Екологічні групи рослин по відношенню до температури

 

Зміст

Вступ………………………………………………………………………………....3

1. Температура, як екологічний фактор…………………………………….4

2. Рослини і висока температура……………………………………………5

3. Вплив холоду на рослини………………………………………………..11

Висновки……………………………………………………………………………21

Список використаних джерел……………………………………………………..22

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Пристосованість онтогенезу рослин до умов середовища є результатом  їх еволюційного розвитку (мінливості, спадковості, добору). Протягом філогенезу кожного виду рослин у процесі еволюції виробилися певні потреби індивідуума до умов існування і пристосованість до займаної ним екологічної ніші. Жаростійкість, холодостійкість та інші екологічні особливості конкретних видів рослин сформувалися в ході еволюції в результаті тривалої дії відповідних умов. Так, теплолюбні рослини і рослини короткого дня характерні для південних широт, менш вимогливі до тепла і рослини довгого дня - для північних.

У природі в одному географічному  регіоні кожен вид рослин займає екологічну нішу, відповідну його біологічним особливостям. Спадковість рослин формується під впливом певних умов зовнішнього середовища. Важливе значення мають і зовнішні умови онтогенезу рослин. У більшості випадків рослини і посіви сільськогосподарських культур, відчуваючи дію тих чи інших несприятливих чинників, виявляють стійкість до них як результат пристосування до умов існування, що склалися історично, що відзначав ще К. А. Тімірязєв.

Мета: визначити основні екологічні групи рослин по відношенні до температури, способи їх адаптацій.

Завдання:

1. ознайомитися з тепловими умовами середовища існування.
2. охарактеризувати рослини по відношенню до високих температур.
3. Визначити вплив холоду на рослини.

Об’єкт: температура як екологічний фактор.

Предмет: екологічні групи рослин по відношенню до температури.

 

 

 

1. Температура як екологічний фактор.

 

Рослини – пойкілотермні організми, тобто їх власна температура зрівнюється з температурою навколишнього середовища. Однак ця відповідність неповна. Звичайно, тепло, що виділяється при диханні і використовується при синтезах, навряд чи відіграє якусь екологічну роль, але все ж температура надземних частин рослини може значно відрізнятися від температури повітря в результаті енергообміну з навколишнім середовищем. Завдяки цьому, наприклад, рослини Арктики і високогір'я, які заселяють місця, захищені від вітру, або ростуть впритул до грунту, мають більш сприятливий тепловий режим і можуть досить активно підтримувати обмін речовин і зростання, незважаючи на постійно низькі температури повітря. Не тільки окремі рослини і їхні частини, а й цілі фітоценози виявляють іноді характерні відхилення від температури повітря. В один спекотний літній день в Центральній Європі температура на поверхні крон в лісах була на 4 ° С, а лук - на 6 ° С вище температури повітря і на 8 ° С (ліс) або 6 ° С (луг) нижче, ніж температура поверхні грунту, позбавленої рослинності. Щоб охарактеризувати теплові умови місцеперебування рослин, необхідно знати закономірності розподілу тепла в просторі і його динаміку в часі як у відношенні загальнокліматичному характеристик, так і конкретних умов зростання рослин.

Загальне уявлення про  забезпеченість того чи іншого району теплом дають такі загальнокліматичному показники, як середньорічна температура для даної місцевості, абсолютний максимум і абсолютний мінімум (тобто найбільш висока і найбільш низька температура, зареєстрована в цьому районі), середня температура самого теплого місяця ( на більшій частині північної півкулі це липень, південної півкулі - січень, на островах і в прибережних районах - серпень і лютий); середня температура найхолоднішого місяця (у континентальних областях північної півкулі - січень, південного - липень, у прибережних районах - лютий і серпень ).

