Биосенсорные системы и приспособления лесо-полевых растений


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ ИМ. К.Г. РАЗУМОВСКОГО
(первый казачий университет)
КАФЕДРА «БИОЭКОЛОГИИ И ИХТИОЛОГИИ» БиРХ
Допуск работы к защите:
________________
(«Допущен» или «Н/Д») Отметка преподавателя
о защите: _____________
________________
(подпись преподавателя) ______________________
(подпись преподавателя)
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ: Биофизика
НА ТЕМУ: Биосенсорные системы и приспособления лесо-полевых растений
ВЫПОЛНИЛ:
Студент _2_ курса, дневной формы обучения
по направлению подготовки Биоэкология
уч. шифр: __020400.62
__________ Гриньченко Д. В.
(личная подпись) (ФИО студента)
Москва, 2015
Введение……………………………………………………………………………стр.1
1.1 Группы растений по отношению к влажности среды. Мезофиты…………стр.2
2.Приспособление растений к условиям среды……………………………………стр.3
2.1 Свет – важный биофизический процесс для растений……………………стр.5
2.2 Экологические группы………………………………………………………стр.6
2.3 Приспособленности растений к выживанию…………………………...….стр.9
3. Биофизические процессы …………………………………………………………стр.10
3.1Поглощение света……………………………………………………………стр.10
3.2 Значение температуры почвы и воздуха для растений…………………...стр.16
3.3 Корневая система……………………………………………………………стр.23
3.4 Размер имеет значение……………………………………………………...стр.24
4.Заключение………………………………………………………………………….стр.29
1 Введение
Растения — биологическое царство, одна из основных групп многоклеточных организмов, включающая в себя в том числе мхи, папоротники, хвощи, плауны, голосеменные и цветковые растения. Нередко к растениям относят также все водоросли или некоторые их группы. Растения (в первую очередь, цветковые) представлены многочисленными жизненными формами — среди них есть деревья, кустарники, травы и др. Растения являются объектом исследования науки ботаники.
Растения на нашей планете встречаются почти везде: от Арктики до Антарктиды. Их необыкновенная приспособленность к различным местам обитания удивительна. Чем хуже условия выживания, тем гениальнее и разнообразнее приспособляемость растений к окружающей среды.
Например, в пустынных областях для многих видов, и, прежде всего, для кактусов, наиболее рациональной оказалась форма шара, yсеянного колючками. Tаким образом, растение уменьшает поверхность испарения, принимая форму идеальной геoметрической фигуры, а листья пpевращаются в колючки, защищая мякоть стебля от травоядных животных.
Так как вода у растений участвует в реакциях фотосинтеза и переносе минеральных солей в растения из почвы только в виде водных растворов, она является важнейшим условием для жизни. Вода – главная составная часть тела растений. Вода также участвует и в поддержании формы наземных растений, обеспечивая давление в клетках. Для растений, живущих в водоемах, морях и океанах, вода является средой их обитания. Так же не менее важным является свет. Энергия солнца, которая превращается в химическую энергию для того, чтобы произошел процесс фотосинтеза. Большую роль в жизни растений так же имеет их строение.
Растения распределяться по группам к месту их существования, по отношению к влажности среды, где они обитают.
1.1 Группы растений по отношению к влажности среды. Мезофиты.
Растения, обитающие в местах с разной степенью увлажнения, имеют ряд различных приспособлений для оптимального использования условий среды. Среди растений выделяют основные экологические группы по отношению к влажности среды: гидатофиты, гидрофиты, гигрофиты, мезофиты и ксерофиты.
Будем рассматривать экологическую группу мезофитов.
Мезофиты (от мезо – средний) – группа наземных растений, которые приспособлены к обитанию в среде с более или менее достаточным, но не избыточным увлажнением. (См. рис. 1)
В эту группу относят луговые травы – тимофеевку, клевер, ромашку; лесные травы – ландыш и копытень, деревья и кустарники. Эти растения обычно имеют хорошо развитую корневую систему, листья и побеги, формы которых весьма разнообразны.
Рис.1 (Сосновый лес, нижний ярус.)

Растения произрастают повсюду, их видов очень много, и их количество на определенный участок бывает очень велико. Но они приспособились к такому существованию за счет различных способов. Например, развитие в различные сроки, или за счет тенелюбивости. Так же их выживание в природе определяется наличием определенного строения корней и стеблей, хорошо подходящих для тех или иных условий. Рассмотрим все это на примере лесо-полевых растений.
2 Приспособление растений к условиям среды
Свободно уживаться друг с другом различным растениям позволяет не только ярусное размещение. Внимательно наблюдая за жизнью растений в растительном сообществе, можно заметить и другие черты их приспособленности к совместной жизни.
Одно из таких приспособлений - развитие в разные сроки.
В средней полосе, например, растет орешник — лещина. Он цветет, когда высокие деревья еще не покрылись листвой и ветер свободно переносит пыльцу с тычиночных цветков на пестичные. Раннее цветение орешника — приспособление к жизни в лесу с другими растениями.
Деревья, кроны которых расположены над всеми другими растениями леса, чаще всего опыляются ветром. Цветут они до распускания листьев. А большинство кустарников опыляется насекомыми, так как под пологом леса почти не бывает ветра. Зеленый шатер леса не позволяет ветру проникнуть к растениям ярусов. Поэтому и плоды, созревшие на кустарниках, распространяются не ветром, как большинства деревьев первого яруса, а птицами, живущими в лесу. Ягоды и другие сочные плоды, например, жимолости, малины, крушины, шиповника, бересклета, осенью становятся лакомым кормом для многих птиц.
Интересной приспособленностью травянистых растений к жизни в растительном сообществе широколиственного леса является известное вам раннее цветение некоторых травянистых растений, называемых подснежниками.
