Биология : Курсовая работа: Экологические группы растений по отношению к температуре
Курсовая работа: Экологические группы растений по отношению к температуре
ТЕМА КУРСОВОЙ.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ
РАСТЕНИЙ ПО ОТНОШЕНИЮ К ТЕМПЕРАТУРЕ
Содержание
Введение 2
ГЛАВА
1. Температура как экологический фактор 4
ГЛАВА
2. Температура растений 6
ГЛАВА
3. Действие температурного стресса 11
3.1.
Картина повреждения 11
3.2
.Причины гибели при перегреве 12
3.3.
Гибель от охлаждения и от мороза 12
3.4. Термоустойчивость 13
3.5. Устойчивость протоплазмы 14
ГЛАВА
4. Растения и высокая температура 17
4.1.
Жароустойчивость 22
4.2.
Нежаростойкие виды 22
4.3. Жаровыносливые эукариоты 23
4.4.
Жароустойчивые прокариоты 23
ГЛАВА
5. Влияние холода на растения и приспособления к нему 24
5.1.
Нехолодостойкие растения 35
5.2. Неморозостойкие растения 35
5.3. Льдоустойчивые растения 35
Заключение 36
Литература 37
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. 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. 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.
Все физиологические и биохимические процессы идут лишь в
определенных температурных границах, которые обычно лежат в довольно узких
пределах. Фактор тепла имеет большое значение и в географическом распределении
растений. Составляя существенную часть климатических условий, он тем самым
определяет северные и южные границы ареалов, зональную структуру растительного
покрова.
Цель: выявить основные типы отношений растений к
температуре, способы адаптаций
Задачи: 1 охарактеризовать
тепловые условия местообитаний
2 охарактеризовать собственную температуру растения
3 определить последствия температурного стресса
4 рассмотреть различные виды адаптаций к высоким и низким температурам
ГЛАВА 1.
ТЕМПЕРАТУРА КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР
Растения
пойкилотермные организмы, т. е. их собственная температура уравнивается с температурой окружающей их
среды. Однако это
соответствие неполное. Конечно, тепло, выделяемое при дыхании и используемое при синтезах,
вряд ли играет какую-либо
экологическую роль, но все же температура надземных частей растения может значительно отличаться
от температуры воздуха в
результате энергообмена с окружающей средой. Благодаря этому, например,
растения Арктики и высокогорий, которые заселяют места, защищенные от ветра, или растут вплотную к почве, имеют более благоприятный
тепловой режим и могут достаточно
активно поддерживать обмен веществ и рост, несмотря на постоянно низкие температуры
воздуха. Не только отдельные растения и их части, но и целые фитоценозы обнаруживают иногда
характерные отклонения от температуры воздуха. В один жаркий летний день в
Центральной Европе температура на поверхности крон в лесах была на 4°С, а лугов
на 6 °С выше температуры воздуха и на 8 °С (лес)
или 6 °С (луг) ниже, чем температура поверхности
почвы, лишенной растительности.
Чтобы
охарактеризовать тепловые условия местообитания растений, необходимо знать
закономерности распределения тепла в пространстве
и его динамику во времени как в отношении общеклиматических
характеристик, так и конкретных условий произрастания растений.
Общее представление об обеспеченности того или иного района
теплом дают такие общеклиматические
показатели, как среднегодовая
температура для данной местности, абсолютный максимум и абсолютный
минимум (т. е. наиболее высокая и наиболее низкая температура, зарегистрированная в этом районе), средняя температура самого теплого месяца (на большей части
северного полушария это июль, южного
полушария - январь, на островах и в прибрежных
районах — август и февраль); средняя температура самого холодного месяца (в континентальных областях северного полушария - январь, южного — июль, в прибрежных
районах - февраль и август).
Для
характеристики тепловых условий жизни растений важно знать не только общее количество тепла,
но и его распределение во
времени, от которого зависят возможности вегетационного периода. Годовую динамику тепла хорошо
отражает ход среднемесячных
(или среднесуточных) температур, неодинаковый на разных широтах и при разных типах климата, а
также динамика
максимальных и минимальных температур. Границы вегетационного сезона определяются продолжительностью безморозного
периода, частотой и степенью вероятности
весенних и осенних заморозков. Естественно,
порог вегетации не может быть одинаковым для растений с разным отношением к
теплу; для холодостойких культурных видов условно принимают 5°С, для
большинства культур умеренной зоны 10°С, для теплолюбивых 15°С. Считают, что
для естественной растительности умеренных широт пороговая температура начала
весенних явлений составляет 5°С.
В общих чертах
скорость сезонного развития пропорциональна накопленной сумме температур
(стоит, например, сравнить медленное развитие растений в холодную и затяжную
весну или «взрывное» начало весны при сильной волне тепла). От этой общей
закономерности есть ряд отступлений: так, например, слишком высокие суммы
температур уже не ускоряют, а тормозят развитие.
ГЛАВА
2. ТЕМПЕРАТУРА РАСТЕНИЙ
Наряду с тепловыми характеристиками
окружающей среды необходимо
знать температуру самих растений и ее изменения, поскольку именно она представляет
истинный температурный фон для физиологических
процессов. Температуру растений измеряют с помощью электротермометров, имеющих
миниатюрные полупроводниковые датчики. Чтобы
датчик не повлиял на температуру
измеряемого органа, необходимо, чтобы его масса была во много раз меньше массы органа. Датчик должен быть
также малоинерционным и быстро
реагировать на изменения температуры. Иногда
для этой цели используют термопары. Датчики или прикладывают к поверхности растения, или «вживляют» в
стебли, листья, под кору (например,
для измерения температуры камбия). Одновременно
обязательно измеряют температуру окружающего воздуха (затенив датчик).