Для характеристики теплових умов життя рослин важливо знати не лише загальну кількість тепла, але і його розподіл в часі, від якого залежать можливості вегетаційного періоду. Річну динаміку тепла добре відображає хід середньомісячних (або середньодобових) температур, неоднаковий на різних широтах і при різних типах клімату, а також динаміка максимальних і мінімальних температур. Межі вегетаційного сезону визначаються тривалістю безморозного періоду, частотою і ступенем ймовірності весняних і осінніх заморозків. Природно, поріг вегетації не може бути однаковим для рослин з різним ставленням до тепла; для холодостійких культурних видів умовно приймають 5 ° С, для більшості культур помірної зони 10 ° С, для теплолюбних 15 ° С. Вважають, що для природної рослинності помірних широт порогова температура початку весняних явищ становить 5 ° С.

У загальних рисах швидкість  сезонного розвитку пропорційна накопиченій сумі температур (варто, наприклад, порівняти повільний розвиток рослин у холодну і затяжну весну або «вибуховий» початок весни при сильній хвилі тепла). Від цієї загальної закономірності є ряд відступів: так, наприклад, занадто високі суми температур уже не прискорюють, а гальмують розвиток.

  
2. Рослини і висока температура.

 

У відкритих місцях проживання з сильною інсоляцією і високими температурами надземні частини рослин (особливо слабко транспірірующих) можуть нагріватися до 45 - 60 ° С. Нагрівання грунтових і наскальних лишайників досягає 60-65 ° С (іноді протягом досить тривалого часу). «Полюс спеки» в рослинному світі займають рослини термальних (гарячих) джерел Камчатки, Ісландії, Єлловстонського парку в США та ін. Найвища температура, при якій знайдені живі синьо-зелені водорості, 85 ° С, бактерії - 88 ° С. Вищі рослини в термальних водах відсутні (лише один вид ряски живе при 32-35 ° С). Цікаво, що мешканці термальних вод живуть при температурах, дуже близьких до летальної межі температур: водорість Oscillatoria, що живе на о. Ява у воді з температурою 64 ° С, гине при 68 ° С вже через 5-10 хв! Водорості витримують дуже високі температури (67-75 ° С) тільки в умовах повного сонячного освітлення, а в затінених джерелах не виносять і більш низької температури близько 50-55 ° С.

Дія екстремальних високих  температур тягне за собою цілий  ряд небезпек для рослин: сильне зневоднення і висушування, опіки, руйнування хлорофілу, незворотні розлади дихання та інших фізіологічних процесів, нарешті, теплову денатурацію білків, коагуляцію цитоплазми і загибель. Перегрів грунту призводить до пошкодження і відмирання поверхнево розташованих коренів, до опіків кореневої шийки.

У захисних пристосуваннях рослин до високих температур використані  різні шляхи адаптації. Анатомо-морфологічні риси, що запобігають перегрів, в  основному ті ж самі, що служать  рослині для ослаблення приходу  радіації до тканин надземних частин. Це густе опущення, що додає листю  світле забарвлення і підсилює їх здатність до відбиття; блискуча поверхня; зменшення поверхні, що поглинає радіацію, - вертикальне і меридіональне  положення листя; згортання листових пластинок у злаків; загальна редукція листкової поверхні і т. д. Ці ж  особливості будови одночасно сприяють зменшенню втрати води рослиною. Таким  чином, комплексна дія екологічних  чинників на рослину знаходить відображення і в комплексному характері адаптації. Тому важко відрізнити ті риси структури, які служили б рослині тільки «тепловим захистом» за рідкісними винятками (наприклад, розвиток коркової тканини або повітроносної тканини поблизу кореневої шийки у деяких пустельних рослин).

Вельми дієвої фізіологічної адаптацією до перегріву служить посилена транспірація. Ряд авторів надає значення високому вмісту у жаростійких рослин захисних речовин (слизу, органічні кислоти та ін.) У адаптації рослин до високих температур беруть участь дуже тонкі механізми на клітинному і субклітинному рівні, наприклад, зрушення температурного оптимуму активності найважливіших ферментів. За сучасними уявленнями (Александров, 1975), в основі стійкості організмів до дії високих температур (як і інших екстремальних впливів) лежить особлива властивість структури білкових молекул - поєднання міцності та гнучкості, що дозволяє їм підтримувати структуру і функціональну активність в крайніх умовах.