Подснежники — светолюбивые растения. (См. Рис.2) Они цветут весной, когда безлистные ветви деревьев и кустарников леса свободно пропускают лучи солнца. Раннее цветение подснежников возможно прежде всего потому, что почва широколиственного леса зимой промерзает меньше, чем на открытых местах. Глубокий рыхлый снеговой покров и лесная подстилка из опавшей листвы, отмерших частей травянистых растений, перегнивающих сухих ветвей и коры предохраняют почву от промерзания. Под снегом в таком лесу температура почвы часто бывает около 0 °С, не опускаясь ниже минус 1—2 °С. За счет запасенных питательных веществ происходит развитие подснежников под снегом.
Рис. 2(Распустившиеся из-под снега первые цветы)

Приспособленностью к жизни под деревьями при недостатке света является окраска лепестков цветков травянистых растений. Так, у травянистых растений хвойного, темного леса преобладает белая окраска венчиков цветков, хорошо заметных насекомым-опылителям. Только растения, цветущие до распускания листьев деревьев и кустарников или растущие на лесных полянах и опушках, имеют цветки с ярко окрашенными лепестками, как у купальницы, медуницы, хохлаток, лютиков и других.
2.1 Свет – важный биофизический процесс для растений
Изучая жизнь растений, можно заметить, что одни растительные сообщества постепенно сменяются другими. Например, в лесу условия жизни благоприятны для теневыносливых трав, папоротников и других растений, растущих под кронами деревьев.
Если вырубить деревья, составляющие верхние ярусы леса, то многие тенелюбивые растения нижних ярусов (кислица, ландыш, майник, грушанка и другие) погибнут, их место займут другие, более светолюбивые растения и постепенно сложится другое растительное сообщество. Изменение освещенности растений солнцем является одной из причин смены растительного сообщества леса.
Растительное сообщество леса может изменяться и в том случае, когда в лесу разовьется сфагновый покров мха, что приведет к заболачиванию почвы и вызовет гибель растений. Лес постепенно заменяется болотной растительностью. Одно растительное сообщество заменится другим.
Смена растительных сообществ может быть вызвана различными причинами. Часто это колебания климата, погоды, изменения почвы, изменения, вызванные процессами жизни растений в самих сообществах. В существующем растительном сообществе из-за этих причин могут появляться другие виды, отмирать и гибнуть ранее жившие. Так, в стареющих березовых лесах можно наблюдать вытеснение светолюбивой березы елью, в результате чего взамен светлого березового леса через несколько лет возникает растительное сообщество тенистого елового леса.
Лучистая энергия солнца является важнейшим фактором, определяющим жизнь зеленых растений. Необходимые для их жизни органические вещества, содержащие углерод, растения создают из неорганических веществ (углекислоты, воды) при посредстве солнечной энергии и хлорофилла. Этот пронос называется фотосинтезом.
В жизни растений солнце играет огромное значение. Оно освещает и дает тепло. Свет – это незаменимое условие для фотосинтеза. Для растительных организмов большое значение имеют интенсивность и продолжительность воздействия света (длина светового дня, или фотопериод).
В своей книге «Жизнь растений» советский ботаник Тимирязев замечает, что свет скорее сдерживает рост, чем ему способствует. Растение растет быстрее ночью, чем днем – отсутствие света способствует росту, а наличие его – развитию. Побеги, размещенные в тени, меньше ветвятся, междоузлия их длиннее. Удлинение побега увеличивается при снижении освещения, а толщина уменьшается. Посмотрите на одуванчик, выросший в тени, и сравните его с одуванчиком, растущим на хорошо освещенном месте. В тени листья одуванчика вытянутые, цветонос длинный, как правило, один или цветки отсутствуют вовсе. А на освещенном месте растения будут приземистыми с большим количеством коротких цветоносов с цветками. Приведенные примеры доказывают, что утверждение Тимирязева верно.
2.2 Экологические группы по требованию освещённости
По совокупности световых характеристик или условиям освещения принято делить растения на следующие экологические группы:
1) Светолюбивые, или гелиофиты (от гелио – солнце), – растения открытых, постоянно хорошо освещаемых местообитаний. Например – сосна, многие луговые травы, растения открытых пространств. Цвет побегов гелиофитов светло-зеленый, в клетках много мелких хлоропластов. Листья чаще мелкие или рассеченные, с толстой кутикулой и устьицами на нижней стороне. Если светолюбивое растение оказывается в тени и не получает достаточного освещения, его побеги вытягиваются, формируется меньше цветков и плодов, количество семян в них снижается, падает активность процессов обмена веществ.
2) Тенелюбивые, или сциофиты (от сцио- тень), – растения нижних ярусов тенистых лесов, пещер и глубоководные растения; они плохо переносят сильное освещение прямыми солнечными лучами. Это растения травянистого яруса елового леса – кислица, майник, различные виды папоротников. У сциофитов листья темно-зеленые, имеют в клетках крупные хлоропласты в меньшем количестве, чем у гелиофитов. Листья сциофитов цельные с тонкой кутикулой, устьица расположены как на верхней, так и на нижней стороне листа. При резком увеличении освещенности теряется упругость стебля, листья теряют насыщенность окраски, а иногда у таких растений могут возникать и «солнечные ожоги».
Разделение растений на экологические группы по световым характеристикам
Гелиофиты Светолюбивые Мелкие листья, с плотной клеточной эпидермой, нередко покрыты восковым слоем или с опушением.
Сциофиты Тенелюбивые Крупные тонкие листья, тонкая мембрана листа, клетки мякоти больше чем у светолюбивых.
Факультативные гелиофиты Теневыносливые Листья по периферии кроны имеют строение как у гелиофитов, листья в глубине кроны как у сциофитов.
3) Теневыносливые, или факультативные гелиофиты, – могут переносить большее или меньшее затенение, но хорошо растут и на свету. Они легче других растений перестраиваются под влиянием изменяющихся условий освещения. Это растения опушек и лесных полян: земляника, сныть, копытень европейский.
Некоторые лесные растения на начальном этапе пробуждения (после зимы) являются светолюбивыми, а позже, после формирования у деревьев кроны становятся теневыносливыми. Это весенние лесные растения – первоцветы. Они успевают за короткий период высокой освещенности нижнего яруса леса цвести и плодоносить. Эту группу растений называют «эфемероиды» (от «эфемерос» – однодневный). Это такие растения как прострел весенний, хохлатка и медуница неясная.
У световых листьев развивается преимущественно столбчатая (палисадная) паренхима; клетки у них меньшей величины, число устьиц на единице поверхности значительно большее, чем у теневых. Теневые листья имеют преимущественно губчатую паренхиму, содержат больше хлорофилла; сеть проводящих пучков у них более редкая, чем у световых. Имеются и другие отличия. Так, световые листья средней величины в 1,5–4 раза более толстые, плотные, при сгибании ломаются, поверхность их более морщинистая. Теневые листья более крупные, дряблые, тонкие, их легко свернуть в трубку. У пихты световая хвоя саблевидной формы, с острым концом, теневая – тупая, располагается горизонтально, гребенчатой формы.
Почки могут образовываться и при отсутствии света, но развитие их тесно связано со степенью освещения. При слабом освещении почки или не развиваются, остаются спящими, пока не наступят лучшие условия освещения, или отмирают. Это сказывается при размножении некоторых древесных пород порослью. Так, при отсутствии света или недостаточном освещении пневая поросль березы и дуба или корневые отпрыски осины не развиваются; если же поросль и появляется, то из-за недостаточного освещения погибает.
2.3 Морфологические признаки приспособленности растений к выживанию
Все мезофиты состоят из основных частей: Корневая система, побег, стебель или ствол, листья, цветок или плодовое тело.
Корневая система у лесных растений всегда хорошо развита, начиная от мелкой травы и заканчивая вековыми деревьями. В лесу большая конкуренция, и растениям приходиться бороться не только за свет, но еще и за воду. Характер корневой системы определяется соотношением роста главного, боковых и придаточных корней. Пространственное размещение органов растений по ярусам наблюдается также в подземной части природного сообщества. Ярусы выделяют по глубине (См. рис. 3) расположения всасывающих частей корней. Больше всего корней находится в верхних, самых плодородных слоях почвы.
Рис.3

В лесной зоне на подзолистых, плохо аэрируемых почвах корневая система на 90% сосредоточена в поверхностном слое (10-15 см). Здесь находится основная масса так называемых "питающих корней". Корни деревьев служат опорой и крепко держат дерево в почве.
3. Биофизические процессы
3.1 Поглощение света
Солнечный свет, проходя через атмосферу, рассеивается и частично отражается небесным сводом. Поэтому дневной свет слагается из прямого солнечного света и рассеянного, имеющего большое значение для фотосинтеза. (См. Рис. 4) В тени действует только рассеянный свет, при солнечном освещении – прямой и рассеянный. Лучи солнца в зависимости от их спектрального состава оказывают разное воздействие на фотосинтез, рост, цветение, плодоношение и другие жизненные процессы растений.
Рис. 4(Процесс фотосинтеза)
Больше всего растения поглощают красные лучи (от 600нм до 700нм) и сине-фиолетовые лучи (от 400нм до 500нм) (см. рис.5). Так же растения поглощают и желто-зеленые лучи, но так как растения в основном зеленого цвета, то они отражают большую часть этих лучей. Большая часть этих лучей пропускается через листья и хвою под полог леса, создавая специфические световые условия для растений, произрастающих здесь. Деревья поглощают листьями около 30% световой энергии, из которой лишь около 2% расходуется на процесс ассимиляции, остальная часть затрачивается на испарение влаги.
Рис. 5(Таблица активности световых спектров)

При недостатке лучей красного и синего спектра в лесу растения чрезмерно вытягиваются в длину, тем самым пытаясь подняться выше и получить необходимое количество света. При некотором избытке лучей, что часто наблюдается в горах или открытых лугах, эти лучи задерживают рост растений. Этим обусловливается развитие низких и приземистых растений.
Под действием солнечного света в процессе фотосинтеза растения усваивают радиоактивный углерод (С14). В атмосфере он постоянно образуется из самого распространенного элемента – азота под действием космических лучей. Тяжелый углерод, как и многие радиоактивные элементы, оказывает влияние на рост, плодоношение, продолжительность жизни растений и т. п.
Вывод очевиден. Свет и его спектральный состав оказывает огромное влияние на жизненные процессы растений, особенно в условиях леса, где солнечный свет изменяется в зависимости от структуры древесного полога, а также от прочих растений, заселяющих другие ярусы. Спектральный состав прямых солнечных лучей и интенсивность освещения зависят от облачности, географической широты местности, высоты над уровнем моря и других условий.
Облака пропускают короткие лучи сильнее, чем длинные, и понижают общую интенсивность света, если появляются в большом количестве, особенно дождевые. Воздействуя на световой и температурный режимы местности, облачность оказывает влияние на фотосинтез, рост и другие жизненные процессы растений. Так, большое количество солнечных дней в течение лета обусловливает закладывание цветочных почек, что позволяет судить об обильном цветении на будущий год. В годы с ясной сухой осенью растения лучше, закаляются против низких температур, чем в годы с пасмурной, теплой и сырой осенью.
Действие на растения периодической смены затемнения и освещения, происходящей при смене дня и ночи, называется фотопериодизмом. Укорачивая фотопериод, П. Л. Богданов получил под Петербургом вполне вызревшие побеги белой акации, абрикоса и грецкого ореха.
