Особливості еволюції рослин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Подібно всім живим істотам, рослини живуть у потенційно ворожому світі. З моменту проростання насіння вони починають свою боротьбу з іншими рослинами за місце в просторі, за світло, воду й мінеральні речовини. Бактерії, паразитні гриби, комахи, нематоди та інші патогены й шкідники нападають на молоді, слабкі сходи. Коли рослини підростуть, до цих ворогів приєднуються ще й усілякі растительноядные тварини. Щоб мати можливість вижити й завершити свій життєвий цикл, рослини в процесі еволюції повинні були озброїтися різними захисними механізмами, які дозволяють їм уникати патогенов і шкідників або відлякувати їх. Дикоростучі форми, безсумнівно, превстигнули в цьому, однак у наших культурних рослин, виведених для задоволення потреб людину, такі захисні механізми нерідко відсутні, і людині доводиться їхній захист брати на себе. С цією метою він використовує різні способи, що допомагають рослинам вижити й досягтися зрілості: застосування різних хімічних препаратів відіграє в цій справі головну роль

У рослин є різноманітні структурні й фізіологічні механізми, що дозволяють їм протистояти особливо несприятливим впливам, наприклад дуже високим і дуже низьким температурам або тривалій посусі. Для захисту від потенційних шкідників і хвороб нерухливій зеленій рослині потрібно багато всіляких пристосувань - структурних, фізичних або хімічних. Шипи й пекучі волоски надійно захищають рослини від великих тварин, однак вони є не у всіх видів рослин, і, мабуть, вони пошук проти таких дрібних шкідників, як комахи. Найголовнішою зброєю проти різних ворогів служить майже у всіх рослин хімічна система захисту, що нараховує тисячі різноманітних з'єднань. Для життєвих процесів рослини необхідні з них лише далеко не всі, а інші становлять той арсенал, яким рослини розташовують для відбиття атак потенційних патогенов і шкідників. Розглянемо деякі захисні механізми рослин більш докладно.

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. Влаголюбіе і тіні, 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, що відповідає його біологічних особливостей: вологолюбні - ближче до водойм, тіньовитривалі - під пологом лісу і т. д. Спадковість рослин формується під впливом певних умов зовнішнього середовища. Важливе значення мають і зовнішні умови онтогенезу рослин. У більшості випадків рослини і посіви (посадки) сільськогосподарських культур, відчуваючи дію тих чи інших несприятливих факторів, проявляють стійкість до них як результат пристосування до умов існування, що склалися історично, що відзначав ще К.А. Тімірязєв.

За історію нашої планети постійно відбувалися зміни в навколишньому середовищі. Зміни клімату приводили до того що рослинний світ починав пристосовуватися. Розвивалися нові пристосувальні ознаки.

1.Еволюція рослин

Перші рослинні організми виникли у воді в дуже далекі від нас часи. Перші живі організми були мікроскопічно малими згустками слизу. Значно пізніше в деяких із них з'явилося зелене забарвлення, і ці живі організми стали схожі на одноклітинні водорості. Давні одноклітинні істоти дали початок багатоклітинним організмам. Багатоклітинні організми, як і перші одноклітинні, виникли у воді. З одноклітинних водоростей розвинулись різноманітні багатоклітинні водорості. Поверхня материків і дно океану з часом змінювались. Піднімалися нові материки, зникали під водою ті, що існували раніше. Внаслідок коливань земної кори на місці морів виникала суша.Вивчення викопних решток показує, що рослинний світ Землі також поступово змінювався.Перехід рослин до наземного способу життя, очевидно, був пов'язаний з тим, що існували ділянки суші, які періодично заливалися водою й звільнялися від неї. Морська вода, відступаючи, затримувалась у западинах. Вони то пересихали, то знову заповнювалися водою. Ці ділянки осушувалися поступово. У деяких водоростей почали з'являтися пристосування до життя на суші.

Клімат у той час на земній кулі був вологий і теплий. Почався перехід деяких рослин від водного до наземного способу життя. У давніх багатоклітинних водоростей будова поступово ускладнювалася, і вони дали початок першим наземним рослинам. Найдавніша група з відомих нам наземних рослин -- псилофіти. Вони існували вже 420--400 мільйонів років тому, а пізніше вимерли.

Псилофіти росли на берегах водойм і були невеликими багатоклітинними зеленими рослинами. Вони ще не мали стебел, листків, коренів, а являли собою розгалужені осі, на підземних частинах яких розвивалися ризоїди. Від водоростей псилофіти відрізнялися не тільки зовні, а й складнішою внутрішньою будовою. У них були розвинуті покривна тканина -- шкірка -- і провідні тканини--деревина й луб.

Розмножувалися псилофіти спорами.

Від псилофітів походять папоротеподібні, у яких уже були стебла, листки й корені, і, очевидно, мохи. Папоротеподібні досягли розквіту близько 300 мільйонів років тому.

У період панування на Землі папоротеподібних клімат був теплий і вологий. Це сприяло росту й розмноженню папоротей, хвощів і плаунів.

У кінці кам'яновугільного періоду клімат Землі майже всюди став сухіший і холодніший. Деревовидні папороті, хвощі й плауни почали вимирати, але на цей час уже з'явилися примітивні голонасінні рослини -- потомки деяких давніх папоротеподібних.

Про походження голонасінних рослин від давніх папоротеподібних свідчить багато рис подібності між цими рослинами. Ця подібність була не тільки зовнішньою, вона виявлялася і в будові їхніх органів: стебел, листків і коренів.

Першими голонасінними рослинами були насінні папороті, які потім повністю вимерли. Насіння в цих папоротей розвивалося на листках; шишок у них не було.

Насінні папороті були деревовидними, ліановидними й трав'янистими рослинами. Від насінних папоротей походять інші голонасінні рослини.

Умови життя продовжували змінюватися. Там, де клімат ставав суворіший, давні голонасінні рослини поступово вимирали, а на зміну їм з'явилися досконаліші рослини -- давні хвойні. Потім їх змінили сучасні хвойні голонасінні рослини -- сосни, ялини, ялиці та ін.

Рослини, які розмножувалися насінням, краще пристосувались до життя на суші, ніж рослини, що розмножувалися спорами. Особливо виразно це виявилося, коли клімат став менш вологим.

У папоротеподібних на заростках, що розвиваються із спор, утворюються жіночі й чоловічі гамети (статеві клітини) -- яйцеклітини і сперматозоїди. Для того щоб гамети злилися, тобто щоб відбулося запліднення, потрібна атмосферна або ґрунтова вода, у якій сперматозоїди рухаються до яйцеклітини.

У голонасінних вільна вода для запліднення не потрібна, оскільки воно відбувається всередині насінних зачатків. Так, у хвойних чоловічі гамети підходять до жіночих по пилкових трубках, що ростуть усередині насінних зачатків.

Іншими словами, у рослин, які розмножуються спорами, можливість запліднення залежить від наявності води у зовнішньому середовищі, а в рослин, що розмножуються насінням, цієї залежності немає.

Покритонасінні рослини -- потомки давніх голонасінних -- з'явилися на Землі близько 130--120 мільйонів років тому. Вони були найбільш пристосованими до життя на суші рослинами. Тільки в покритонасінних є квітки, а їхнє насіння розвивається всередині плода і добре захищене оплоднем. Покритонасінні швидко розселилися по всій Землі й зайняли найрізноманітніші місця для життя. Вже понад 60 мільйонів років покритонасінні рослини панують на Землі.

Виникнення життя і розвиток рослинного світу на Землі зовсім інакше пояснює релігія. Віруючі люди вважають, що нашу планету створив бог і що все живе на Землі -- рослини і тварини -- також було створене богом 7,5 тисячі років тому.

Усі наукові дослідження і визначення віку Землі доводять наївність тверджень релігії. Вивчення найдавніших шарів земної кори, відбитків і окам'янілостей рослин і тварин, які жили колись, та багато інших досліджень дали змогу встановити, що Земля утворилася близько 5 мільярдів років тому. Перші одноклітинні організми виникли, очевидно, близько 2--1,5 мільярда років тому. Такі високоорганізовані рослини, як покритонасінні, існують уже близько 130 мільйонів років, а не 7,5 тисячі років, як твердить релігія.

2.Морфологічні й анатомічні пристосування рослин до води

Рослини, присвячені до місцеперебувань із різними умовами зволоження, виробили відповідні пристосування до водного режиму.

Гігрофіти - це рослини надмірно зволожених місць існування з високою вологістю повітря і грунту. При досить великому розмаїтті місць існування, особливостей водного режиму та анатомо-морфологічних рис всіх гігрофітов об'єднує відсутність пристосувань, які обмежують витрата води, і нездатність виносити навіть незначну її втрату. Яскраво виражені гігрофіти - трав'янисті рослини і епіфіти вологих тропічних лісів, не виносять скільки-небудь помітного зниження вологості повітря. Навіть у розпал сезону дощів дрібні епіфітні папороті на стовбурах дерев втрачають тургор і засихає, якщо на них протягом 2-3 годин падають сонячні промені. Риси гігрофітов мають трав'янисті рослини темнохвойних лісів (кислиця, майнік дволиста, двулепестнік альпійський). До гігрофітам можна віднести і види, що ростуть на відкритих і добре освітлених місцепроживання, але в умовах надлишку грунтової вологи - поблизу водойм, у дельтах річок, у місцях виходу грунтових вод. У наших широтах прикладом можуть служити прибережні види: Калюжниця - Caltha palustris, плакун-трава - Lythrum salikaria, а в країнах жаркого клімату - папірус, болотні пальми. З культурних рослин сюди можна віднести рис, культивований на полях, залитих водою. Характерні структурні риси гігрофітів - тонкі ніжні листові пластинки з невеликим числом устячок, що не мають товстої кутикули, пухке додавання тканин аркуша з великими межклетниками, слабкий розвиток водопроводящей тканини, тонкі слаборазветвленние корінь.

Для ксерофітів велике значення мають різноманітні структурні пристосування до умов недоліку вологи. Кореневі системи звичайно сильно розвинені, що допомагає рослинам збільшити поглинання ґрунтової вологи. По загальній масі кореневі системи ксерофітів нерідко перевищують надземні частини, іноді досить значно. Так, у багатьох трав'янистих і чагарникових видів середньоазіатських пустель підземна маса більше надземної в 9-10 разів, а в кесрофитов памірських високогірних холодних пустель - в 300-400 разів. Кореневі системи ксерофітів часто бувають екстенсивного типу, тобто рослини мають довгих корінь, що поширюються у великому обсязі ґрунти, але порівняно мало розгалужені. Проникнення таких корінь на більшу глибину дозволяє ксерофітам використовувати вологу глибоких ґрунтових обріїв, а в окремих випадках - і ґрунтових вод

В інших видів кореневі системи інтенсивного типу: вони охоплюють щодо невеликий обсяг ґрунту, але завдяки дуже густому розгалуженню максимально використовують ґрунтову вологу. Корінь ряду ксерофильних видів мають спеціальні пристосування для запасания вологи. Надземні органи ксерофітів також відрізняються своєрідними (так званими ксероморфними рисами), які мають відбиток важких умов водопостачання. У них сильно розвинена водопроводящая система, що добре помітно по густоті мережі жилок у листах, що підводять воду до тканин. Ця риса полегшує ксерофітам поповнення запасів вологи, що витрачається на транспірацію

Різноманітні структурні пристосування захисного характеру, спрямовані на зменшення витрати води, в основному зводяться до наступного:

Загальне скорочення транспирирующей поверхні. Багато ксерофітів мають дрібні, вузькі, сильно скорочені листові пластинки. В особливо посушливих пустельних місцеперебуваннях листи деяких деревних і чагарникових порід скорочені до ледь помітних лусочок. У таких видів фотосинтез здійснюють зелені галузі

Зменшення листової поверхні в найбільш жаркі й сухі періоди вегетаційного сезону. Для багатьох чагарників середньоазіатських, североафриканских і інших пустель, а так само для деяких видів сухих субтропіків середземномор'я характерний сезонний деформизм листів: провесною при ще сприятливому водному режимі утворяться відносно великі листи, які влітку, при настанні жари й сухості, переміняються дрібними листами більше ксероморфного будови з меншою інтенсивністю транспірації

Захист листів від більших втрат вологи на транспірацію. Вона досягається завдяки розвитку потужних покривних тканин - товстостінного, іноді багатошарового епидермиса, часто несучі різні вирости й волоски, які утворять густе “повстяне” опушення поверхні аркуша. В інших видів поверхня покрита водонепроникним шаром товстої кутикули або воскового нальоту. Розвиток захисних покривів на листах причина того, що степовий травостій має тьмяні, сивуваті відтінки, що різко відрізняються від яркою зелені лугів

Устячка в ксерофітів звичайно захищені від надмірної втрати вологи, наприклад, розташовані в спеціальних поглибленнях у тканині аркуша, іноді постачених волосками й іншими додатковими захисними пристроями. У ковилей і інших степових злаків існує цікавий механізм захисту устячок у самі жаркі й сухі годинники дня: при більших втратах води великі тонкостінні водоносні клітки епидермиса втрачають тургор, і аркуш свертивается в трубку; так устячка виявляються ізольованими від навколишнього сухого повітря усередині замкнутої порожнини, де завдяки транспірації створюється підвищена вологість. У вологу погоду клітки епидермиса відновлюють тургор, і листова пластинка знову розгортається

Посилений розвиток механічної тканини. Клітки тканин листів у ксерофітів відрізняються дрібними розмірами й досить щільним упакуванням, тобто малим розвитком межклетников, завдяки чому сильно скорочується внутрішня поверхня, що випаровує, аркуша. Оскільки ксерофіти звичайно живуть на відкритих, добре освітлених місцеперебуваннях, багато рис ксероморфной структури аркуша - це одночасно й риси світлової структури. Так у багатьох видів листи мають потужну іноді багаторядну палісадну паренхіму, часто розташовану з обох сторін

Основні морфолого-анатомічні риси мезофітів - середні між рисами гігрофітів і ксерофітів. Мезофіти мають помірковано розвинені кореневі системи як екстенсивного, так і інтенсивного типу, з усіма переходами між ними. Для аркуша характерна дифференцировка тканин на більш-менш щільну палісадну паренхіму й пухку губчату паренхіму із системою межклетников. Мережа жилок порівняно негуста. Покривні тканини можуть мати окремі ксероморфние риси, але не настільки яскраво виражені, як у ксерофітів

Психрофити мають яскраво виражену ксероморфную структуру аркуша. Так, психрофільні злаки узколистни, мають добре розвинені провідні й механічну тканини; деякі з них здатні до згортання листової пластинки в трубку, нагадуючи степові ксерофіти. Вічнозелені чагарнички мають щільні шкірясті листи, іноді з досить потужною кутикулою, щільною палісадною паренхімою. Нижня сторона, що несе устячка, часто опушене або покрита восковим нальотом. Разом з тим у структурі аркуша ясно помітні й деякі гигроморфние риси, головним чином, великі розміри кліток і розвиток більших межклетников у губчатій тканині

Анатомо-морфологічні риси гідрофітів істотно відрізняють їх від наземних рослин. Помітна редукція механічних тканин. Настільки ж сильно редуцированна й провідна система. Якщо в сухопутних мезофітів довжина жилок на 1 кв.див. аркуша становить близько100 мм і більше, а в ксерофітів доходить до300, то у водних і прибережних рослин вона в кілька разів менше. От кілька прикладів (по Гесснеру Ф., 1959):

рослина еволюція гігрофіти ксерофіти

У деяких занурених рослин, не прикріплених до ґрунту, корінь повністю редуцированни, інших корінь зберегли, але окремо плаваючі частини рослин можуть обходитися й без них. Корінь гідрофітів, що зміцнюють, слабоветвистие, без кореневих волосків. Разом з тим ряд видів має товсті й міцні кореневища, які відіграють роль якоря, сховища запасних речовин і органа вегетативного розмноження

Листи занурених гідрофітів дуже тонкі й ніжні, мають спрощена будова мезофилла без помітної диференціації на палісадну й губчату паренхіму. Підводні листи без устячок. В окремих місцях перебувають групи кліток епидермиса з витонченими стінками. Уважається, що вони відіграють більшу роль у поглинанні води й розчинених мінеральних солей

У рослин лише частково занурених у воду, добре виражене гетерофиллия - розходження будови надводних і підводних листів на одній і тій же особині. Перші мають риси, звичайні для листів наземних рослин, другі - дуже тонкі або розсічені листові пластинки. Гетерофиллия відзначена у водного жовтцю - Ranunculus diversifolius , латать і кубушок, стрелолиста й інших видів. Цікавий приклад - поручейник, на стеблі якого можна бачити кілька форм листів, що представляють всі переходи від типово наземних до водних

3. Анатомічні пристосування водних рослин

У залежності від морфоанатомічних особливостей водних рослин, які можна враховувати при визначенні стану біоценозу виділяють такі групи:1. Гідатофіти занурені у воду. Вони одержують не всю кількість сонячного проміння, бо частина його відбивається або поглинається водою. Відповідно гідатофіти тією або іншою мірою є тіньовитривалими. Цим зумовлена збільшена поверхня органів, особливо листків, порівняно із загальною масою. У зв'язку з тим, що у воді мало розчиненого кисню у гідатофітів утруднений газообмін. Однак у них добре розвинені міжклітинники, які сприяють регулюванню газообміну. Гідатофіти мають дуже спрощену анатомічну будову, у них судини слабко розвинені або зовсім немає, воду сприймають всією поверхнею тіла. На поверхні епідерми кутикули немає або вона занадто тонка, щоб не створювати перешкоду в надходженні води до клітин.

2. Гідрофіти звичайно ростуть по берегах водойм, напівзанурені у воду. Підземна частина рослин (кореневища і корені), а також більша частина стебла занурені у воду. Гідрофіти, як і гідатофіти, мають систему добре розвинених міжклітинних проміжків, крізь які здійснюється постачання кисню до органів, які знаходяться у воді і ґрунті водойми.3. Гігрофіти - це рослини, що пристосовані до росту в умовах надмірного зволоження, переважно атмосферного. Листки їх вкриті тонким шаром кутикули, продихи розташовані на рівні основних клітин епідерми, наявність тонкостінних живих розсіяних волосків, а також широких міжклітинників - забезпечує досить активну поверхню випаровування.Проживання у водному середовищі зумовило особливі риси організації водних рослин. В загальному до основних пристосувань вищих рослин до водного способу життя належать:- Водні рослини не потребують опорних елементів, тобто у них недорозвинені або відсутні судинні пучки, як у деревині наземних рослин.- Редукція кореневої системи або зміна її функції.- Порівняно низька температура води викликає пригноблення статевого процесу, тому у них переважає вегетативне розмноження.- Розвиток системи повітряних порожнин - аеренхіма, сприяє поліпшенню газообміну і підтримці рослини в плаваючому стані.- Великий розвиток поверхні тіла по відношенню до маси, що виражається в наявності перистого, розітнутого листя, тонких, довгих стебел або ж широкого, але дуже тонкого листя.- Листя занурених водних рослин позбавлені продихів, зате їх поверхня проникна для газів і весь газообмін йде через неї. Кількість продихів в порівнянні з наземними видами збільшена.- У деяких видів серед клітин епідермісу є та інші, звані гідропорами, що мають більшу проникність води. У лататтєвих, крім того, є особливі клітки - гаусторії, розташовані на нижній стороні листа, здатні інтенсивно поглинати живильні речовини і запасати масло.- Гетерофілія, різнолисність, це явище, коли на одній рослині розвиваються як типово підводне листя, так і типово повітряні з рядом переходів (настурція, стрілолист, вех).- Виділення слизу особливими залозками перешкоджає вилуговуванню з рослин живильних речовин, а також є захистом при тимчасовому пересиханні водоймищ.- Переважна більшість вищих водних рослин - багаторічники. При зимуванні частина видів цілком опускається на дно водоймища, більшість зимує у вигляді кореневищ, бульб або зимуючих бруньок (турионів). Наявність стійкого механізму гомеостазу дозволяє вищим водним рослинам захоплювати значні території і мати широке географічне розповсюдження. Такі види створюють популяції, пристосовані до крайніх умов ареалу, до значних коливань світла, температури, залежності від концентрації газів.

Структурні пристосування

Крім структурних захисних пристосувань рослини розташовують ще й різними фізіологічними механізмами, які дозволяють їм пристосовуватися до жари, холоду й посусі. Для багатьох суккулентных рослин пустелі характерний унікальний механізм фотосинтезу, що зводить до мінімуму втрати води. Завдяки особливому типу метаболізму ( СамлМетаболізм; см. гл. 4) ці рослини можуть закривати устячка в той час, до якого присвячені максимальні втрати води, тобто вони здатні здійснювати фотосинтез, не витрачаючи одночасно занадто багато води на транспірацію. Ці рослини відкривають свої устячка й фіксують ІЗ2 у темряві, коли транспірація мінімальна, і тримають їхніми закритими на світлі, коли надлишкова втрата води могла б привести до иссушению. Ефективний фотосинтез протікає в них при закритих устячках завдяки човниковому механізму, що перекачує З2 від З4, до З 3мсистемі. Цей унікальний пристосувальний механізм украй важливий для виживання рослин у пустелі.

Подібні фізіологічні пристосування допомагають рослинам уникнути ушкоджень від морозу. Якщо рослина, вирощене в теплиці, виставити назовні при температурі трохи нижче нуля, то воно швидше за все сильно постраждає або загине, навіть якщо в природі рослина того ж виду легко переносить негативні температури. Розвиток холодостійкості, або акліматизація,- це процес, що починається зі зменшенням довжини дня й зниженням температури в осінній час. Акліматизація супроводжується численними фізіологічними змінами. Нам поки ще не цілком ясно, які саме із цих змін відповідальні за розвиток холодостійкості; усього ймовірніше, що тільки певна комбінація таких змін надає рослині здатність виносити негативні температури. Один з таких процесів можна зрівняти із заміною води на антифриз у радіаторі автомобіля. Антифриз використовують, щоб запобігти утворенню льоду, який міг би розірвати радіатор. У рослині, як і в автомобілі, є вода, яка може замерзати й при цьому в результаті розширення розривати клітки. На самому початку акліматизації в клітках накопичуються різні розчинені речовини; вони знижують осмотический потенціал кліток і зменшують імовірність їх замерзання, оскільки крапка замерзання клітинного соку в результаті цього знижується. При замерзанні кліток головна шкоду наносять їм кристали, що утворюються усередині, льоду; ці кристали ростуть, розривають різні клітинні мембрани й, нарешті, убивають клітку. Підвищення концентрації розчинених речовин захищає рослину, тому що воно зменшує ймовірність утвору великих кристалів льоду. При акліматизації в клітинних мембранах також відбуваються деякі зміни, що роблять ці мембрани менш тендітними при низьких температурах. Можливо, це є результатом підвищення ступені не насиченості ліпідів мембран; воно спричиняє зниження їх крапки плавлення, завдяки чому вони при більш низьких температурах залишаються напіврідкими.

Ще один спосіб захисту від ушкоджень, пов'язаних із замерзанням,- це синтез більших кількостей білків нових типів, що володіють особливо високою здатністю до гідратації. Гидратационная вода практично не замерзає: вона втримується поблизу молекул білка силами, які запобігають утворенню кристалів льоду. Саме собою зрозуміло, що чим більше в клітці таких білків, тем стійкіше ця клітка до замерзання. У багатьох рослин регулярно повторюється певний цикл: в осінній час такі білки синтезуються, а навесні рослина використовує їх у своєму метаболізмі. По даним деяких авторів, у білках, від яких залежить холодостійкість, особливо багато сульфгідрильних груп (-SH), характерних для амінокислоти цистеина. Якщо це вірно, то оцінювати холодостійкість можна за допомогою хімічного аналізу, по змісту білкових сульфгідрильних груп. Єдиної думки із приводу значення ' зв'язаної води' поки ще ні, але все-таки, очевидно, саме у зв'язуванні води слід бачити один з механізмів, що охороняють рослини від ушкоджень морозом

Фізіологічні пристосування

Крім структурних захисних пристосувань рослини розташовують ще й різними фізіологічними механізмами, які дозволяють їм пристосовуватися до жари, холоду й посусі. Для багатьох суккулентных рослин пустелі характерний унікальний механізм фотосинтезу, що зводить до мінімуму втрати води. Завдяки особливому типу метаболізму ( СамлМетаболізм; см. гл. 4) ці рослини можуть закривати устячка в той час, до якого присвячені максимальні втрати води, тобто вони здатні здійснювати фотосинтез, не витрачаючи одночасно занадто багато води на транспірацію. Ці рослини відкривають свої устячка й фіксують ІЗ2 у темряві, коли транспірація мінімальна, і тримають їхніми закритими на світлі, коли надлишкова втрата води могла б привести до иссушению. Ефективний фотосинтез протікає в них при закритих устячках завдяки човниковому механізму, що перекачує З2 від З4, до З 3мсистемі. Цей унікальний пристосувальний механізм украй важливий для виживання рослин у пустелі.

Подібні фізіологічні пристосування допомагають рослинам уникнути ушкоджень від морозу. Якщо рослина, вирощене в теплиці, виставити назовні при температурі трохи нижче нуля, то воно швидше за все сильно постраждає або загине, навіть якщо в природі рослина того ж виду легко переносить негативні температури. Розвиток холодостійкості, або акліматизація,- це процес, що починається зі зменшенням довжини дня й зниженням температури в осінній час. Акліматизація супроводжується численними фізіологічними змінами. Нам поки ще не цілком ясно, які саме із цих змін відповідальні за розвиток холодостійкості; усього ймовірніше, що тільки певна комбінація таких змін надає рослині здатність виносити негативні температури. Один з таких процесів можна зрівняти із заміною води на антифриз у радіаторі автомобіля. Антифриз використовують, щоб запобігти утворенню льоду, який міг би розірвати радіатор. У рослині, як і в автомобілі, є вода, яка може замерзати й при цьому в результаті розширення розривати клітки. На самому початку акліматизації в клітках накопичуються різні розчинені речовини; вони знижують осмотический потенціал кліток і зменшують імовірність їх замерзання, оскільки крапка замерзання клітинного соку в результаті цього знижується. При замерзанні кліток головна шкоду наносять їм кристали, що утворюються усередині, льоду; ці кристали ростуть, розривають різні клітинні мембрани й, нарешті, убивають клітку. Підвищення концентрації розчинених речовин захищає рослину, тому що воно зменшує ймовірність утвору великих кристалів льоду. При акліматизації в клітинних мембранах також відбуваються деякі зміни, що роблять ці мембрани менш тендітними при низьких температурах. Можливо, це є результатом підвищення ступені не насиченості ліпідів мембран; воно спричиняє зниження їх крапки плавлення, завдяки чому вони при більш низьких температурах залишаються напіврідкими.

Ще один спосіб захисту від ушкоджень, пов'язаних із замерзанням,- це синтез більших кількостей білків нових типів, що володіють особливо високою здатністю до гідратації. Гидратационная вода практично не замерзає: вона втримується поблизу молекул білка силами, які запобігають утворенню кристалів льоду. Саме собою зрозуміло, що чим більше в клітці таких білків, тем стійкіше ця клітка до замерзання. У багатьох рослин регулярно повторюється певний цикл: в осінній час такі білки синтезуються, а навесні рослина використовує їх у своєму метаболізмі. По даним деяких авторів, у білках, від яких залежить холодостійкість, особливо багато сульфгідрильних груп (-SH), характерних для амінокислоти цистеина. Якщо це вірно, то оцінювати холодостійкість можна за допомогою хімічного аналізу, по змісту білкових сульфгідрильних груп. Єдиної думки із приводу значення ' зв'язаної води' поки ще ні, але все-таки, очевидно, саме у зв'язуванні води слід бачити один з механізмів, що охороняють рослини від ушкоджень морозом.

Життя рослин, як і всякого живого організму, представляє складну сукупність взаємозалежних процесів. Одним з найважливіших є обмін речовин з навколишнім середовищем. Середовище - це т е звідки рослина бере харчові матеріали, потім переробляє їх і відбувається засвоєння почерпнутих речовин, їх асиміляція. Одночасно з цим процесом відбувається руйнування складових частин тіла; розкладання їх на простіші цей процес називається дисиміляція.

Висновки

рослина еволюція гігрофіт ксерофіт

Отже, на анатомічну будову рослин впливають такі чинники, як зволоженість, кількість сонячної енергії, вітри, широта місцевості, фізико-хімічні процеси. Певні процеси впливали на рослину мільйони років, щоб виробилися пристосувальні ознаки. Ось візьмемо за приклад кактус:

Перексія крупноквіткова (Pereskia grandiflora) проростає в Бразилії в районах з не дуже посушливим кліматом. Неважко уявити собі, що могло б статися з цим стародавнім кактусом, виявися його предки в більш сухому кліматі. У таких умовах, щоб зменшити втрати води через випаровування, рослина повинне було б скоротити листову поверхню. У близького родича перексія - перескіопсіса (Pereskiopsis), що живе в більш посушливих, ніж Бразилія, районах Мексики, листя товще і дрібніше. В умовах ще більшої посухи рослині краще взагалі не мати широких листових пластинок. І дійсно, одні рослини, що живуть в таких умовах, скидають листя при настанні сухого сезону, а в інших «нормальні» листя в процесі еволюції перетворилися на колючки. Роботу з перетворення сонячного світла в енергію органічних зв'язків, яку раніше виконували «нормальні» листя, при перетворенні їх в колючки взяв на себе позеленілий стебло. У ще більш посушливих умовах перевага отримували рослини, у яких замість довгих (нехай вже і «безлистих» пагонів) сформувалися товсті, соковиті стебла. Рослини з м'ясистими, соковитими, здатними довго утримувати вологу стеблами і (або) листям називають сукулентів.Дисковидні і колонновідние кактуси володіють соковитими товстими стеблами. Але в дуже посушливих районах для того, щоб вижити, цього недостатньо. Деякі кактуси навчилися запасати і утримувати вологу, а також змогли скоротити випаровується поверхню стебла - вони стали справжніми чемпіонами пустелі по виживанню. Відношення обсягу тіла рослини до величини його поверхні зменшується, якщо колонновідная форма перетворюється в кулясту. У кулі (в порівнянні з іншими геометричними тілами) відношення площі поверхні до об'єму мінімальне, тому не випадково більшість кактусів пустель володіє кулястим стеблом.Щоб вижити в сухому кліматі, кактуси використовували й інші можливості. Відомо, що газообмін рослині і випаровування води здійснюються головним чином через продихи - невеличкі отвори в шкірці листя і стебел, облямовані спеціальними клітинами, здатними регулювати величину отвору. У кактусів ці клітини розташовані нижче решти поверхні шкірочки, набагато глибше, ніж у звичайних рослин, а самих продихів в перерахунку на одиницю площі поверхні не так вже багато, тому в процесі газообміну кактуси втрачають мало вологи. Крім того, продихи у кактусів відкриваються вночі, коли не так спекотно і сухо, і закриваються днем. Багато кактуси захищають головні пігменти фотосинтезу - хлорофіли від надмірної освітленості за допомогою добре розвиненого на поверхні стебла шару воску, який до того ж зменшує випаровування через шкірку. Зменшенню випаровування сприяє і густий покрив з колючок. Цей своєрідний екран, тінь від якого захищає рослину від перегріву, також зменшує втрати води через випаровування. У деяких кактусів колючки білі, тому вони відбивають сонячне світло з максимальною ефективністю.Кактуси використовують будь-яку можливість для поповнення запасів води в своєму тілі: в одних - коренева система розташовується неглибоко в верхніх горизонтах грунту, а рясно гілкуються і довге коріння підходять близько до каменів, на яких вночі конденсується волога, в інших - корені проникають в глибокі та містять воду горизонти грунту. Але кактуси можуть поглинати воду не тільки за допомогою коренів. Утворюють туман крапельки води можуть проникати в тіло рослини і через колючки. А коли посушливий період занадто затягується, деякі кактуси «розігрують свою останню козирну карту» - трюк зі зникненням. Невеликі кактуси можуть «зариватися» в землю. Під час тривалої посухи головний стрижневий корінь втрачає вологу, підсихає, зморщується і ... втягує стебло в грунт!

Ось так діє на рослину середовище існування.

Література та інтернет-джерела

1. Ботаніка з основами екології: Учеб. Посібник для студентів пед. ін-тов/Л.В. Кудряшов та др. - М.: Просвещение, 1979

2. Горишіна Т.К. Екологія рослин. - М.: Вища школа, 1979

3. Гусєв Н.А. Деякі закономірності водного режиму рослин. - М.: Изд-во АН СРСР, 1959.

4. Крафтс А. Вода та її значення в житті рослин. -- М.: Іност. лит., 1951

5. Ричін Ю.В. Флора гігрофітов. Визначник. - М.: Сов. наука, 1948

6. Шенніков А.П. Екологія рослин. - М.: Сов. наука, 1950

7. Володько И. К. " " Мікроелементи і стійкість рослин до несприятливих умов " " , Мінськ, Наука итехника, 1983г.

8. Прокоф'єв А.А. " " Проблеми засухоустойчивости рослин " " , Москва,

Наука, 1978г.

9. Сергєєва К.А. " " Фізіологічні і біохімічні основи зимостойкости деревних рослин " " , Москва, Наука, 1971г.

10. Уоринг Ф., Філліпс І. " " Зростання рослин i диференціювання " " , Москва.

11. http://botanicka.narod.ru

12. http://pti.kiev.ua

13. http://beaplanet.ru

14. http://rastenia.org.ua

15. http://weekbook.ru

16. http://dls.ksu.kherson.ua

17. http://school.xvatit.com

Размещено на Allbest.ru