Температура растений весьма непостоянна. Из-за турбулентных потоков и
непрерывных изменений температуры
воздуха, непосредственно окружающего лист, действия ветра и т. д. температура растения
варьирует с размахом в несколько десятых долей или даже целых градусов и с частотой в несколько секунд. Поэтому под «температурой растений» следует
понимать более или менее обобщенную и в
достаточной мере условную величину,
характеризующую общий уровень нагрева. Растения
как пойкилотермные организмы не имеют собственной стабильной температуры тела. Их температура
определяется тепловым балансом, т. е. соотношением поглощения и отдачи
энергии. Эти величины зависят от многих
свойств как окружающей среды (размеры
прихода радиации, температура окружающего воздуха и его движение), так и самих растений (окраска и другие оптические свойства
растения, величина и расположение
листьев и т. д.). Первостепенную роль
играет охлаждающее действие
транспирации, которое препятствует
очень сильным перегревам в жарких
местообитаниях. Это легко показать в опытах с пустынными растениями: стоит лишь смазать
вазелином ту поверхность листа, на
которой расположены устьица, и лист
на глазах гибнет от перегрева и
ожогов.
В результате действия всех указанных причин
температура растений обычно отличается (иногда довольно значительно) от температуры окружающего воздуха. При этом возможны три
ситуации:
1)
температура
растения выше температуры окружающего воздуха («супратемпературные» растения,
по терминологии О. Ланге),
2)
ниже ее
(«субтемпературные»),
3)
равна или очень
близка к ней. Первая
ситуация встречается довольно часто в самых разнообразных условиях. Значительное
превышение температуры растения над температурой воздуха обычно наблюдается у массивных органов растений, особенно в жарких
местообитаниях и при слабой транспирации. Сильно нагреваются крупные мясистые стебли кактусов, утолщенные листья молочаев,
очитков, молодила, у которых испарение воды очень незначительное. Так, при температуре воздуха 40—45°С пустынные кактусы нагреваются до 55—60°С; в
умеренных широтах в летние дни сочные листья
растений из родов Sempervivum и
Sedum нередко имеют температуру 45°С, а
внутри розеток молодила — до 50°С. Таким
образом, превышение температуры растения над
температурой воздуха может достигать 20°С.
Сильно нагреваются солнцем различные мясистые плоды: например, спелые томаты и арбузы на 10—15°С теплее
воздуха; температура красных плодов в зрелых початках аронника — Arum
maculatum доходит до
50°С. Довольно заметно бывает повышение температуры
внутри цветка с более или менее закрытым околоцветником, сохраняющим от рассеивания тепло, которое
выделяется при дыхании. Иногда это
явление может иметь существенное адаптивное значение, например, для цветков
лесных эфемероидов (пролески,
хохлатки и др.), ранней весной, когда температура воздуха едва превышает 0°С.
Своеобразен и температурный режим таких массивных образований, как древесные стволы. У одиночно стоящих
деревьев, а также в лиственных лесах
в «безлистную» фазу (весной и осенью) поверхность стволов сильно нагревается в дневные часы, причем в наибольшей степени с южной стороны; температура
камбия здесь может быть на 10—20°С
выше, чем на северной стороне, где она имеет
температуру окружающего воздуха. В жаркие дни температура темных стволов
ели повышается до 50—55°С, что может принести
к ожогам камбия. Показания тонких термопар, вживленных под кору,
позволили установить, что стволы древесных пород защищены по-разному: у березы температура камбия быстрее меняется в соответствии с колебаниями температуры
наружного воздуха, в то время как у
сосны она более постоянна благодаря лучшим
теплозащитным свойствам коры. Нагревание стволов деревьев и безлистном весеннем лесу существенно влияет на
микроклимат лесного сообщества, поскольку стволы — хорошие аккумуляторы тепла.
Превышение температуры
растений над температурой воздуха встречается не только в сильно прогреваемых,
но и в более холодных местообитаниях. Этому
способствует темная окраска или иные оптические свойства растений,
увеличивающие поглощение солнечной радиации, а также анатомо-морфологические
особенности, способствующие снижению транспирации. Довольно заметно могут
нагреваться арктические растения: один пример - карликовая ива — Salix
arctica на Аляске,
у которой днем листья теплее воздуха на 2—11°С и даже в ночные часы полярного
«круглосуточного дня» — на 1—3°С. Ранневесенним эфемероидам «подснежникам»
нагревание листьев обеспечивает возможность достаточно интенсивного фотосинтеза
в солнечные, но еще холодные весенние дни. Даже под снегом (точнее под тонким
слоем полупрозрачного фирна) темноокрашенные части зимующих альпийских и
арктических растений нагреваются солнечными лучами. Это приводит к образованию
полостей и «парничков» вокруг растений, к более быстрому растаиванию снежной
корки над ними. Когда над поверхностью снега в высокогорьях Альп и Карпат
появляются темно-сиреневые колокольчатые цветки сольдане | 