Усиление освещения до известного предела увеличивает рост листьев, дальнейшее увеличение света до полного дневного освещения замедляет их рост. Поэтому листья, выросшие на полном свету, так называемые световые, уступают по своей величине листьям, выросшим при неполном освещении, – теневым. Листья с северной стороны и в затененной части кроны дерева могут быть крупнее, чем с южной стороны, находящейся на полном свету, или у одного и того же вида растений на севере листья крупнее, чем в южной местности. Поглощение лучистой энергии солнца листьями у лесных пород изменяется как в процессе онтогенеза, так и с изменением освещения, температуры и почвы.
Всходы осины, тополя, ивы, березы и даже ели и пихты весьма чувствительны к действию полуденных палящих солнечных лучей. Прямое солнечное освещение, значительно повышая температуру, в летнее время может вызвать ожог под семенодольного колена и семядолей; всходы в этом случае гибнут. Всходы дуба, ясеня, бархата амурского значительно легче переносят палящие лучи солнца и в течение первых 2–4 лет могут переносить также недостаток света. При дальнейшем недостатке света у всходов отмирают молодые побеги; они начинают куститься, превращаясь в торчки, и погибают.
О потребности лесных пород в свете судят по густоте листвы на кроне, интенсивности очищения деревьев от сучьев, сомкнутости крон, самоизреживанию насаждений и по другим признакам. Лесные породы с редким облиствением относят к группе светолюбивых (лиственница, сосна, береза), с густым облиствением или охвоением – к группе теневыносливых (тис, пихта, липа, ель).
Отечественным ученым принадлежит приоритет в разносторонней разработке вопроса об отношении древесных пород к свету. Проф. М. К. Турский еще в конце прошлого столетия указывал на изменяемость светолюбия лесных пород в зависимости от условий среды и возраста пород. В 1881 г. проф. М. К. Турский совместно со своим учеником Никольским, затеняя сеянцы сосны и ели щитами из дранки, показал, что при значительном затенении длина надземной части у ели увеличивается интенсивнее, чем у сосны, а при слабом затенении ель растет в высоту медленнее, чем сосна. Вес сухого вещества у обеих пород при затенении щитами из дранок (с промежутками, равными их ширине) у сосны уменьшается в 4–5 раз, а у ели – лишь в 1–2 раза.
На основании совокупности признаков, хотя и без учета возрастных этапов развития пород, М. К. Турский первым из лесоводов составил шкалу распределения лесных пород в зависимости от требовательности их к свету (в возрасте спелости, при средних условиях произрастания). Шкала представляет собой ряд, в котором на первое место поставлена самая светолюбивая порода, а далее идут в убывающем порядке менее светолюбивые: лиственница, береза, сосна обыкновенная, осина, ива, дуб, ясень, клен, ольха черная, ильм, сосна крымская, ольха серая, липа, граб, ель, бук и пихта.
Известный лесовод-ботаник Медведев Я. С. занимался изучением сравнительной способности древесных пород переносить недостаток света, их теневыносливости. Он предложил (1884 г.) выражать теневыносливость лесных пород числовым отношением, т. е. величиной, получаемой от деления всей высоты дерева на диаметр его на высоте 1,3 м, выражая обе величины в одной мере (сантиметр, метр). Обосновывая свой метод, Медведев Я. С. исходил из следующих положений. Деревья в насаждениях растут быстрее в высоту, при свободном же стоянии, напротив, в толщину (по диаметру). Поэтому относительная высота меньше у деревьев, выросших на свободе, и больше у деревьев, выросших в густом и сомкнутом лесу. У сосны разница в величинах относительной высоты доходит до 102,1, у бука – почти до 120. Свой способ Медведев проверил на обширном материале, собранном на специально заложенных пробных площадях. Получив относительные высоты для двух пород, он устанавливал сравнительную теневыносливость путем деления относительных высот. Так, средняя величина относительной высоты сосны была установлена 101,9, ели – 71,6. Соотношение этих величин равно 1,42. Следовательно, ель теневыносливее сосны почти в 1,5 раза.
Я. С. Медведевым была составлена шкала светолюбия (См. рис.6) древесных пород, в которой береза и сосна отнесены к крайне светолюбивым, а ель, бук и пихта – к крайне теневыносливым. Относительная высота изменяется в зависимости от возраста деревьев, воздействия ветра и других природных условий, поэтому при определении ее исходят из одинаковых условий роста древостоев.
В 1894 г. И. И. Сурож для сравнения светолюбия древесных пород впервые использовал особенности анатомического строения листьев. (См. рис.6) Он показал, что большая толщина палисадной ткани на поперечных разрезах листьев
Рис. 6
свидетельствует о высокой степени светолюбия породы и, наоборот, большое количество губчатой ткани указывает на ее теневыносливость. В методике работ И. И. Сурожа были упущены особенности условий появления и роста листьев, однако исследования его явились новым, оригинальным дополнением в изучении отношения лесных пород к свету.
Лесовод-ботаник В. Н. Любименко (1906 г.) положил начало физиологическому методу определения потребности древесных пород в свете по световому порогу фотосинтеза, т. е. по силе освещения, необходимой для начала фотосинтеза, которая оказывается различной в зависимости от светолюбия и теневыносливости породы. Им была составлена интересная шкала отношения древесных пород к свету, в которой потребность лиственницы в свете была принята за единицу. Сосна, по его данным, оказалась в 2, липа в 9, пихта в 12, бук в 20 раз теневыносливее лиственницы. За последние 25 лет вопрос о теневыносливости древесных пород получил новое, более научное освещение. Л. А. Иванов и Н. Л. Коссович (1932 г.) определяли теневыносливость по минимальной интенсивности света, при которой почти уравновешивается количество поглощенного СО2 при ассимиляции с количеством выделенного СО2 при дыхании растений. Теневыносливые породы используют слабое освещение лучше, чем светолюбивые, а интенсивность дыхания у них меньше. Световой оптимум для ассимиляции лиственницы и сосны отмечается при полном солнечном освещении, у ели, клена и ольхи – при освещении, равном 30% полного света. Усиление освещения до 100% у ели почти не вызывает повышения ассимиляции. Пихта, несмотря на большую теневыносливость при любом освещении, вплоть до максимального, по использованию прямого солнечного освещения не уступает сосне; при средней интенсивности света ассимиляция у пихты выше, чем у сосны. Вяз ассимилирует на прямом солнечном свету в 1,5 раза слабее дуба, а при средней степени освещения ассимиляционная способность его значительно выше, чем у дуба. Липа по своей способности использовать минимальное освещение превосходит даже ель и пихту вследствие более слабого дыхания и сильной ассимиляционной способности.
3.2 Значение температуры почвы и воздуха для растений
Источником тепла, как и света, является солнце. Поэтому температурные условия местности определяются главным образом географической широтой. От севера к экватору температура повышается. Однако нарастание ее идет неравномерно, особенно по (временам года, на что оказывают влияние рельеф, экспозиций, влага, ветер, морские течения, поглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность почвы и др.
В качестве показателя тепловых условий, необходимых для растений, обычно пользуются суммой среднесуточных температур (начиная от 0°), необходимой для определения фазы развития растений. Однако эта величина в большинстве случаев недостаточна при выяснении потребности в тепле для развития растений и, в частности, лесных пород. Большое значение имеют количество и напряженность, т. е. продолжительность действия, тепловой энергии, от которых при определенном соотношении с другими факторами среды зависит продолжительность фазы развития растений, изменение их природных свойств. Так, при большом числе дней с температурой + 2° можно набрать большую сумму температур, в то время как семена многих пород, например, сосны, не дадут при этом даже всходов. При температуре же 18–20° они дружно всходят через 20–25 дней, а при температуре 30° – и в более короткий срок, и при меньшей сумме температур, чем в предыдущем случае.
Среднегодовая и средняя за вегетационный период температуры также недостаточно характеризуют условия для развития растений, так как они не отражают воздействия крайних температур. Известно, что средняя годовая температура в европейской тундре выше, чем в большей части Сибири, однако в европейской тундре деревья не растут, за исключением долин рек, а в Сибири обширные леса заходят далеко на север.
Солнечная тепловая энергия передается дереву путем инсоляции, через воздух и почву. Воздух и почва, нагреваясь солнечными лучами, отдают часть своего тепла деревьям. Теплота почвы оказывает большее влияние на внутреннюю температуру дерева, чем теплота, получаемая им непосредственно от солнца. Основной причиной этого является плохая теплопроводность коры и древесины. В связи с продольным расположением водопроводящей системы дерево легче проводит тепло почвенной влаги вдоль ствола. Поэтому теплота почвы, особенно почвенной влаги. важна для поддерживания необходимой температуры ствола. Для температуры кроны деревьев, т. е. их вершин и сучьев, которые вследствие малого диаметра и более тонкой коры прогреваются легче ствола, наибольшее значение имеет теплота воздуха. Температура почвы особенно важна при замерзании и оттаивании дерева, а также в период вегетации. Продолжительность вегетационного периода определяют примерно от начала распускания листвы до начала осеннего пожелтения ее. В средних наших широтах вегетационный период продолжается в мае – августе. Осенью, когда начинается похолодание воздуха температура дерева продолжает оставаться выше температур окружающего воздуха.
В течение всего периода вегетации, особенно после облиствения лесных пород, температура древесины ствола дерева повышается медленно и достигает около 15° даже в летнюю жару. Таким образом, в течение года, а особенно в период вегетации дерева, температура почвы, передаваемая водными растворами, в значительной мере регулирует внутреннюю температуру дерева. Поэтому полезно прикрывать почву на зиму у стволиков молодых деревьев опадающей листвой или подстилкой. Это предохраняет не только корневую систему, но в некоторой степени и надземную часть деревьев от зимних холодов и резких колебаний температуры в течение года. Продуктивность лесов в значительной мере зависит от продолжительности вегетационного периода и связана с особенностями изменения погодных условий.
На скорость поступления воды в корни растения большое влияние указывает температура, что можно проследить на таком опыте. Растения табака, фасоли или тыквы выращивают в сосудах, затем обкладывают их льдом и ведут наблюдение. При снижении температуры для корневой системы до 00С и создании для надземной части растения комнатных условий растения увядают. При охлаждении почвы поступление воды в корни замедляется настолько, что не покрывается расход её во время испарения. В лабораторной практике с помощью прибора потометра можно наблюдать скорость поступления воды в корневую систему растений при различных условиях концентрации питательной смеси, рН раствора, температуры.
Со снижением температуры поступление воды в корни довольно быстро уменьшается, особенно у теплолюбивых растений. Это объясняется тем, что с изменением температуры изменяются и свойства протопласта. При снижении температуры вязкость протопласта возрастает, что и снижает скорость прохождения воды. Наблюдения показали, что при температуре 0°С плазмолиз и деплазмолиз проходят в 4—7 раз Медленнее, чем при температуре 200С. Снижение температуры почвы осенью при относительно высокой температуре воздуха создает в растении значительный водный дефицит. При возникновении этого явления у древесных пород можно наблюдать сбрасывание зеленых листьев, еще не поврежденных морозом. Некоторые ученые утверждают, что холодная почва является физиологически сухой, поскольку вода в ней недоступна для растений. Отсюда создалось и само понятие о физиологической сухости влажных, но холодных почв. Так, болотные почвы называют физиологически сухими, потому что в них недостаточная аэрация, вследствие чего температура их ниже температуры минеральных почв. Согласно этой теории, корни не способны с достаточной интенсивностью поглощать воду из холодных почв.
Процесс развития любого растительного организма ограничивается предельными низкими и высокими температурами. Температура, при которой процессы роста и развития растительного организма идут быстрее всего, называется оптимальной. Определенные температурные условия требуются, однако, не только для процессов роста и развития в целом, но и для отдельных фаз: образования завязи, цветения, созревания плодов, прорастания семян, появления всходов и прочее.
Действие температур на растения тесно связано с другими природными условиями, в частности с влажностью. Так, в условиях лесостепи и степи европейской части России весенняя температура является оптимальной для прорастания желудей, появления всходов дуба; однако быстрое иссушение почвы суховеями нередко задерживает прорастание желудей, появление и рост дубков. В таких условиях предпочтительнее высевать наклюнувшиеся желуди.
Путем создания соответствующих водных, почвенных, воздушных и прочих условий можно изменить (понизить) оптимальную температуру, необходимую для нормального развития культивируемой на новом месте технически ценной породы. В этом отношении приобрели исключительное значение для лесного хозяйства работы И. В. Мичурина. Созданные им крупноплодные гибриды из рябины альпийской и нашей горькой (обыкновенной, а также горькой рябины с боярышником- сибирским обладают исключительной выносливостью к зимним морозам. А. С. Яблоковым получены гибридные тополи, отличающиеся быстротой роста и более высокой морозоустойчивостью. Например, тополь московский, или серебристый, рекомендован для климатических условий от Питера до Свердловска.
Древесные породы относятся к теплу по-разному. (См. Рис. 7) О степени требовательности к теплу той или другой породы можно судить по температурным условиям области, в которой она произрастает и размножается. Так, бук, дуб и ясень, распространенные в относительно теплых районах, более требовательны к теплу, чем береза, осина, сосна обыкновенная, ель, лиственница сибирская и даурская, которые заходят далеко на север и высоко поднимаются в горы.
Рис. 7

Время наступления и окончания у растений набухания, распускания почек, роста побегов, цветения и т. п. в зависимости от сезонных колебаний метеорологических условий изучает раздел биологии, называемый фенологией. Фенологические наблюдения дают представление о потребности лесных пород в тепле, их устойчивости к определенным температурам и позволяют намечать примерные сроки хозяйственных мероприятий. О требовательности древесных пород к теплу судят также по наблюдениям при различных тепловых условиях их выращивания.
Г. Ф. Морозов предложил следующую шкалу требовательности к теплу некоторых древесных пород, начиная с более теплолюбивых: каштан, дуб, ясень, ильмовые, граб, сосна приморская, сосна австрийская, сосна обыкновенная, рябина, ольха, береза, пихта сибирская, ель, кедр сибирский, лиственница.
Шкала Морозова основана на общих наблюдениях и не отражает способности лесных пород переносить различные крайние температуры, а также устойчивости их в зависимости от возрастных этапов развития.
Известно, что на определенных стадиях растений могут развиваться те или иные их органы или признаки, без которых невозможен дальнейший нормальный путь развития, ведущий к плодоношению. Так, тепло влияет на созревание семян. Семена сосны и ели в более северных районах вызревают при средней температуре лета (июнь–сентябрь) не ниже +11°. С понижением температуры качество семян падает, увеличивается количество пустых, и недозрелых. Для достижения 50%-ной всхожести семян сосны необходима минимальная температура в течение июля и августа + 13°. Некоторые экзоты могут хорошо расти и цвести в определенной местности, но не способны размножаться семенным путем, так как им не достает тепла, необходимого для полного вызревания семян.
Тепло влияет на прорастание семян, рост всходов, появление молодого поколения, леса. Семена ели хорошо прорастают при температуре + 18–20°, семена клена остролистного – при температуре + 5–10°. Прорастание семян древесных пород ускоряется при колебании температуры как в период их покоя, перед прорастанием, так и в период самого процесса прорастания. Промораживание семян ели в течение 10 дней с троекратным понижением температуры ниже нуля увеличивает их всхожесть на 8%.
Теплая, быстро наступающая весна вызывает распускание листвы и цветков у деревьев значительно раньше обычного срока; наоборот, сильные ночные похолодания и в особенности холодная весна с резкими снижениями температур задерживают, а порой приостанавливают рост и цветение.
Температура оказывает влияние также на рост корневой системы лесных пород. Высокая температура воздуха, особенно во время посадки, неблагоприятно отражается на состоянии корней. Весной корни ели довольствуются более низкой температурой и начинают развиваться на 3–10 дней раньше, чем у сосны, поэтому предпочтительнее ель сажать весной раньше сосны. Повышение температуры до оптимальной способствует быстрому всасыванию корнями водных питательных растворов. При понижении температуры воды с 20 до 0° всасывающая деятельность корней понижается на 50% и более. Из замерзшей почвы корни не могут всасывать воду или всасывают ее очень мало. Этим до некоторой степени обусловливается отсутствие многих растений в арктическом климате, где температура воздуха могла бы допустить жизнь высших растений.
Весной после теплого дождя мелкие кустарники распускаются раньше крупных деревьев. Это связано с тем, что у кустарников корни ближе к поверхности, поэтому больше подвергаются действию тепла дождевой воды, легче перехватывают ее для надземных органов и быстрее пробуждают их.
Оптимальная температура усиливает питание и рост дерева в высоту и по диаметру, пониженная температура задерживает эти процессы. По исследованиям проф. Л. А. Иванова, понижением температуры воздуха у комлевой части сосны путем притенения кустарниками, в частности желтой акацией, можно уменьшить сбежистость ствола. Объясняется это ослабленной работой камбия в затененной нижней части ствола вследствие пониженной температуры воздуха у комля дерева в период вегетации. Б связи с этим усиливается лесоводственное значение подлеска и второго яруса в лесу.
3.3 Корневая система
Потребление воды в растениях тесно связано с фотосинтезом, поскольку отдача воды на транспирацию регулируется системой устьиц (при недостатке воды устьица закрываются), через которые осуществляется также поступление в растение С02. В условиях нормального водоснабжения растения тратят на образование 1 кг сухого вещества 250-300 кг воды, в засушливом климате 500-600 кг. Водный дефицит - кол-во воды, недостающее до водонасыщенного состояния данного органа; минимален утром и максимален в послеполуденные часы. При водном дефиците органы растения (обычно листья) уже не восстанавливают свою жизнедеятельность и отмирают; у многих травянистых он составляет 50% от водного запаса листа, у листопадных деревьев умеренного пояса 15-20%. Однако сниженная устойчивость к обезвоживанию у листьев не свидетельствует о низкой засухоустойчивости деревьев в целом, так как реальный водный дефицит во время засухи у деревьев обычно значительно ниже, чем у трав. Это объясняется большим общим запасом воды, глубокой корневой системой и большой водоудерживающей способностью у деревьев. Водный потенциал растений (сосущая сила, дефицит давления диффузии) - сила, с которой растение удерживает влагу (измеряется в барах или атмосферах). Градиент водоудерживающих сил в системе почва - растение - атмосфера является основной движущей силой тока воды. Водный потенциал служит показателем активности воды в растении и её способности принимать участие в обмене веществ. Для большинства растений нормальное протекание процессов жизнедеятельности возможно при водном потенциале, не превышающем 15-20 бар. Обычно утром он составляет 2-3, в послеполуденные часы - не более 10-12 бар. Изучение создаёт основу для разработки лесхозных мероприятий, включая разболачивание территорий.
3.4 Размер имеет значение
Важное значение имеет на каком ярусе растет то или иное растение. Чем выше, тем больше света оно поглощает, а растения ниже, собственно получают меньше света. В лесу самыми высокими растениями являются деревья. Весной деревья покрываться почками и самые последние обрастают листвой. Дальше идут кустарники. Они тоже обрастают листвой позже. А первой начинает зеленеть мелкая трава. Ведь она должна успеть вырасти и зацвести, пока большие деревья и кустарники не лишили ее яркого солнца. Леса этого типа высокие, 25—40 м, представлены в основном двумя ярусами деревьев, ярусом кустарников и травянистым покровом, в котором можно также выделить два — три яруса по высоте трав. Характерной чертой лиственного леса является преобладание видового разнообразия трав над разнообразием деревьев.
Деревья лиственного леса сильно ветвятся (до 6—8 порядков), образуя густую крону. Листовые пластинки деревьев обычно простые, лопастные или зубчатые по краю, изредка сложные. Они тонкие и не приспособлены для перенесения ни сильных засух, ни морозов, поэтому при наступлении неблагоприятного периода сбрасываются, зимой все деревья лиственного леса сбрасывают листву.
По высоте деревья и кустарники (См. рис. 8) подразделяются на девять групп:
1. Исключительно высокие деревья (свыше 35 м) - бук лесной, гледичия, платан, тополи пирамидальный и черный, ильм или вяз, пихты белая и кавказская, ели обыкновенная и Энгельмана, псевдотсуга или лжетсуга тиссолистная, сосны кедровые сибирская и корейская, сосна Веймутова, кедры ливанский, атласский, гималайский;
2. Очень высокие (25-35 м) - клен остролистный, явор, ясень обыкновенный, ива белая, осина, дуб черешчатый или обыкновенный, тополь белый, липа, берест, лиственница европейская, ель восточная, сосна обыкновенная, сосна пицундская;
3. Высокие (20-25 м) - клен ясенелистный, ольха серая, береза бородавчатая, граб, робиния лжеакация или акация белая, софора японская, липа серебристая, орех медвежий, сосна черная;
4. Средней высоты (10-20 м) - клен полевой, шелковица белая, черемуха обыкновенная, рябина, туя восточная, тис ягодный, можжевельник обыкновенный, сосна кедровая европейская;
5. Низкие (6-10 м) - клен татарский, боярышник однопестичный, яблоня лесная, ива козья, туя восточная или биота, можжевельник обыкновенный, сосна горная (дерево);
6. Кустарники высокие (2-5 м) - карагана или акация желтая, облепиха, птелея, калина обыкновенная, уксусное дерево или сумах пушистый, кизил, лещина, скумпия, бузины черная и красная, сирень обыкновенная, тамариск или гребенщик, лох узколистный, кизильник, ирга, форзиция, дейция, жимолость лесная, кедровый стланник (дерево);
7. Кустарники средней высоты (1-2 м) - хеномелес или айва японская, барбарис обыкновенный, спирея иволистная, смородина золотистая, бирючина, сосна горная (кустарник), кедровый стланник (кустарник);
8. Кустарники низкие (до 1 м) - можжевельник казацкий, волчеягодник обыкновенный, дейция изящная, дрок красильный, миндаль низкий, спирея японская, самшит;
9. Вьющиеся.
Рис. 8

Лиственные леса делятся на широколиственные, в которых деревья верхнего яруса имеют листья крупного и среднего размера, они отличаются высокой теневыносливостью и требовательностью к почве, светолюбивы, к ним относятся дуб, клён, липа, ясень, вяз. Широколиственные леса растут в условиях сравнительно мягкого климата, лишённого континентальности;
мелколиственные леса, в которых преобладающие древесные породы имеют мелкие листовые пластинки, это берёзовые, осиновые и ольховые леса. Мелколиственные леса более светолюбивы и менее требовательны к плодородию почвы, они также более морозоустойчивы.
Кроме того, лиственные леса подразделяются на моно доминантные и полидоминантные. Леса Северной Америки, Чили и Восточной Азии полидоминантные, представлены многими породами деревьев, а в Европе, Сибири, на Камчатке и Огненной Земле моно доминантные, в них отдельные виды деревьев преобладают или образуют своего рода зоны.