Своєрідне фізіологічне пристосування до температури середовища, що перевищує адаптивні можливості рослин, - перехід в стан анабіозу, яке в цих випадках особливо часто зустрічається серед нижчих рослин.  
Нарешті, слід згадати ще про один спосіб адаптації рослин до надмірно високих температур - це заняття ними тимчасових екологічних ніш (або мікроніші), захищених від сильної інсоляції та перегріву. У деяких рослин вся вегетація зсувається на сезон з більш сприятливими тепловими умовами. Так, в рослинному покриві пустель і степів є група видів, що починає вегетацію дуже рано навесні і встигають її закінчити ще до настання літньої спеки і сухості. Вони переживають ці умови в стані літнього спокою у вигляді насіння (ефемери-однорічники: крупка, або веснянка весняна, - Erophila verna, рогоглавнік-Ceratocephalus falcatus, бурячок - Alyssum desertorum та ін) або підземних органів - цибулин, бульб, кореневищ (ефемероїди -багаторічники: тюльпани, крокуси, гадюча цибуля, тонконіг цибулинний - Роа bulbosa та ін.) Ця сезонна адаптація, пов'язана з перебудовою всього річного циклу розвитку, забезпечує рослинам надійний захист від жари навіть у районах найспекотніших пустель.

Цікавий приклад того, як рослини сильно прогріваються то для місцеперебувань використовують для активної життєдіяльності навіть невеликі прохолодні відрізки часу, являються лишайники жаркої і сухої пустелі Негев (Північна Африка), у яких фотосинтез йде тільки в найперші прохолодні години після сходу сонця. Відповідно температурний оптимум фотосинтезу у них виявляється зненацька низьким для пустельних рослин (близько 20 ° С).

Екологічні відмінності  стійкості рослин до високих температур. Кількісну характеристику жаростійкості рослин дати не так просто, оскільки відомо, що шкідлива дія екстремального чинника на живий організм залежить не тільки від інтенсивності самого чинника, але і від тривалості його впливу. Так, якщо рослина протягом декількох хвилин може витримати 50-55 ° С, то при багатогодинних експозиціях гранична температура виявиться набагато нижче, наприклад, близько 45 ° С. Порівнювати наведені у літературі дані про температурні витривалості рослин дуже важко, оскільки різні автори використовують в експериментах неоднакові за тривалістю експозиції і різні критерії пошкодження високою температурою (поява видимих ​​пошкоджень, початок відмирання листя, зниження дихання або фотосинтезу і т. д.).  
При дії на клітину екстремальних високих температур одночасно мають місце як пошкодження і порушення життєдіяльності клітини, так і процеси адаптації та відновлення ушкоджень (репарації). У зв'язку з цим розрізняють (Александров, 1975) первинну теплотривкість - безпосередню реакцію клітини на підвищення температури, яка визначається за різними ознаками порушення роботи клітини при короткочасному (5-хвилинному) нагріванні, і загальну теплотривкість, яка визначається при більш тривалих експозиціях, коли встигають включитися адаптаційні і репараторні механізми.

При зіставленні загальної  теплотривкості у рослин з різних за тепловим умов середовища існування  виявляється загальна закономірність: чітка відповідність між температурними умовами проживання виду (у період активного життя особин) і його витривалістю до високих температур. Можна простежити зв'язок витривалості не лише із загальним температурним  фоном, а й з температурним  режимом листя. Так, у африканських пустельних і саванних рослин з інтенсивною  транспірації, сильно охолоджує листя, теплотривкість набагато нижче, ніж у видів зі слабким транспіраційним охолодженням. Таке ж явище було виявлено й у багатьох представників середземноморської флори, причому відмінність теплотривкості у рослин з різною інтенсивністю транспірації досягало 12 ° С.

Екологічні відмінності первинної теплотривкості також виявляються досить чітко, причому особливо добре їх видно при порівнянні близьких видів, що живуть в умовах різного теплового фону. У північних форм теплотривкість нижче, ніж у більш південних, а у ефемерних і ефемероїдних, вегетуючих ранньою весною, нижче, ніж у видів з літньою вегетацією.  
Є відмінності й у рослин одних і тих же географічних районів, але різних екологічних ніш. У водоростей, що живуть в літоральній (приливно-відливній) зоні і періодично піддаються висиханню і нагріванню на повітрі, загальна стійкість до нагрівання, як і первинна теплотривкість, помітно вища (на 12 – 13° С), ніж у постійно занурених субліторальній. Такі ж відмінності теплотривкості в залежності від глибини проживання і у водяних квіткових рослин.

Навіть у однієї і тієї ж особи нагрівання частин неоднакова: наприклад, у сильно транспірурующого листа бавовнику межа стійкості 46 ° С, а у коробочок – 50 ° С (останні зазвичай мають температуру на кілька градусів вище, ніж навколишнє повітря). Цікаво в цьому відношенні відмінність весняних і літніх листків медунки Pulmonaria obscura; у перших, що розвиваються в більш прохолодну пору, теплотривкість помітно нижче, ніж у літніх.  
Теплотривкість клітин рослин - властивість динамічна, мінлива при зміні температури навколишнього середовища. Виявлено два способи її модифікаційної зміни (Александров, 1975). Один з них - так звана теплова настройка зустрічається у водоростей. Їх теплотривкість зміщується відповідно до температури середовища, причому досить швидко - протягом декількох годин (так, у літоральної водорості Fucus vesiculosus під час відливу теплотривкість підвищується в порівнянні з періодом припливу). Такий зсув оборотний.

Інший шлях приведення теплотривкості клітин у відповідність зі зміненим тепловим фоном виявлений у клітин мохоподібних та квіткових рослин: у них теплотривкість залишається стабільною, якщо зміни температури не виходять за межі оптимальних та близьких до оптимуму, але підвищується при короткочасній дії високих (супероптимальних) температур. Це явище було названо «теплове загартування». Воно спостерігається в природних умовах в періоди значного підвищення температур, завдяки чому рослини здатні переносити найбільш спекотні дні літа. Наприклад, у Туркменії у ряду видів (злаків - Aristida karelini, Arundo donax, деревних порід - Catalpa speciosa, Morus alba та ін) виявлено, що в результаті «теплового загартування» теплотривкість підвищується у найспекотніші літні місяці та години дня, так що в цілому динаміка первинної теплотривкості клітин добре узгоджується з ходом температури протягом не тільки вегетаційного періоду, але і протягом дня.  
Сезонна динаміка стійкості рослин до нагрівання - підвищення її в найбільш спекотний період року - проявляється і в багатьох інших випадках. Жаростійкість різко знижується при зволоженні і тим більше на початку процесів росту і розвитку.

Жаростійкість залежить від тривалості впливу тепла, тобто підпорядковується закону дози: більш помірна спека при великій тривалості надає таку ж шкідливу дію, як і короткочасна сильна спека. Тому домовилися характеризувати стійкість переносимістю певних температур при їх півгодинному впливі. Якщо б замість цього висока температура підтримувалася протягом години, то межі стійкості лежали б приблизно на 1-2 ° С нижче.

Нежаростійкі види. У цю групу можна об'єднати всі види, які пошкоджуються вже при 30-40 ° С в крайньому випадку при 45 ° С: еукаріотичні водорості і підводні листостеблові рослини, лишайники в набряклому стані (які однак, при сильній інсоляції скоро висихають і в такому стані цілком жаростійкі) і, нарешті, більшість м'яколистяних наземних рослин. Різні фітопатогенні бактерії і віруси також руйнуються при відносно низьких температурах (наприклад, вірус в'янення томатів при 40-45 °). Всі ці види можуть заселяти лише такі місця проживання, в яких вони не піддаються занадто великому перегріву, а більш сильну спеку виносять хіба тільки в тому випадку, якщо вони здатні ефективно знижувати власну температуру за рахунок транспірації.