Влияние на растение недостатка влаги
Реферат
по дисциплине «Экология» на тему
Адаптация растений к засухе и к сухим местам обитания.
Выполнил:
Студент 1 курса факультета
ветеринарной медицины
очной формы обучения
99 группы
Иванов Иван
Проверила:
Старший преподаватель кафедры блаблаблаблаблабла
Хохотун А.Я.
Дата сдачи: ___________________
Оценка:______________________
Санкт- Петербург
СОДЕРЖАНИЕ .
Введение. 3
Влияние на растение недостатка влаги. 4
Засухоустойчивость. 7
Приспособление растений к засухе. 9
Заключение. 14
Список использованной литературы. 15
ВВЕДЕНИЕ.
Приспособленность онтогенеза растений к условиям среды является результатом их эволюционного развития (изменчивости, наследственности, отбора). На протяжении филогенеза каждого вида растений в процессе эволюции выработались определенные потребности индивидуума к условиям существования и приспособленность к занимаемой им экологической нише. Влаголюбие и теневыносливость, жароустойчивость, холодоустойчивость и другие экологические особенности конкретных видов растений сформировались в ходе эволюции в результате длительного действия соответствующих условий. Так, теплолюбивые растения и растения короткого дня характерны для южных широт, менее требовательные к теплу и растения длинного дня - для северных.
В природе в одном географическом регионе каждый вид растений занимает экологическую нишу, соответствующую его биологическим особенностям: влаголюбивые - ближе к водоемам, теневыносливые - под пологом леса и т. д. Наследственность растений формируется под влиянием определенных условий внешней среды. Важное значение имеют и внешние условия онтогенеза растений.
В большинстве случаев растения и посевы (посадки) сельскохозяйственных культур, испытывая действие тех или иных неблагоприятных факторов, проявляют устойчивость к ним как результат приспособления к условиям существования, сложившимся исторически, что отмечал еще К. А. Тимирязев.
ВЛИЯНИЕ НА РАСТЕНИЕ НЕДОСТАТКА ВЛАГИ.
Недостаток воды в тканях растений возникает в результате превышения ее расхода на транспирацию перед поступлением из почвы. Это часто наблюдается в жаркую солнечную погоду к середине дня. При этом содержание воды в листьях снижается на 25—28 % по сравнению с утренним, растения утрачивают тургор и завядают. В результате снижается и водный потенциал листьев, что активизирует поступление воды из почвы в растение.
Различают два типа завядания: временное и глубокое. Причиной временного завядания растений обычно бывает атмосферная засуха, когда при наличии доступной воды в почве она не успевает поступать в растение и компенсировать ее расход. При временном завядании тургор листьев восстанавливается в вечерние и ночные часы. Временное завядание снижает продуктивность растений, так как при потере тургора устьица закрываются
и фотосинтез резко замедляется. Наблюдается, как отмечал А. Г. Лорх, «простой» растений в накоплении урожая.
Глубокое завядание растений наступает, когда в почве практически нет доступной для корней воды. Происходит частичное, а при длительной засухе и общее иссушение и даже гибель растительного организма. Характерный признак устойчивого водного дефицита — сохранение его в тканях утром. Временное и даже глубокое завядание может рассматриваться как один из способов защиты растения от летального обезвоживания, позволяющих некоторое время сохранять воду, необходимую для поддержания жизнеспособности растения. Завядание может происходить при разной потере воды растениями: у тенелюбивых — при 3—5 %, у более стойких — при водном дефиците в 20 и даже 30 %.
Водный дефицит и завядание в разной мере влияют на физиологическую деятельность растения в зависимости от длительности обезвоживания и вида растения. Последствия водного дефицита при засухах многообразны. В клетках снижается содержание свободной воды, возрастает концентрация и снижается рН вакуолярного сока, что влияет на гидратированность белков цитоплазмы и активность ферментов. Изменяются степень дисперсности и адсорбирующая способность цитоплазмы, ее вязкость. Резко возрастают проницаемость мембран и выход ионов из клеток, в том числе из листьев и корней (экзоосмос); эти клетки теряют способность к поглощению питательных веществ.
При длительном завядании снижается активность ферментов, катализирующих процессы синтеза, и повышается ферментов, катализирующих гидролитические процессы, в частности распад (протеолиз) белков на аминокислоты и далее до аммиака, поли-сахаридов (крахмала на сахара и др.), а также других биополимеров. Многие образующиеся продукты, накапливаясь, отравляют организм растения. Нарушается аппарат белкового синтеза. При возрастании водного дефицита, длительной засухе нарушается нуклеиновый обмен, приостанавливается синтез и усиливается распад ДНК. В листьях снижается синтез и усиливается распад всех видов РНК, полисомы распадаются на рибосомы и субъединицы. Прекращение митоза, усиление распада белков при прогрессирующем обезвоживании приводят к гибели растения.
Безусловно, происходящие изменения до определенного этапа в условиях обезвоживания играют и защитную роль, приводят к увеличению концентрации клеточного сока, снижению осмотического потенциала, а следовательно, повышают водоудерживаю-щую способность растения. При недостатке влаги суммарный фотосинтез снижается, что является следствием в основном недостатка СО2 в листьях; нарушения синтеза и распада хлорофиллов и других пигментов фотосинтеза; разобщения транспорта электронов и фотофосфорилирования; нарушения нормального хода фотохимических реакций и реакций ферментативного вое-
становления СО2; нарушения структуры хлоропластов; задержки оттока ассимилятов из листьев. По данным В. А. Бриллиант (1925), уменьшение оводненности листа у сахарной свеклы на 3—4 % приводит к снижению фотосинтеза на 76 %.
При нарастающем обезвоживании у незасухоустойчивых растений в первый период завядания интенсивность дыхания возрастает возможно из-за большого количества простых продуктов (гексоз) гидролиза полисахаридов, в основном крахмала, а затем постепенно снижается. Однако выделяющаяся в процессе дыхания энергия не аккумулируется в АТФ, а рассеивается в виде теплоты (холостое дыхание). При действии на растения высокой температуры (45 °С) и суховея происходят глубокие структурные изменения митохондрий, повреждение или ингибирование ферментов фосфорилирующего механизма. Все это свидетельствует о нарушении энергетического обмена растений. В корнях и пасоке повышается содержание амидов. В результате тормозится рост растения, особенно листьев и стеблей, снижается урожай. У более засухоустойчивых растений все эти изменения менее выражены.
Из физиологических процессов наиболее чувствительным к недостатку влаги является процесс роста, темпы которого при нарастающем недостатке влаги снижаются значительно раньше фотосинтеза и дыхания. Ростовые процессы задерживаются даже после восстановления водоснабжения. При прогрессирующем обезвоживании наблюдается определенная последовательность в действии засухи на отдельные части растения.
Если рост побегов и листьев в начале засухи замедляется, то корней даже ускоряется и снижается лишь при длительном недостатке воды в почве. При этом молодые верхние по стеблю листья оттягивают воду от более старых нижних, а также от плодоэлементов и корневой системы. Отмирают корни высоких порядков и корневые волоски, усиливаются процессы опробковения и суберинизации. Все это приводит к сокращению поглощения корнями воды из почвы. После длительного завядания растения оправляются медленно и функции их полностью не восстанавливаются. Затянувшееся завядание при засухе приводит к резкому снижению урожая сельскохозяйственных культур или даже к их гибели. При внезапном и сильном напряжении всех метеорологических факторов растение может быстро погибнуть в результате высыхания (захват) или высоких температур (запал). Засухоустойчивость различных органов растений неодинакова. Так, молодые растущие листья за счет притока ассимилятов дольше сохраняют способность к синтезу, относительно более устойчивы, чем листья, закончившие рост, или старые, которые при засухе подвядают в первую очередь.
В условиях затянувшейся засухи отток воды и веществ в молодые листья может происходить и из генеративных органов.
Засуха в ранние периоды развития приводит к гибели цветочных зачатков, их стерильности (белоколосица), а в более поздние — к образованию щуплого зерна (захват). При этом захват будет более вероятен при хорошо развитой к началу засухи листовой поверхности. Поэтому при сочетании влажной весны и начала лета с очень сухой второй половиной (или даже отдельных сильных суховеев) опасность снижения урожая наиболее вероятна.
ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТЬ.
Термин «засухоустойчивость» в буквальном понимании обозначает способность растения переносить засуху. В этом понимании термин «засухоустойчивость» аналогичен термину «морозоустойчивость», который обозначает способность растения переносить низкие температуры. Обычно, однако, засухоустойчивость понимают в более широком содержании. Засухоустойчивыми называют растения, естественно обитающие в засушливых районах, хотя многие из них вовсе не являются таковыми, если применять термин «засухоустойчивость» в буквальном понимании. К таким растениям относятся, например эфемеры, развивающиеся во влажный и нежаркий еще период весны или осенью с наступлением дождей. Засухоустойчивыми называют также относительно более продуктивные сорта растений, культивируемых в засушливых районах, хотя во многих случаях большая продуктивность сорта не стоит в прямой связи с большей его засухоустойчивостью в буквальном понимании.
Исходя из сказанного, приходится различать три понятия засухоустойчивости:
1. Физиологическое (или буквальное) понятие. Засухоустойчивость — способность растения переносить засуху.
2. Биологическое понятие. Засухоустойчивость — биологическая приспособленность растения к жизни в условиях засушливого района. Засухоустойчивость в буквальном понимании входит в биологическое понятие как составная часть.
3. Агрономическое понятие. Растение может быть засухоустойчивым в биологическом понятии, но по природе своей неспособным накапливать большую массу сухого вещества. Засухоустойчивость в агрономическом понятии связывается с продуктивностью растения Засухоустойчивость в буквальном понимании — как способность растения переносить засуху — является сложной способностью и выражается в ряде свойств. Это определяется сложностью и многообразием действия засухи на растения. Основным, определяющим засуху, условием, является недостаток воды в окружающей растение среде: почве и воздухе. В соответствии с этим различают почвенную и атмосферную засуху. Недостаток воды вызывает обезвоживание клеток растения. Это в свою очередь приводит к понижению работоспособности растения и в крайних случаях к отмиранию. Но недостаток воды является не единственной причиной страдания и гибели растений вовремя засухи. В процессе нарастания засухи, на ряду с уменьшением количества воды в окружающей растение среде, возникают новые, дополнительные, причины, ограничивающие жизнедеятельность растения и нередко решающие его судьбу. К числу таких причин относятся: 1) повышение температуры зеленых органов растения в результате снижения транспирации и 2) токсическое действие отдельных солей за известными пределами концентрации почвенного раствора.
Каждое засухоустойчивое в буквальном понятии растение имеет всегда сочетание трех свойств: 1) устойчивость клеток к обезвоживанию, 2) устойчивость зеленых органов к высокой температуре и 3) устойчивость к солям почвы. Но соотношение этих отдельных свойств и удельный вес каждого из них в устойчивости растения к засухе очень сильно вариирует в зависимости от типа растения и условий среды его обитания. В засушливых, но не жарких районах и на незасоленной почве, а также во время суховеев, растения будут страдать главным образом от обезвоживания, и устойчивость к засухе будет определяться преимущественно свойством клеток растения переносить далеко идущую потерю воды. В жарких засушливых районах, особенно у растений, экономно расходующих воду, напр. у суккулентов типа кактусов, на первое место выступает фактор нагревания зеленых органов, и устойчивость к засухе будет определяться в значительной степени устойчивостью к высокой температуре.
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ РАСТЕНИЙ К ЗАСУХЕ.
В большинстве районов Средней Азии земледелие невозможно без орошения. Сельскохозяйственные растения здесь страдают от засухи, т. е. от недостатка воды в почве и от слишком сухого и горячего воздуха.
В то же время в пустынях есть много растений, которые приспособились к этим суровым условиям, хорошо растут и развиваются. Им помогает переносить жестокую засуху и успешно бороться с ней целый ряд приспособительных свойств. Эти свойства у растений пустыни возникли не сразу. Сменились многие тысячи поколений, многие из видов погибли. Выжили лишь те виды, у которых под влиянием окружающих условий в процессе естественного отбора закрепились и развились особенности, помогавшие им бороться с засухой.
Растения, хорошо переносящие засуху, есть не только в пустынях, но и в степях. В степях осадков больше (300—350 мм в год), но летом почти всегда, хотя бы и на короткий срок, бывает засуха. Растения, хорошо переносящие засуху, получили название ксерофитов (от греческих слов «ксерос» — сухой и «фитон» — растение).
Наиболее известные ксерофиты — кактусы, жители пустынь Северной и Центральной Америки. Кактусы разводят любители комнатных цветов. Академик Н. А. Максимов удачно назвал кактусы растениями-скопидомами. Действительно, в период дождей кактусы запасают воду в стеблях, поглощая ее сильно разветвленной, но лежащей в почве неглубоко корневой системой. Листья у них изменились и стали колючками. Кактусы покрыты толстой кутикулой и очень экономно расходуют воду. В то же время они устойчивы к действию высоких температур. Многие кактусы без особого вреда выносят нагревание до 62° и даже несколько выше. Это наиболее жароустойчивые цветковые растения на Земле.
Кроме кактусов, запасающих воду в стеблях, существуют растения, запасающие воду в листьях. К ним относится комнатное растение алоэ. В диком виде оно растет в южноафриканских пустынях. В средней полосе нашей страны на песчаной почве растет небольшое цветущее золотисто-желтыми цветками растение очиток едкий. Листья очитка мясистые, с запасами воды, которые растение расходует, когда нет дождей.
Многие кустарники и небольшие деревья в пустынях Средней Азии добывают воду при помощи глубоко уходящей в почву корневой системы. Среди побуревшей растительности выжженной солнцем глинистой среднеазиатской пустыни выделяются ярко-зеленые кусты с очень мелкими листьями и массой колючек. Это верблюжья колючка. В тканях верблюжьей колючки много сахара, но питается ею только неприхотливый верблюд. Почему же верблюжья -колючка чувствует себя хорошо, когда большинство других растений пустыни погибают от засухи? Дело в том, что длинный корень колючки доходит до грунтовой воды — до глубины 10—20 м. Когда рыли Суэцкий канал, то в одном месте обнаружили корень верблюжьей колючки на глубине 33 м. Поэтому-то колючка и не испытывает недостатка в воде. Испаряя воду, она охлаждает свои ткани и может перенести высокую температуру воздуха.
У растений существуют и другие способы борьбы с засухой. В песчаных пустынях Средней Азии встречаются прутообразные кусты джузгуна (каллигонума). Его листья срослись со стеблями. Листовая поверхность у джузгуна меньше, чем у других растений, а поэтому и испарение воды сравнительно небольшое.
В западносибирской степи обращает на себя внимание маленькое сизое растение — вероника сизая. Стебель и листья у нее опушены волосками. Волоски эти быстро отмирают и заполняются воздухом. Воздух плохо пропускает тепло, потому вероника сизая не так сильно нагревается солнечными лучами. Кроме того, вероника сравнительно легко переносит высыхание. Она может потерять до 60% содержащейся в ней воды и все же пережить засуху. Такими же свойствами отличается и полынь сизая.
В степях во время и после дождя можно заметить на поверхности почвы небольшие темно-зеленые комочки синезеленой водоросли носток. Когда нет дождей, носток высыхает, становится маленькой сухой буровато-серой корочкой, которую трудно заметить. В таком виде носток переносит засуху, а растет и развивается после выпавшего дождя и осенью.
В глинистых пустынях Средней Азии ранней весной почва почти сплошь покрыта эфемерами, (от греческого слова «эфемерос» —однодневный) — растениями из различных семейств: злаковых, крестоцветных, маковых и др. Эти растения борются с засухой, как бы обгоняя ее: у них очень быстрое развитие. Весной в почве пустыни есть влага и температура воздуха умеренная. Эфемеры используют это и быстро заканчивают свой рост и развитие. За 5—6 недель они успевают зацвести и принести семена, которые пролежат в сухой почве до следующей весны.
Кроме однолетних эфемеров в пустыне есть и многолетние эфемероиды. К эфемероидам относятся растущие в степях и пустынях тюльпаны, песчаная осока и ряд других растений. Они переживают засуху, образуя корневища, клубни и луковицы. Все эти части растений находятся в почве и защищены от потери воды специальными покровами. Эфемероиды, как и эфемеры, успевают принести потомство (семена) весной. Когда приходит засуха, она им уже не страшна.
Ксерофиты встречаются не только в степях и пустынях. Есть они и в средней полосе, и даже в северной части нашей страны. Например, лишайник ягель, как почти все лишайники, хорошо переносит высыхание, а после дождя вновь начинает расти.
Не менее интересна группа растений галофитов (от греческого слова «гальс» — соль). Они растут на засоленной почве: по берегам морей или в засушливом климате (в зоне степей, полупустынь и пустынь). В засушливом климате с поверхности почвы сильно испаряется вода, а растворенные в ней соли (поваренная соль, сернокислый натрий, сода и др.) поднимаются с водой наверх и остаются в почве. Так образуются солончаки, на которых могут расти только одни галофиты. Обычно в самом центре солончака, где засоление наиболее сильно, растений совсем нет, а только белеют «выцветы» солей. Вокруг лишенного растительности пятна, там, где солей уже меньше, поселяется самое солеустойчивое на свете растение — солерос. Вид у солероса необычный. Это небольшое, высотой от 10 до 30 см, однолетнее травянистое растение. Оно состоит из отдельных члеников, толстых и мясистых. Каждый такой членик представляет сросшийся с листом стебель. Внутри своих тканей солерос накапливает соли. Когда в ткани оказывается слишком много солей, отдельные членики отпадают. Так солерос защищается от избытка солей внутри своего организма. Бок о бок с солеросом растет сведа, имеющая стебель и толстые мясистые листья. Она хуже, чем солерос, выдерживает засоление почвы. Несколько иным образом борется с засолением кермек, обладающий прикорневой розеткой листьев. В жаркий солнечный день листья кермека покрывает похожий на муку белый налет. Попробуйте лизнуть этот налет языком, и вы почувствуете солено-горький вкус. Через особые желёзки кермек выделяет избыток солей на поверхность листа, а отсюда их смывает дождь. Так же выделяет соли и среднеазиатский кустарник тамарикс.
По самому краю солончака растет особый вид полыни — полынь солончаковая. Она может расти на засоленной почве, но отличается от, солероса и кермека тем, что поглощает из почвы очень мало солей.
Галофиты, несомненно, произошли в далеком прошлом от глюкофитов, т. е. растений, растущих на незасоленной почве (от греческого слова «глюкос» — сладкий). В процессе естественного отбора среди глюкофитов, поселявшихся на засоленной почве, выживали те, которые были способны переносить засоление. Теперь многие галофиты уже не могут жить в ином месте и лучше развиваются при сравнительно высоком содержании солей в почве. Их происхождение от глюкофитов подтверждается и тем, что семена многих галофитов лучше прорастают на малозасоленной почве. Обычно осенью, зимой и ранней весной солончак отмывается от солей, вернее соли уходят вместе с дождевой водой в более глубокие слои почвы. Семена солероса прорастают, когда в почве почти совсем нет солей. Затем понемногу соли поднимаются с испаряющейся водой наверх, где их поглощают корни проросшего растения.
Своеобразно приспособилась к засолению мангровая растительность. Мангровые растения растут по побережьям тропических морей — в заливах, проливах или в устьях рек, там, куда не доходит морской прибой. Очень часто мангровой растительностью покрыты внутренние берега коралловых атоллов. В тропической части Китая, на острове Хайнань, мангровые представляют собой кустарники значительно выше человеческого роста. В Индонезии некоторые мангровые достигают 20 и более метров высоты (см. рис. на стр. 158).
Большинство мангровых растений — деревья с гладкими кожистыми листьями, они напоминают комнатные фикусы, но стоят как бы на огромных подпорках. Это ходульные корни, они помогают мангровым растениям вынести крону выше уровня прилива. С поверхности почвы поднимаются вверх искривленные дыхательные корни. С их помощью многие мангровые поглощают из атмосферы кислород. В почве мангровым его не хватает, так как она затопляется приливом.
Самое удивительное у многих мангровых то, что это растения живородящие: их семена прорастают на материнском растении. Плоды с проросшими семенами свешиваются с деревьев в виде длинных образований, достигающих у некоторых пород 30 см. На поверхности почвы, где растут мангровые, обычно лежит большое количество таких проростков, отпавших от материнского растения. У многих из проростков на нижнем конце можно заметить корни, идущие в грунт. Все исследователи, изучавшие жизнь мангровых растений, утверждают, что корни на этих проростках образуются очень быстро (за несколько часов), и проросток легко укореняется в илистом либо песчаном грунте. Если бы семя мангровых пород упало в морскую воду непроросшим, оно быстро отравилось бы солями. Однако этого не происходит, потому что семя прорастает на материнском растении. Получая от него питательные вещества и соли, оно приспосабливается к засолению. Оторвавшемуся от материнского растения проростку уже не страшно сильное засоление.
Изучение засухоустойчивых и солестойких растений помогает человеку расширить посевы культурных растений за счет пустынь и засоленных почв. Зная, как дикорастущее растение защищается от засухи и избытка солей, можно повысить устойчивость растений к засухе и высокому содержанию солей в почве, т. е. увеличить их засухоустойчивость и солеустойчивость. Для этого путем отбора выводят сорта различных культурных растений, которые смогут противостоять вредному влиянию засухи или засолению почвы. Применяют агротехнику и мелиорацию (удобрения, гипсование солонцов и т. д.). Кроме того, в известной мере к засухе и засолению почвы можно заставить растение приспособиться.
Для повышения засухоустойчивости намачивают семена молодых растений в определенном, неодинаковом для разных растений количестве воды, а затем подсушивают их в течение нескольких дней на воздухе. Во время подсушивания семена испытывают своеобразную засуху и сравнительно легко приспособляются к ней. Выросшие из таких семян растения отличаются значительной засухоустойчивостью и приносят в засушливых условиях повышенный урожай. Так, например, в одном из опытов незакаленное просо на площади 100 га дало урожай зерна 15 ц с гектара, в то время как закаленные против засухи растения дали 20 ц с гектара на той же площади.
При солевом закаливании семена растений выдерживаются перед посевом несколько часов в солевых растворах. После этого они приобретают повышенную солеустойчивость и приносят больший урожай на засоленной почве, так как поглощают меньше вредных солей из почвы и проявляют пониженную чувствительность к ядовитому действию солей.
Так, используя природную способность растительного организма приспосабливаться к неблагоприятным условиям существования, можно существенно изменить свойства культурных растений и значительно повысить их урожайность.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Умопомрачительная гармония живой природы, её совершенство создаются самой природой: борьбой за выживание. Формы приспособлений у растений и животных нескончаемо разнообразны. Весь животный и растительный мир со времени собственного появления совершенствуется по пути целесообразных приспособлений к условиям обитания: к воде, к воздуху, солнечному свету, силы тяжести и т.д. Приспособленность онтогенеза растений к условиям среды является результатом их эволюционного развития (изменчивости, наследственности, отбора). На протяжении филогенеза каждого вида растений в процессе эволюции выработались определенные потребности индивидуума к условиям существования и приспособленность к занимаемой им экологической нише. Влаголюбие и теневыносливость, жароустойчивость, холодоустойчивость и другие экологические особенности конкретных видов растений сформировались в ходе эволюции в результате длительного действия соответствующих условий. Так, теплолюбивые растения и растения короткого дня характерны для южных широт, менее требовательные к теплу и растения длинного дня - для северных.
В природе в одном географическом регионе каждый вид растений занимает экологическую нишу, соответствующую его биологическим особенностям: влаголюбивые - ближе к водоемам, теневыносливые - под пологом леса и т. д. Наследственность растений формируется под влиянием определенных условий внешней среды. Важное значение имеют и внешние условия онтогенеза растений.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Володько И.К. ''Микроэлементы и устойчивость растений к неблагоприятным условиям'', Минск, Наука и техника, 1983г.
2. Горышина Т.К. ''Экология растений'', уч. Пособие для ВУЗов, Москва, В. Школа, 1979г.
3. Прокофьев А.А. ''Проблемы засухоустойчивости растений'', Москва, Наука, 1978г.
4.Культиасов И.М. Экология растений. - М.: Изд-во московского ун-та, 1982