Листья явора, или клёна белого
Широколиственные буковые и мелколиственные леса имеют всего один древесный ярус и слаборазвитый ярус кустарников, который может и отсутствовать. Буковые тенистые леса с мощной лесной подстилкой чаще других лишены второго яруса, кустарников и травянистого покрова, образуя так называемые мёртвопокровные бучины. Второй ярус в других широколиственных лесах состоит из деревьев меньшей высоты. В таких лесах почти всегда хорошо развит подлесок из кустарников.
В тёплых областях лиственного леса (приатлантическая Западная Европа, восточная часть Китая, Южные Аппалачи, Крым и Кавказ) во втором древесном ярусе, среди кустарников и трав встречаются вечнозелёные виды, а также лианы, как деревянистые, так и травянистые, представленные немногими листопадными видами из семейств Бобовые, Жимолостные, Виноградовые, Бересклетовые и некоторых других.
Леса могут быть первичными, или коренными и вторичными. Вторичные леса чаще бывают мелколиственными и возникают на месте уничтоженных пожарами, в результате нападения вредных насекомых, вырубки их человеком и по другим причинам хвойных и широколиственных лесов. Деревья мелколиственных лесов более светолюбивы и зимостойки, а также не требовательны к почве по сравнению с широколиственными деревьями, поэтому они появляются первыми во вторичных лесах, на местности с изменённым микроклиматом в результате гибели коренных лесов. По этой же причине берёзы и осины растут на окраинах коренных хвойных и широколиственных лесов.
Несмотря на ежегодный опад листьев, в этих лесах, подстилка развита слабо, так как в условиях достаточно тёплого климата она быстро разлагается. Почва в таких лесах, в отличие от хвойных, в основном близка нейтральной по кислотности, что обеспечивает условия для формирования гумуса земляными червями и бактериями. По этой причине почти весь лиственный опад разлагается, образуя плодородный гумусовый горизонт. Опавшие осенью листья покрывают поверхность почвы ровным слоем и препятствует произрастанию мхов, поэтому в лиственном лесу мхи растут только у оснований деревьев или на выступающих местах.
Почвы в лесах умеренной зоны могут быть подзолистые, лессивированные, парабурозёмы, бурые лесные почвы, тёмно- и светло-серые лесные почвы, ранкеры, гумусированные карбонатные почвы, глеевые почвы и слаборазвитые почвы местообитаний пионерных пород[1]:280.
Особый микроклимат, создаваемый в лиственном лесу, создаёт условия для поселения грибов, ягод, различных травянистых растений. В лесу обитают многочисленные полезные и вредные насекомые, птицы и другие животные. Все обитатели лиственного леса существуют во взаимной зависимости и образуют целостную экосистему лиственного леса.
4 Заключение
Во всем мире существует огромное количество живых существ. Всем им приходиться бороться с условиями среды, приспосабливаться к выживанию в тех или иных местах. Так как в тексте мы рассматривали растения, то и обсуждать будем их же. Приспособление лесо-полевых растений.
Что такое приспособление? Для чего оно нужно? Как растения проявляют его и как это может пригодиться в других науках?
Приспособление- это когда растения, несмотря на суровое для жизни место произрастания, привыкает к этому и начинает получать какую о пользу. Например, имея различную корневую систему деревья по-разному всасывают воду с растворенными минеральными веществами. Определённое строение ветвей и листьев помогает в достатке получать солнечные лучи.
Мелкие растение нижнего яруса тоже приспособились. Так как крона деревьев почти полностью закрывает солнечные лучи, цветы и лесные травы начинают прорастать и зеленеть намного раньше деревьев, чтобы успеть зацвести и дать шанс будущему поколению для продолжения их рода.
Приспособленность онтогенеза растений к условиям среды является результатом их эволюционного развития (изменчивости, наследственности, отбора). На протяжении филогенеза каждого вида растений в процессе эволюции выработались определённые 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.
Следует следующее. Благодаря такой приспосабливаемости можно искусственно получать определённые виды растений, с нужными характеристиками. Улучшать плодовитость, выводить сорта с иммунитетом к болезням или, например, можно получить теневыносливый сорт какого ни будь культурного растения. А с помощью определённых видов деревьев осушают землю, или предотвращают осыпание земли.

1. Левченко В. — «Радиоуглерод и абсолютная хронология: записки на тему». — «Русский 2 Переплёт», 18 декабря 2001
2. Фёдоров Ал. А., Кирпичников М. Э. и Артюшенко З. Т. Атлас по описательной морфологии высших растений.
3. http://medbiol.ru/medbiol/botanica/00153246.htm4. Лесная энциклопедия: В 2-х т./Гл.ред. Воробьев Г.И.; Ред.кол.: Анучин Н.А., Атрохин В.Г., Виноградов В.Н. и др. - М.: Сов. энциклопедия, 1985.-563 с., ил.
5. Алешин Е.П., Пономарёв А.А. Физиология растений. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1985. – 255 с., ил. - (Учебники и учеб. пособия для сред. с.-х. учеб. заведений).
6. Лебедев С.И. Физиология растений. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1982. – 463 с., ил. – (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений).
7. Тимонин А. К. Ботаника в четырёх томах. Том 3: Высшие растения. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — С. 331—332. — 352 с.
8. Вальтер Г. Растительность земного шара. Эколого-физиологическая характеристика: Том II. Леса умеренной зоны. — М.: Прогресс, 1974. — 422 с
9. http://www.spartakbank.ru/les/potrebnost_lesnyh_porod_v_svete_i_tenevynoslivost.html10.http://www.spartakbank.ru/les/znachenie_temperatury_pochvy_i_vozduha_dlja_rastenij.html11. http://big-archive.ru/biology/the_basics_of_forestry_forest_melioration/9.php12. Биогеография Г. М. Абдурахманов, Д. А. Криволуцкий, Е. Г. Мяло, Г. Н. Огуреева. Серия: Высшее образование. М.: Академия, 2003. 480 с.

Приложенные файлы

  • docx 22618967
    Размер файла: 773 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий