Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Бузулукский гуманитарно - технологический институт (филиал) ФЕДЕРАЛЬНОГОГосударственного БЮДЖЕТНОГО образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

Естественнонаучный факультет

Кафедра биологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Физиология растений»

Механизмы адаптации растений к неблагоприятным факторам окружающей среды

Руководитель работы

Садыкова Н.Н.

Исполнитель

Студент гр.10Био (с) АМБМ

Фролова Ю.А.

Бузулук 2013



Содержание

Введение

1. Адаптация растений к неблагоприятным факторам среды

1.1Среды обитания и экологические факторы

1.2 Адаптация растений антропогенным факторам

1.3 Адаптация растений к биотическим факторам

1.4 Адаптация растений к абиотическим факторам

2. Механизмы адаптации растений к неблагоприятным факторам окружающей среды

2.1 Характеристика объектов и методов исследования

2.2 Ход и результаты исследования

Заключение

Список используемых источников



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 [1].

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.

Выбранная тема данной курсовой работы актуальна, так как без растений невозможно представить жизни на Земле. Они создают условия существования для всех организмов: выделяют кислород, служат источником пищи для всех живых организмов и т.д. Также стало интересно проследить за жизнью растений в окружающей их среде, потому что на данный момент на Земле тяжелая экологическая ситуация, и многие экологические факторы меняют окружающую среду, а, следовательно, меняются и обитатели этой среды, они приспосабливаются к условиям жизни. Но ведь не только окружающая среда влияет не растения. Растения тоже оказывают влияние на их среду обитания. Именно поэтому механизмы адаптации растений к неблагоприятным факторам окружающей среде является острой проблемой в наше время [2].

Цель курсовой работы: выяснить механизмы адаптации растений к неблагоприятным факторам окружающей среды.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать научно-методическую литературу по вопросам происхождения и накопления нитратов в растениях;

- выяснить влияние неблагоприятных факторов окружающей среды на растения;

- исследовать факторы, влияющие на популяции растений и приводящие к возникновению «защитных механизмов»

? пронаблюдать за тем, как изменяются и приспосабливаются растения к среде их обитания в городе, и как растения влияют на окружающую среду..

- сделать вывод о причинах приспособлений растений;

В исследовании мы использовали библиографический метод, методы наблюдения и эксперимента, а также приёмы: сопоставления, доказательства, обобщения.



1. Адаптации растений к неблагоприятным факторам окружающей среды

1.1 Среды обитания и экологические факторы

При изучении окружающей среды (среды обитания растений и животных и производственной деятельности человека) выделяют следующие ее основные составляющие: воздушную среду; водную среду (гидросферу); животный мир(человек, домашние и дикие животные, в том числе рыбы и птицы); растительный мир (культурные и дикие растения в том числе растущие в воде);почву(растительный слой);недра(верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых); климатическую и акустическую среду [3].

Среда обитания -- это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают всё необходимое для жизни и в неё же выделяют продукты обмена веществ [4]. При изучении окружающей среды выделяют следующие ее основные составляющие: воздушную среду; водную среду (гидросферу); растительный мир; животный мир, человек, домашние и дикие животные, в том числе рыбы и птицы; почву (растительный слой); недра (верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых); климатическую и акустическую среду.

Воздействие на организмы оказывает не только окружающая среда, но и экологические факторы: абиотические (температура; свет; влажность; концентрация солей и т.д.), биотические (влияние организмов или популяций одного вида друг на друга; взаимодействие особей или популяций разных видов), антропогенные (прямое воздействие человека на популяции; воздействие человека на среду обитания различных видов).

Воздушная среда может быть наружной, внутренней производственной и внутренней жилой. Самый нижний и наиболее плотный слой атмосферы содержит до 80% всей ее массы и простирается в полярных и средних широтах. Наружный воздух у поверхности земли содержит по объему: 78,08% азота; 20,95% кислорода; 0,94% инертных газов и 0,03% углекислого газа. Часто воздух у поверхности земли имеет различные примеси, особенно в городах: там он содержит более 40 ингредиентов, чуждых природной воздушной среде. Атмосфера обладает мощной способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Движение воздуха приводит к рассеиванию примесей. Пылевые частицы выпадают из воздуха на земную поверхность под действием силы тяжести дождевых потоков. Многие газы растворяются во влаге облаков и с дождями также достигают почвы. Под воздействием солнечного света в атмосфере погибают болезнетворные микроорганизмы. Но в настоящее время объем ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ резко возрос, составляет многие миллионы тонн и превышает пределы способности атмосферы к самоочищению [5].

Особенно вредной является сернистая кислота. Она может привести к хлорозу у деревьев (пожелтению или обесцвечиванию листьев) и карликовости. В мегаполисах, например, на стволах деревьев, отсутствуют лишайники, являющиеся показателями чистого воздуха. Так же вреден городской воздух для хвойных, происходит отмирание верхушек деревьев, неправильное ветвление и т.д. Еще одним из вредных веществ является угарный газ (оксид углерода). Он образуется при неполном сгорании древесины, ископаемого топлива и табака, при сжигании твердых отходов и частичном анаэробном разложении органики. Примерно 50% угарного газа образуется в связи с деятельностью человека, в основном в результате работы двигателей внутреннего сгорания автомобилей. Внутренний воздух в жилищах, как правило, имеет повышенное содержание углекислого газа, а внутренний воздух производственных помещений обычно содержит примеси, характер которых определяется технологией производства. Атмосфера содержит много пыли, которая попадает туда с поверхности Земли и частично из космоса. В результате извержения вулканов, лесных пожаров, работы промышленных объектов и т.д. воздух загрязняется продуктами неполного сгорания. Больше всего пыли и других примесей в приземном слое воздуха. Даже после дождя в один см содержится около 30 тыс. пылинок, а в сухую погоду их в несколько раз больше. Пыль, оседая на растениях, забивает поры на листьях, препятствую процессам дыхания, и сокращает количество света необходимого растениям. В результате происходящего на Земле фотосинтеза, растительность ежегодно образует 100 млрд. т. органических веществ, усваивая при этом около 200 млрд. т. углекислого газа и выделяя во внешнюю около 145 млрд.т. свободного кислорода. Полагают, что благодаря фотосинтезу образуется весь кислород атмосферы.

О роли в этом круговороте зеленых насаждений говорят следующие данные: один га. зеленых насаждений в среднем за один час очищает воздух от восьми кг углекислого газа (выделяемого за это время при дыхании 200 человек). Взрослое дерево за сутки выделяет 180 литров кислорода, а за пять месяцев (с мая по сентябрь) оно поглощает около 44 кг углекислого газа. Количество выделяемого кислорода и поглощаемого углекислого газа зависит от возраста зеленых насаждений, видового состава, плотности посадки и других факторов [6].

Водная среда включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане, содержанием одного млрд. 375 млн. кубических километров - около 98% всей воды на Земле. Поверхность океана составляет 361 млн. квадратных километров. Вода в океане соленая, причем большая ее часть (более одного млрд. кубических километров) сохраняет постоянную соленость около 3,5% и температуру, примерно равную 3,7? С. Заметные различия в солености и температуре наблюдаются в поверхностном слое воды, а также в окраинных и особенно в средиземных морях. Содержание растворенного кислорода в воде существенно уменьшается на глубине 50 - 60 метров. Подземные воды бывают солеными, солоноватыми (меньшей солености) и пресными; существующие геотермальные воды имеют повышенную температуру (более 30?С).

Существуют многолетние растения, необходимое условие жизни которых - пребывание в пресной и соленой воде. Количество пресной воды составляет всего лишь 2,7% общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах. Но кроме этой проблемы существует еще одна, более важная. Это загрязнение пресных вод [7].

Сброс неочищенных сточных вод в водные источники приводит к микробиологическим загрязнениям воды. Для того чтобы растение продолжало свой рост и развитие ему нужна чистая, пресная вода.

У каждого вида программа развития признаков заложена в генетическом материале. Материал и закодированная в нем программа передаются от одного поколения другому, оставаясь относительно неизменными, благодаря чему представители того или иного вида выглядят и ведут себя почти одинаково. Однако в популяции организмов любого вида всегда присутствуют небольшие изменения генетического материала и, следовательно, вариации признаков отдельных особей. Именно из этих разнообразных генетических вариаций процесс приспособления отбирает те признаки или благоприятствует развитию таких признаков, которые в наибольшей степени увеличивают шансы на выживание и тем самым на сохранение генетического материала. Адаптация, таким образом, может рассматриваться как процесс, посредством которого генетический материал повышает свои шансы на сохранение в последующих поколениях [8].

1.2 Адаптация растений к антропогенным факторам

Основные причины ухудшения состояния растительного покрова Земли - это разнообразие и разнонаправленность патологических явлений, возникающих у растений и их сообществ. Возникновение тех или иных патологических явлений не у одного или немногих растений одного вида, а у большего числа или же у всех растений - представителей одной популяции придает возникающим патологическим явлениям популяционное значение. Возникновение патологических явлений у многих или у большинства растений одного вида во всех или в большинстве популяций последнего придает им видовые значения, так как они способны изменить характеристики признаков, входящих в кодекс признаков вида. Даже при незначительных концентрация загрязнения воздуха, растения уменьшают свою интенсивность к фотосинтезу и замедляют рост. Характерно, например, уменьшение видового состава флоры в степных районах возникающие под влиянием дымогазовых выбросов металлургических и коксохимических предприятий. Для нейтрализации загрязнителей или уменьшения их концентрации вблизи промышленных зон и в черте города высаживают зеленые насаждения. Они обогащают воздух кислородом, фитонцидами, способствуют рассеиванию вредных веществ и поглощают их. Лесные культуры площадью один га. способны осадить из воздуха 25 - 34 т взвешенных веществ в год, усвоить огромное количество углекислого газа и других вредных веществ, очистить около 18 млн. м3 воздуха за год. Фитонциды выделяемые деревьями, очищают воздух городов от бактериального загрязнения. Оказывая большое влияние на чистоту воздуха, растительность сама при этом повреждается и гибнет. Продолжительность жизни деревьев в городах и промышленных зонах сокращается по сравнению с условиями леса в 5-8 раз (липа в лесу живет 300 - 400 лет, а в городе - 50 лет). Продолжительность жизни деревьев в городах и промышленных зонах сокращается по сравнению с условиями леса от пяти до восьми раз (липа в лесу живет 300 - 400 лет, а в городе - 50 лет) [5].

При озеленении территории следует выбирать древесные, кустарниковые и газонные растения, в зависимости от почвенно-климатических условий, качественного и количественного состава выбросов, закономерностей рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в данной местности, эффективности данной породы для очистки воздуха от конкретного загрязнителя или их комбинации (пыле - газопоглощение), а также ее пыле - и газоустойчивости.

Высокой устойчивостью к диоксиду серы обладают клен ясенелистный, роза морщинистая, чубушник венечный. Но они обладают низкой поглотительной способностью. Высокой поглотительной способностью и устойчивостью отличаются тополь бальзамический, дерен белый.

На промышленных площадках, сильно и постоянно загрязненных сероводородом, успешно растут яблоня дикая, вишня степная, алиссум морской. Накопление хлоридов в листьях в пределах 0,7 - 1,5% вызывает наиболее сильные повреждения у конского каштана обыкновенного, сирени обыкновенной, ясеня зеленого и слабые - у вяза сладкого, ивы белой, тополя канадского.

Для уменьшения вредного воздействия загрязняющих веществ в городах выводят зеленые насаждения. По характеру действия посадки разделяют на изолирующие и фильтрующие. Изолирующими называются посадки плотной структуры, которые создают на пути загрязненного воздушного потока механическую преграду, заставляющую поток обтекать массив. При нормальных метеоусловиях они снижают содержание газообразных примесей на 25 - 35% путем рассеивания и отклонения загрязненного воздушного потока, а также поглощающего действия зеленых насаждений. Фильтрующими называют посадки, продуваемые и разреженные, выполняющие роль механического и биологического фильтра при прохождении загрязненного воздуха сквозь массив.

Растения не обладают сформировавшейся в ходе эволюции системой адаптации к вредным газам. Газы и взвеси достаточно легко проникают в ткани, органы растений через устьица, приобретая возможность влиять на обмен веществ клеток, вступая в химические взаимодействия на уровне клеточных мембран и клеточных стенок. Пыль, оседая на поверхности растения, закупоривает устьица, что ведет к ухудшению газообмена, нарушению водного режима, а также затрудняет поглощение света [9].

Из этого следует, что загрязненный воздух мешает нормальной жизнедеятельности растений. Но для борьбы с загрязнениями воздуха используют растения, следовательно, они ведут борьбу с вредными веществами, находящимися в воздухе, а, значит, они делают не только свою жизнь лучше, но и нашу.

По степени засоления почв различают: незасоленные, слабозасоленные, среднезасоленные. Тип засоления определяется по содержанию анионов в почве: хлоридное, сульфатное, хлоридно-сульфатные и карбонатное. Наиболее вредное влияние оказывает содовое засоление, поскольку в почве сода распадается, образуя сильную щелочь (гидроксид натрия). Соли хорошо растворимы в воде, так что во влажном климате обычно вымываются из почвы атмосферными осадками и сохраняются в ней в ничтожных количествах. В сухом же и жарком климате не только не происходит промывания почвы дождем, но, наоборот, растворы солей поднимаются с восходящим током почвенной воды из глубин субстрата. Вода испаряется, а соли остаются в верхних слоях почвы. Так, в поливной зоне нашей страны насчитывается до 36% засоленных земель. По побережьям морей даже при влажном климате почва насыщена солями [10].

Засоление приводит к созданию в почве низкого водного потенциала, поэтому поступление воды в растение сильно затруднено. Важнейшей стороной вредного влияния солей является также нарушение процессов обмена. Под влиянием солей в растениях нарушается азотный обмен, что приводит к интенсивному распаду белков, в результате происходит накопление промежуточных продуктов обмена веществ, токсически действующих на растение, таких как аммиак и другие, резко ядовитые продукты. В условиях засоления отмечено образование таких токсичных продуктов, как кадаверин и путресцин, являющихся аналогами трупного яда.

Повышенная концентрация солей, особенно хлористых, может действовать как разобщитель процессов окисления и тем самым нарушать снабжение растений макроэргическими фосфорными соединениями. Под влиянием солей происходят нарушения ультраструктуры клеток, в частности изменения в структуре хлоропластов [11].

Вредное влияние высокой концентрации солей связано с повреждением поверхностных слоев цитоплазмы, вследствие чего возрастает ее проницаемость, теряется способность к избирательному накоплению веществ. Соли поступают в клетки пассивно вместе с транспирационнным током воды. Поскольку в большинстве случаев засоленные почвы располагаются в районах, характеризующихся высокой летней температурой, интенсивность транспирации у растений очень высокая. В результате солей поступает много, и это усиливает повреждение растений.

Надо учесть также, что на засоленных почвах большая концентрация натрия препятствует накоплению других катионов, в том числе и таких необходимых для жизни растения, как калий и кальций. У опытных растений, испытывающих недостаток влаги наблюдается увеличение количества волосков в зоне всасывания почти в два раза.

Фактор засоленности почвы обуславливал уменьшение листовой пластинки в 1,4 раза, увеличение количества проводящих пучков и снижение числа обкладочных клеток. В клетках мезофилла растений засоленного фона при глазомерной оценке обнаруживалось увеличение количества хлоропластов, а также отмечалось большее количество моторных клеток, характеризующих изменение структур листа в сторону ксерофитности. Размеры моторных клеток уменьшаются в два или три раза. В зоне расположения моторных клеток у растений, испытывающих засоление, уменьшается число обкладочных клеток, являющихся местом локализации фотосинтеза [12].

Засоление приводит к изменениям устьичного аппарата. При этом уменьшаются размеры устьиц, а их количество на единицу площади увеличивается.

Приспособление растений к условиям засоления осуществляется многими путями. Наиболее важные среди них - осморегуляция и специализация, или модификация транспортных процессов. Поэтому для получения солеустойчивых форм растений необходимо тщательно изучить транспорт ионов в зависимости от ионного состава среды и генотипа растений.

В настоящее время мало известно о механизмах накопления растениями тяжелых металлов, потому что до сих пор основное внимание уделялось усвоению соединений азота, фосфора и других элементов питания из почвы.

Кроме того, сравнение полевых и модельных исследований показало, что загрязнение почвы и окружающей среды (смачивание листовых пластинок солями тяжелых металлов) в полевых условиях оказывает менее значительное изменение в росте и развитии растений, чем в лабораторных модельных опытах. В некоторых опытах высокое содержание металлов в почве стимулировало рост и развитие растений. Это связано с тем, что более низкая влажность почвы в полевых условиях снижает мобильность металлов, и это не позволяет их токсическому эффекту проявиться в полной мере. С другой стороны, это может быть связано с уменьшением токсичности почвы, обусловленной деятельностью почвенных микроорганизмов в результате снижения их численности при загрязнении почвы металлами. Кроме того, это явление можно объяснить косвенным влиянием тяжелых металлов, например, через воздействие их на некоторые биохимические процессы в почве, в результате чего возможно улучшение питательного режима растений.

Таким образом, действие металлов на растительный организм зависит от природы элемента, содержания его в окружающей среде, характера почвы, формы химического соединения, срока от момента загрязнения. Формирование химического состава растительного организма определяется биохимическими особенностями различных видов организмов, их возрастом и биохимическими закономерностями связи между элементами в организме. Содержание одних и тех же химических элементов в различных частях растений может изменяться в широких пределах.

1.3 Адаптация растений к биотическим факторам

Биотические факторы - это совокупность влияний, оказываемых организмами друг на друга. Биотические факторы, воздействующие на растений подразделяют на зоогенные и фитогенные.

Зоогенные биотические факторы - это влияние животных на растения. Прежде всего, к ним относят поедание растений животными. Животное может поедать растение целиком либо его отдельные части. В результате объедания животными ветвей и побегов растений, изменяется крона деревьев. Большая часть семян идет на пропитание птиц и грызунов. Растения, которые повреждают животные-фитофаги вынуждены бороться за свое существование и в целях самозащиты наращивают колючки, усердно наращивают оставшиеся листья и т.д. Экологически значимый фактор - механическое воздействие, оказываемое животными на растения: это повреждение всего растения при поедании животным, а также вытаптывание. Но существует и весьма положительная сторона во влиянии животных на растения: один из них это - опыление [16].

К фитогенным биотическим факторам относят влияние растений, находящихся на небольшом расстоянии, друг на друга. Существует множество форм взаимоотношений между растениями: переплетение и срастание корнями, переплетение крон, схлестывание ветвей, использование одним растением другого для прикрепления и т.п. В свою очередь, любое растительное сообщество влияет на совокупность абиотических (химических, физических, климатических, геологических) свойств среды своего обитания. Всем нам известно, насколько сильно выражено различие абиотических условий, к примеру, в лесу и в поле или степи. Таким образом, стоит отметить, что биотические факторы имеют важную роль в жизни растений.

2.4 Адаптация растений к абиотическим факторам

Жара и мороз вредят жизненным функциям и ограничивают распространение вида в зависимости от их интенсивности, продолжительности и периодичности, но прежде всего от состояния активности и степени закалки растений.

Различные жизненные процессы неодинаково чувствительны к температуре. Сначала прекращается движение протоплазмы, интенсивность которого непосредственно зависит от энергоснабжения за счет процессов дыхания и от наличия высокоэнергетических фосфатов. Затем снижаются фотосинтез и дыхание. Для фотосинтеза особенно опасна жара, дыхание же наиболее чувствительно к холоду. У поврежденных холодом или жарой растений после возвращения в умеренные условия уровень дыхания сильно колеблется и часто бывает ненормально повышен. Повреждение хлоропластов ведет к длительному или необратимому угнетению фотосинтеза. В конечной стадии утрачивается полупроницаемость биомембран, тилакоиды пластид, и клеточный сок выходит в межклетники. При повреждении протоплазмы холодом следует различать, вызвано ли оно самой по себе низкой температурой или же замерзанием. Некоторые растения тропического происхождения повреждаются уже при снижении температуры до нескольких градусов выше нуля [20].

Действие экстремальных высоких температур влечет за собой целый ряд опасностей для растений: сильное обезвоживание и иссушение, ожоги, разрушение хлорофилла, необратимые расстройства дыхания и других физиологических процессов, наконец, тепловую денатурацию белков, коагуляцию цитоплазмы и гибель. Перегрев почвы приводит к повреждению и отмиранию поверхностно расположенных корней, к ожогам корневой шейки. В защитных приспособлениях растений к высоким температурам использованы разные пути адаптации. Это густое опущение, придающее листьям светлую окраску и усиливающее их способность к отражению; блестящая поверхность; уменьшение поверхности, поглощающей радиацию; вертикальное и меридиональное положение листьев; свертывание листовых пластинок у злаков; общая редукция листовой поверхности и т.д. Эти же особенности строения одновременно способствуют уменьшению потери воды растением. Таким образом, комплексное действие экологических факторов на растение находит отражение и в комплексном характере адаптации.

Солнечный свет - один из наиболее важных для жизни растений экологических показателей. Он поглощается хлорофиллом и используется при построении первичного органического вещества. Почти все комнатные растения светолюбивы, т.е. лучше развиваются при полном освещение, но различаются по теневыносливости. Принимая во внимание отношение растений к свету, их принято подразделять на три основные группы: светолюбивые, теневыносливые, тенеиндифферентные [21].

Есть растения, довольно легко приспосабливающиеся к достаточному или избыточному свету, но встречаются и такие, которые хорошо развиваются только при строго определенных параметрах освещенности. В результате адаптации растения к пониженной освещенности несколько меняется его облик. Листья становятся темно-зелеными и немного увеличиваются в размерах (линейные листья удлиняются и становятся уже), начинается вытягивание стебля, который при этом теряет свою прочность. Затем рост постепенно уменьшается, т.к резко снижается производство продуктов фотосинтеза, идущих на посторенние тела растения. При недостатке света многие растения перестают цвести. При избытке света хлорофилл частично разрушается, и цвет листьев становится желто-зеленым. На сильном свету рост растений замедляется, они получаются более приземистыми с короткими междоузлиями и широкими короткими листьями. Появление бронзово-желтой окраски листьев указывает на значительный избыток света, который вреден растениям. Если срочно не принять соответствующие меры, может возникнуть ожог [22].

Эффект ионизирующего излучения проявляется в воздействии радиации на растительный организм на разных уровнях организации живой материи. Прямое действие состоит в радиационно-химической ионизации молекул вместе поглощения энергии излучения, т.е. переводит молекулы в возбужденное состояние. Косвенное воздействие сопровождается повреждениями молекул, мембран, органоидов, клеток в результате воздействия продуктов радиолиза воды, количество которых в результате облучения резко возрастает. Эффективность лучевого поражения существенно зависит от содержания кислорода в среде. Чем ниже концентрация кислорода, тем меньше эффект поражения. На практике принято считать, что предел летальных доз кислорода характеризует радиоустойчивость организмов. В городской среде на жизнь растений влияет также расположение построек. Из этого можно сделать вывод, что свет необходим растениям, но каждое растение светолюбиво по-своему.

наследственность эволюционный приспособленность растение



2. Механизмы адаптации растений к неблагоприятным факторам окружающей среды

2.1 Характеристика объектов и методов исследования

Развитие растений тесно связано с условиями окружающей среды. Температуры, характерные для данного района, количество осадков, характер почв, биотические параметры и состояние атмосферы - все эти условия взаимодействуют между собой, определяют характер ландшафта и вид растений.

Каждое из загрязнений влияет на растения особым образом, однако все загрязнения оказывают влияние на некоторые основные процессы. В первую очередь воздействию подвергаются системы, регулирующие поступление загрязняющих веществ, а также химические реакции, ответственные за процессы фотосинтеза, дыхания и производство энергии. Пыль, которая оседает на растениях, забивает поры, и мешает процессам дыхания, а оксид углерода приводит к пожелтению, или обесцвечиванию растения и карликовости [23].

Объектом нашего исследования был выбрал одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Wigg), так как у одуванчика большой вегетационный период, он широко распространен, у него большое разнообразие цветков и листьев, и, главное, он легко приспосабливается к различным неблагоприятным факторам, у него легко найти эти приспособления. Все перечисленное делает одуванчик лекарственный чрезвычайно удобным объектом для исследования. Мы наблюдал две популяции - одна популяция находиться вблизи путепровода «Молодежного» г.Бузулук (исследуемый участок). Вторая популяция находиться у черты города, на расстоянии около одного км от исследуемого участка (контрольная точка) ( приложения А, Б).

Цель исследования изучить адаптации растений и определить влияние антропогенного фактора на эволюцию.

Задачи:

1) исследовать факторы влияющие на популяции растений и приводящие к возникновению «защитных механизмов»

2) найти приспособления растений к постоянно изменяющимся условиям среды под действием антропогенного фактора.

В зоне воздействия антропогенного фактора у исследуемых образцов имеются приспособления к воздействию промышленных выбросов. Эти приспособления легко найти за счет простого сравнения с образцами растений, не затронутых промышленными выбросами. После постоянного воздействия мутагенами появляются новые формы одуванчика лекарственного, стойкого к воздействию загрязнения.

Способности образцов противостоять агрессивной среде можно исследовать с помощью опыта с использованием уксусной кислоты. Образцы помещаются в раствор уксусной кислоты с рН=5.0, приблизительно одного размера, на 24 часа.

Характеристика объекта исследования:

Вид: Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Wigg)

Род: Одуванчик (Taraxacum) - 70 видов

Семейство: Сложноцветные (Asteraceae)

Порядок: Спайнолепестные (Teichiospermae sympetalae)

Класс: Двудольные (Dicotyledoneae)

Отдел: Покрытосеменные (Angiospermotophyta)

Подцарство: Побеговые пестичные (Cormobionta gynoeciatae)

Многолетнее травянистое растение семейства сложноцветных (Compositae), до 50 см высоты, с толстым стержневым корнем (до двух см в диаметре, длиной до 60 см). Листья собраны в прикорневую розетку, струговидно-перистые, с обращенными вниз долями, к основанию сужены в крылатый черешок. Цветоносная стрелка цилиндрическая, безлистная, внутри полая, прямостоячая, оканчивается одиночной цветочной корзинкой. Цветки золотисто-желтые, все язычковые, сидят на плоском цветоложе, соцветие окружено двойной оберткой, внутренние листочки которой обращены вверх, а наружные отогнуты вниз. Корни, стебли и листья обычно содержат белый, очень горький млечный сок. Плоды - веретенообразные семянки с хохолком из белых тонких волосков. На одном соцветии образуется до 200 семянок. Массовое цветение в мае, отдельно цветущие растения встречаются до осени. Плоды созревают в июне-августе. Нередко наблюдается повторное цветение и плодоношение в течение всего лета. Размножается семенами и вегетативно. Продуктивность одного растения колеблется от 200 до 7000 семян. Распространен по всей территории России. Растет на свежих и влажных супесчаных, суглинистых и глинистых почвах на лугах, полянах, лесных опушках, вырубках, по обочинам дорог, в садах и огородах, посевах [23].

2.2 Ход и результаты исследований

В ходе исследования нами было выявлено несколько существенных различий в строении исследуемых образцов:

Таблица № 1. Сравнительная характеристика фенотипов исследуемых образцов

Параметр	Исследуемый участок	Контрольная точка
Окраска (внешний вид)	Цветок темно-желтого цвета, листья зеленые с черными вкраплениями, плотные и жесткие, покрыты смолистыми веществами, без красных прожилок. Листовая пластина сильно изрезанна. (Приложение А)	Цветок желтого цвета, листья зеленые с красными прожилками.
Размеры стебля	25,72 см	26 см
Размеры листа: ширина длина	2,6 14,42	3,65 см 20,8
рН почвы	5,0	6,0
Количество вегетативной массы	30 особей на один	50 особей на один



Данные таблицы показывают, что популяции отличаются по ряду признаков. Эти признаки могут быть результатом приспособления растений к целому ряду факторов антропогенного воздействия. Поскольку исследуемая популяция произрастает на территории путепровода «Молодежного» г.Бузулук (где изменен состав почв и воздуха прежде всего), то можно предположить, что замеченные признаки есть приспособления к повышенной кислотности почвы и воздуха.

После проведения опыта для изучения способности образцов противостоять агрессивной среде. Было обнаружено что образце №1 (контрольная точка) появились обширные признаки разрушения (около 70%), на образце №2 (исследуемый участок) признаки проявились менее интенсивно (около30%). Из этого можно сделать вывод, что исследуемый образец №2 более приспособлен к проявлению неблагоприятных факторов внешней среды, чем образец №1.

Помимо этого, было обнаружено разное количество вегетативной массы на контрольном и исследуемом участке (см. таблицу №1), на исследуемом участке вегетативная масса меньше, что объясняется влиянием вредной и агрессивной среды, создаваемой путепровода «Молодежного» г.Бузулук.

По данным исследования также можно сделать заключение, что черные вкрапления на листьях - это повреждения от пыли, а изрезанная и плотная листовая пластина - это приспособительная реакция к неблагоприятному воздействию пыли и промышленных газов. Плотная кожица листа защищает от повреждений. Изрезанная листовая пластина препятствует накоплению пыли на поверхности листа. Однако, на поверхности листьев (исследуемый участок) мы обнаружил смолистые вещества, которые отсутствуют на листьях растений контрольного участка. Этот факт требует дополнительного исследования в более специализированных условиях.

Растения не обладают сформировавшейся в ходе эволюции системой адаптаций к вредным газам, и поэтому способность противостоять повреждающему действию газов основывается на механизмах устойчивости их к другим неблагоприятным факторам. Это связанно с тем, что современная нам флора формировалась в условиях, при которых содержание вредных газов (вследствие вулканической деятельности, пожаров, химических процессов) в атмосферном воздухе было очень малым. Этот состав воздуха сформировался около одного млрд. лет назад как следствие жизнедеятельности автотрофов. По-видимому, освобождение первичной атмосферы Земли от аммиака, сероводорода, метана, оксида углерода и других веществ, активно осуществлялось растениями-автотрофами протерозойской и палеозойских эр, которые должны были обладать механизмами газоустойчивости. Но, по мере увеличения кислорода в атмосферном воздухе и уменьшения содержания в нем вредных газов, эти механизмы были утрачены. При постоянно повышающемся уровне загрязнения воздуха, растения приспосабливались. Выживаемость и расселение по новым экологическим нишам определяются способностью организмов приспосабливаться к необычным условиям среды. Адаптация, т.е. приспособление организма к конкретным условиям существования, у индивидуума достигается за счет физиологических механизмов (физиологическая адаптация), а у популяции организмов (вида) - благодаря механизмам генетической изменчивости и наследственности (генетическая мутация) [24].

Из данных наблюдении и опыта ясно, что различия между исследуемыми популяциями (см. таблицу №1) обусловлены мутациями, которые образовывались в течении примерно 40 лет (время существования путепровода «Молодежного» г.Бузулук), под действием больших концентраций высокотоксичных мутагенов. Те растения, которые изменились (приспособились), выживают, т.е. мы видим действие естественного отбора. Поэтому можно предположить, что через некоторый срок произойдет разделение популяций одуванчика лекарственного, т.к. появятся новые формы одуванчика. Образование форм видов происходит в течении долгого промежутка времени, но в данной ситуации формообразование идет намного быстрее, потому что на организмы, входящие в популяции, влияют высокотоксичные мутагены.

Таким образом, мы пришел к следующим выводам:

1) растения обладают способностью противостоять действию неблагоприятных факторов среды (стрессов). Защита у них обеспечивается на клеточном и организменном уровнях.

2) мы обнаружил и исследовал приспособления к антропогенному фактору у одуванчика лекарственного (выраженные в изрезанности листовой пластины, плотной кожице листа и, предположительно, смолистых веществ на листьях

3) при постоянном воздействии антропогенного фактора на популяционном уровне включается отбор, приводящий к возникновению более приспособленных организмов и в последующем более приспособленных видов.

4) возможные мутации в будущем - это: усиление изрезанности листовой пластинки, увеличение плотности покровной ткани листа, и, возможно, образование смолистых веществ на поверхности листа.



Заключение

Экологические факторы во многом определяют развитие растительного мира и его плодородие. Характерной особенностью России является то, что большая часть ее территории имеет значительно более холодный климат, чем в других странах.

Адаптация растения к конкретным условиям среды обеспечивается за счет физиологических механизмов. Факторы внешней среды могут изменяться закономерно и случайно. Закономерно изменяющиеся условия среды (смена сезонов года) вырабатывают у растений генетическую приспособленность к этим условиям [2].

В естественных для вида природных условиях произрастания, растения в процессе своего роста и развития часто испытывают воздействие неблагоприятных факторов внешней среды, к которым относят температурные колебания, засуху, избыточное увлажнение, засоленность почвы и т.д. Каждое растение обладает способностью к адаптации в меняющихся условиях внешней среды в пределах, обусловленных его генотипом. Чем выше способность растения изменять метаболизм в соответствии с окружающей средой, тем шире его способность к адаптации. Это свойство отличает устойчивые сорта сельскохозяйственных культур. Как правило, несильные и кратковременные изменения факторов внешней среды не приводят к существенным нарушениям физиологических функций растений, что обусловлено их способностью сохранять относительно стабильное состояние при изменяющихся условиях внешней среды, т.е. поддерживать гомеостаз. Однако резкие и длительные воздействия приводят к нарушению многих функций растения, а часто и к его гибели.
При действии неблагоприятных условий снижение физиологических процессов и функций может достигать критических уровней. Нарушаются энергетический обмен, системы регуляции, белковый обмен и другие, жизненно важные функции растительного организма. При воздействии на растение неблагоприятных факторов (стрессоров) в нем возникает напряженное состояние, отклонение от нормы - стресса. Выделяют три основные группы факторов, вызывающих стресс у растений:

1) физические - недостаточная или избыточная влажность, освещенность, температура, радиоактивное излучение, механические воздействия;

2) химические - соли, газы (гербициды, инсектициды, ксенобиотики, фунгициды, промышленные отходы и др.);

3) биологические - поражение возбудителями болезней или вредителями, конкуренция е другими растениями, влияние животных, цветение, созревание плодов.

Сила стресса зависит от скорости развития неблагоприятной для растения ситуации. При медленном развитии неблагоприятных условий растение лучше приспосабливается к ним, чем при кратковременном, но сильном действии. В первом случае, как правило, в большей степени проявляются специфические механизмы устойчивости, во втором - неспецифические [25].

В неблагоприятных природных условиях устойчивость и продуктивность растений определяются рядом признаков, свойств и защитно-приспособительных реакций. Различные виды растений обеспечивают устойчивость и выживание в неблагоприятных условиях тремя основными способами: с помощью механизмов, которые позволяют им избежать неблагоприятных воздействий (состояние покоя, эфемеры и др.); посредством специальных структурных приспособлений; благодаря физиологическим свойствам, позволяющим им преодолеть пагубное влияние окружающей среды.

Защита от неблагоприятных факторов среды у растений обеспечивается структурными приспособлениями, особенностями анатомического строения (кутикула, корка, механические ткани и т.д.), специальными органами защиты (жгучие волоски, колючки), двигательными и физиологическими реакциями, выработкой защитных веществ (смол, фитонцидов, токсинов, защитных белков).

К структурным приспособлениям относятся мелколистность и даже отсутствие листьев, воскообразная кутикула на поверхности листьев, их густое опущение и погруженность устьиц, наличие сочных листьев и стеблей, сохраняющих резервы воды и др. Растения располагают различными физиологическими механизмами, позволяющими приспосабливаться к неблагоприятным условиям среды [26].

Антропогенные факторы порой оказывают очень неблагоприятное действие на растения. Переделывая природу и приспосабливая её к своим потребностям, мы изменяем среду обитания растений, влияя тем самым на их жизнь. Воздействие может быть косвенным и прямым. Косвенное воздействие осуществляется путём изменения ландшафтов - климата, физического состояния и водоёмов, строения поверхности земли, почв, растительности и животного населения. Большое значение приобретает увеличение радиоактивности в результате развития атомной промышленности и особенно испытаний атомного оружия. Человек сознательно и бессознательно истребляет или вытесняет одни виды растений и животных, распространяет другие или создаёт для них благоприятные условия. Для культурных растений и домашних животных человек создал в значительной степени новую среду, многократно увеличив продуктивность освоенных земель. Но это исключило возможность существования многих диких видов. Неправильная распашка земель и не только привела к гибели естественных сообществ, но и усилила водную и ветровую эрозию почв и обмеление рек. Вместе с тем возникновение селений и городов создало благоприятные условия для существования многих видов растений. Развитие промышленности не обязательно приводило к обеднению живой природы, но часто способствовало появлению новых форм. Развитие транспорта и других средств сообщения способствовало распространению как полезных, так и многих вредных видов растений.

Прямое воздействие направлено непосредственно на живые организмы. Нарастающая сила и убыстряющиеся темпы изменения природы человеком вызывают необходимость её охраны [28].

Следовательно, можно сделать вывод, что растения постоянно подвергаются воздействию окружающей среды, которая по-разному влияет на их развитие и жизнедеятельность.



Список используемых источников

1 Прохорова, А.М. Большой энциклопедический словарь. - 2-е изд. / А.М. Прохорова, А.П. Горкина - М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. - 1456 с. ISBN 5 85270 306 0

2 Ахиярова, Г.Р. «Гормональная регуляция роста и водного обмена при засолении» тезисы участников 6-ой Пущинской школы - конференции молодых ученых "Биология - наука XXI века" / Г.Р. Ахиярова, Д.С. Веселов, 2002.

3 Дробков, А. А. Микроэлементы и естественные радиоактивные элементы в жизни растений и животных/ А.А. Дробков М.: Изд-во АН СССР,1958. - 411 с.

4 Bixby, J.A. Ribosomal changes during induction of cold hardiness in black locust seedlings / Plant Physiol. 1975. V. 56, № 5. P. 617-621.

5 Володько, И. К. Микроэлементы и устойчивость растений к неблагоприятным условиям /И.К. Володько М.: Минск, Наука и техника, 1983. - 267 с.

6 Википедия: информационный портал: [Электрон. ресурс] // Среда обитания [сайт] Режим доступа: ru. /wiki/Среда_обитания

7 Вернадский, В.И Биосфера / В.И. Вернадский М.: Знание, 1926. - 97 с.

8 Вавилов, П.П. Растениеводство, ? 5-е изд. / П.П. Василов - М.: Агропромиздат, ? 1986. - 357 с. ISBM 978-5-458-30502-0

9 Boussiba, S. The role of abscisic acid in cross-adaptation of tobacco plants / Plant Physiol. 1975. V. 56, N2. P. 337-339.

10 Cabane, M. Characterization of chilling-acclimation-related proteins in soybean and identification of one as a member of heat shock protein (HSP 70) family / Planta. 1993. V. 190. P. 346353.

11 Данилов-Данильян, В. И. Экология, охрана природы и экологическая безопасность/ В.И. Данилов-Данильян М.: МНЭПУ, 1997. - 744 с. ISBN 5-7383-0048-3

12 Все о Земле: информационный портал: [Электрон. ресурс] // Водная оболочка [сайт] Режим доступа: vseozemle/2008-05-04-18-31-40.html

13 Baszczynski C.L., Walden D.B., Atkinson B.G. Regulation of gene expression in corn (Zea mays L.) by heat shock // Can. J. Biochem. 1982. V. 60. P. 569-579.

14 Sbio. info Первое био сообщество: информационный портал: [Электрон. ресурс] // Биотические факторы среды и обусловленные ими типы взаимоотношений организмов [сайт] Режим доступа: sbio. info/page. php? id=159

15 Акимова, Т.В. Сравнительное изучение реакции растений на действие высоких закаливающих и повреждающих температур // Физиология растений Т.В. Акимова, А.Ф. Титов, Л.В. Топчиева М.: Высшая школа, 1994. Т. 41, № 3. С. 381-385.

16 Barcelo, J. Plant water relations as affected by heavy metal stress: A review / J. Plant Nutr. 1990. V. 13. P. 1-37.

17 Гуральчук, Ж.З. Механизмы устойчивости растений к тяжелым металлам // Физиология и биохимия культурных растений / Ж.З. Гуральчук М.: Агроконсалт, 1994. Т. 26, № 2. С. 107-117.

18 Cattivelli, L. Increasing in membrane stability and COR14 accumulation associated with cold-hardening in oats / J. Genet, and Breeding 1995. V. 49. P. 333-338.

19 Дроздов, С.Н. Эколого-физиологические аспекты устойчивости растений к заморозкам / С.Н. Дроздов, З.Ф. Сычева, Н.П. Курец М.: Наука, 1977. ? 228 с. ISBN 978-5-9274-0388-2

20 Ершова, А.Н. Метаболическая адаптация растений к гипоксии и повышенному содержанию диоксида углерода / А.Н. Ершева Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 2007. ? 264 с. ISBN 978-966-672-200-6

21 Arao, Т. Genotypic differences in cadmium uptake and distribution in soybeans / Plant Soil. 2003. V. 251. P. 247--253.

22 Chen, S. L. Cd induced changes in proline level and peroxidase activity in roots of rice seedlings / Plant Growth Regulation. 1995. V. 17, N 1. P. 67-71.

23 Полевой, В.В. Физиология растений / В.В. Полевой ? М.: Высшая школа, 1989. - 464с. ISBN 5-06-001604-8

24 Контрольный научный центр «Экология и охрана природы Кольского севера». Апатиты, 1994

25 Махура,А. Экологический обучающий мониторинг - центр «Эконорд»/ А. Махура, А. Бокланов -М.: Апатиты, 1998. - 173с. ISBN 585152-048-5

26 Хржановский, В С. Паноморенко Ботаника / В.С. Хржановский, В.С. Паноморенка - М.: Агропромиздат, 1988. - 384с. ISBN 5-10-000406-1

27 Вавилов, П.П. Растениеводство, ? 5-е изд. / П.П. Вавилов - М.: Агропромиздат, ? 1986. - 512. ISBN 978-5-902792-11-6

Размещено на Allbest.ur

...