фенотипические) адаптации не связаны с генетическими мутациями и не передаются по наследству. Формирование такого рода адаптаций требует сравнительно много времени, поэтому их называют долговременными адаптациями. Одним из таких механизмов является способность ряда растений формировать водосберегающий путь фотосинтеза CAM-типа в условиях водного дефицита, вызванного засухой, засолением, действием низких температур и других стрессорами.

Эта адаптация связана с индукцией экспрессии «неактивного» в нормальных условиях гена фосфоенолпируваткарбоксилазы и генов других ферментов CAM-пути усвоения СО 2 , с биосинтезом осмолитов (пролина), с активацией антиоксидантных систем и изменением суточных ритмов устьичных движений. Все это приводит к очень экономному расходованию воды.

У полевых культур, например, у кукурузы, аэренхима в обычных условиях произрастания отсутствует. Но в условиях затопления и недостатка в тканях кислорода в корнях у нее происходит гибель части клеток первичной коры корня и стебля (апоптоз, или программируемая смерть клеток). На их месте образуются полости, по которым кислород из надземной части растения транспортируется в корневую систему. Сигналом для гибели клеток является синтез этилена.

Срочная адаптация происходит при быстрых и интенсивных изменениях условий обитания. В основе ее лежит образование и функционирование шоковых защитных систем. К шоковым защитным системам относятся, например, система белков теплового шока, которая образуется в ответ на быстрое повышение температуры. Эти механизмы обеспечивают кратковременные условия выживания при действии повреждающего фактора и тем самым создают предпосылки для формирования более надежных долговременных специализированных механизмов адаптации. Примером специализированных механизмов адаптации является новообразование антифризных белков при низких температурах или синтез сахаров в процессе перезимовки озимых культур. Вместе с тем, если повреждающее действие фактора превышает защитные и репарационные возможности организма, то неминуемо наступает смерть. В этом случае организм погибает на этапе срочной или на этапе специализированной адаптации в зависимости от интенсивности и продолжительности действия экстремального фактора.

Различают специфические и неспецифические (общие) ответные реакции растений на стрессор.

Неспецифические реакции не зависят от природы действующего фактора. Они одни и те же при действии высокой и низкой температуры, недостатка или избытка влаги, высокой концентрации солей в почве или вредных газов в воздухе. Во всех случаях в клетках растений повышается проницаемость мембран, нарушается дыхание, возрастает гидролитический распад веществ, увеличивается синтез этилена и абсцизовой кислоты, тормозится деление и растяжение клеток.

В таблице представлен комплекс неспецифических изменений, протекающих у растений под влиянием различных факторов внешней среды.

Изменение физиологических параметров у растений под действием стрессовых условий (по Г.В, Удовенко, 1995)

Исходя из данных таблицы видно, что устойчивость растений к нескольким факторам сопровождается однонаправленными физиологическими изменениями. Это дает основание считать, что повышение устойчивости растений к одному фактору может сопровождаться повышением устойчивости к другому. Это подтверждено экспериментами.

Опытами в Институте физиологии растений РАН (Вл. В. Кузнецов и др.) показано, что кратковременная тепловая обработка растений хлопчатника сопровождается повышением их устойчивости к последующему засолению. А адаптация растений к засолению приводит к повышению их устойчивости к высокой температуре. Тепловой шок повышает способность растений приспосабливаться к последующей засухе и, наоборот, в процессе засухи повышается устойчивость организма к высокой температуре. Кратковременное воздействие высокой температурой повышает устойчивость к тяжелым металлам и УФ-Б облучению. Предшествующая засуха способствует выживанию растений в условиях засоления или холода.

Процесс повышения устойчивости организма к данному экологическому фактору в результате адаптации к фактору иной природы называется кросс-адаптацией .

Для изучения общих (неспецифических) механизмов устойчивости большой интерес представляет ответ растений на факторы, вызывающие у растений водный дефицит: на засоление, засуху, низкие и высокие температуры и некоторые другие. На уровне целого организма все растения реагируют на водный дефицит одинаково. Характерно угнетение роста побегов, усиление роста корневой системы, синтеза абсцизовой кислоты, снижение устьичной проводимости. Спустя некоторое время, ускоренно стареют нижние листья, и наблюдается их гибель. Все эти реакции направлены на снижение расходования воды за счет сокращения испаряющей поверхности, а также за счет увеличения поглотительной деятельности корня.

Специфические реакции — это реакции на действие какого-либо одного стрессового фактора. Так, фитоалексины (вещества со свойствами антибиотиков) синтезируются в растениях в ответ на контакт с болезнетворными микроорганизмами (патогенами).

Специфичность или не специфичность ответных реакций, подразумевает, с одной стороны, отношение растения к различным стрессорам и, с другой стороны, характерность реакций растений различных видов и сортов на один и тот же стрессор.

Проявление специфических и неспецифических ответных реакций растений зависит от силы стресса и скорости его развития. Специфические ответные реакции возникают чаще, если стресс развивается медленно, и организм успевает перестроиться и приспособиться к нему. Неспецифические реакции обычно возникают при более кратковременном и сильном действии стрессора. Функционирование неспецифических (общих) механизмов устойчивости позволяет растению избегать больших затрат энергии для формирования специализированных (специфических) механизмов адаптации в ответ на любое отклонение от нормы условий их обитания.

Устойчивость растений к стрессовому воздействию зависит от фазы онтогенеза. Наиболее устойчивы растения и органы растений в покоящемся состоянии: в виде семян, луковиц; древесные многолетние — в состоянии глубокого покоя после листопада. Наиболее чувствительны растения в молодом возрасте, так как в условиях стресса процессы роста повреждаются в первую очередь. Вторым критическим периодом является период формирования гамет и оплодотворения. Действие стресса в этот период приводит к снижению репродуктивной функции растений и снижению урожая.

Если стрессовые условия повторяются и имеют небольшую интенсивность, то они способствуют закаливанию растений. На этом основаны методы повышения устойчивости к низким температурам, жаре, засолению, повышенному содержанию в воздухе вредных газов.

Надежность растительного организма определяется его способностью не допускать или ликвидировать сбои на разных уровнях биологической организации: молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом, органном, организменном и популяционном.

Для предотвращения сбоев в жизнедеятельности растений под влиянием неблагоприятных факторов используются принципы избыточности , гетерогенности функционально равнозначных компонентов , системы репарации утраченных структур .

Избыточность структур и функциональных возможностей — один из основных способов обеспечения надежности систем. Избыточность и резервирование имеет многообразные проявления. На субклеточном уровне повышению надежности растительного организма способствуют резервирование и дублирование генетического материала. Это обеспечивается, например, двойной спиралью ДНК, увеличением плоидности. Надежность функционирования растительного организма в изменяющихся условиях поддерживается также благодаря наличию разнообразных молекул информационной РНК и образованию гетерогенных полипептидов. К ним относятся и изоферменты, которые катализируют одну и ту же реакцию, но отличаются по свои физико-химическим свойствам и устойчивостью структуры молекул в изменяющихся условиях среды.

На уровне клетки пример резервирования — избыток клеточных органелл. Так, установлено, что для обеспечения растения продуктами фотосинтеза достаточно части имеющихся хлоропластов. Остальные хлоропласты как бы остаются в резерве. То же касается и общего содержания хлорофилла. Избыточность проявляется также в большом накоплении предшественников для биосинтеза многих соединений.

На организменном уровне принцип избыточности выражается в образовании и в разновременной закладке большего, чем требуется для смены поколений, числа побегов, цветков, колосков, в огромном количестве пыльцы, семязачатков, семян.

На популяционном уровне принцип избыточности проявляется в большом числе особей, различающихся по устойчивости к тому или иному стрессовому фактору.

Системы репарации также работают на разных уровнях — молекулярном, клеточном, организменном, популяционном и биоценотическом. Репаративные процессы идут с затратой энергии и пластических веществ, поэтому репарация возможна только при сохранении достаточной интенсивности обмена веществ. Если обмен веществ прекращается, то прекращается и репарация. В экстремальных условиях внешней среды особенно большое значение имеет сохранение дыхания, так как именно дыхание обеспечивает энергией репарационные процессы.

Восстановительная способность клеток адаптированных организмов определяется устойчивостью их белков к денатурации, а именно устойчивостью связей, которые определяют вторичную, третичную и четвертичную структуру белка. Например, устойчивость зрелых семян к высоким температурам, как правило, связана с тем, что после обезвоживания их белки приобретают устойчивость к денатурации.

Главным источником энергетического материала как субстрата дыхания является фотосинтез, поэтому от устойчивости и способности фотосинтетического аппарата восстанавливаться после повреждений зависит энергообеспечение клетки и связанные с ним репарационные процессы. Для поддержания фотосинтеза в экстремальных условиях в растениях активизируется синтез компонентов мембран тилакоидов, происходит торможение окисления липидов, восстанавливается ультраструктура пластид.

На организменном уровне примером регенерации может служить развитие замещающих побегов, пробуждение спящих почек при повреждении точек роста.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .