Систематический состав и морфологические особенности растений сухих песчаных мест обитания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учреждение образования

"Мозырский государственный педагогический университет

имени И.П. Шамякина"

Биологический факультет

Индивидуальное задание

Систематический состав и морфологические особенности растений сухих песчаных мест обитания

Исполнитель Журо М.А.

Руководитель Шиманская А.А.

Мозырь 2015

Введение

Вода - важнейший экологический фактор для всего живого на земле. Для процессов обмена веществ со средой, составляющих основу жизни, необходимо участие воды в качестве растворителя и метаболита. Так у растений вода участвует в реакциях фотосинтеза, минеральные соли поступают в растения из почвы только в виде водных растворов. Вода - главная составная часть тела растений. Даже находясь в анабиозе, растения содержат воду. Особая роль воды наземных растений заключается в постоянном пополнении больших трат ее на испарение в связи с развитием большой фотосинтезирующей поверхности. Вода, обуславливая необходимое тургорное давление, определенным образом участвует и в поддержании формы наземных растений как организмов, не имеющих опорного скелета. Также для большой группы растений, живущих в водоемах, морях и океанах, вода является непосредственной средой обитания.

Ксерофиты.

Это растения сухих местообитаний, способные переносить значительный недостаток влаги - почвенную и атмосферную засуху. Они распространены, обильны и разнообразны в областях с жарким и сухим климатом. К этой группе принадлежат виды пустынь, сухих степей, саванн, колючих редколесий, сухих субтропиков. В более гумидных районах ксерофиты участвуют в растительном покрове лишь в наиболее прогреваемых и наименее увлажненных местообитаниях (например, на склонах южной экспозиции).

Неблагоприятный водный режим растений в сухих местообитаниях обусловлен, во-первых, ограниченным поступлением воды при ее недостатке в почве и, во-вторых, увеличением расхода влаги на транспирацию при большой сухости воздуха и высоких температурах. Следовательно, для преодоления недостатка влаги возможны разные пути: увеличение ее поглощения и сокращение расхода, кроме того, способность переносить большие потери воды. Все это используется ксерофитами при адаптации к сухости, но у разных растений в неодинаковой степени, в связи с чем некоторые авторы различают два основных способа преодоления ксерофитами засухи: возможность противостоять иссушению тканей, или активное регулирование водного баланса, и способность выносить сильное иссушение.

В зависимости от структурных черт и способов регулирования водного режима различают несколько разновидностей ксерофитов (по Генкелю П.А.): эуксерофиты, гемиксерофиты, пойкилоксерофиты.

К группе ксерофитов относят и суккуленты - растения с сочными листьями или стеблями. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а наземные части представлены мясистыми стеблями (кактусы, некоторые молочаи).

Ксерофиты с наиболее ярко выраженными ксероморфными чертами строения листьев имеют своеобразный внешний облик, за что получили название склерофитов. Облик типичного склерофита легко представить на примере чертополоха и пустынных полыней, ковылей, саксаулов.

Анатомо-морфологические приспособления растений к водному режиму.

Для ксерофитов большое значение имеют разнообразные структурные приспособления к условиям недостатка влаги.

Корневые системы обычно сильно развиты, что помогает растениям увеличить поглощение почвенной влаги. По общей массе корневые системы ксерофитов нередко превышают надземные части, иногда весьма значительно. Так, у многих травянистых и кустарниковых видов среднеазиатских пустынь подземная масса больше надземной в 9-10 раз, а у кесрофитов памирских высокогорных холодных пустынь - в 300-400 раз. Корневые системы ксерофитов часто бывают экстенсивного типа, то есть растения имеют длинные корни, распространяющиеся в большом объеме почвы, но сравнительно мало разветвленные. Проникновение таких корней на большую глубину позволяет ксерофитам использовать влагу глубоких почвенных горизонтов, а в отдельных случаях - и грунтовых вод.

У других видов корневые системы интенсивного типа: они охватывают относительно небольшой объем почвы, но благодаря очень густому ветвлению максимально используют почвенную влагу. Корни ряда ксерофильных видов имеют специальные приспособления для запасания влаги. Надземные органы ксерофитов также отличаются своеобразными (так называемыми ксероморфными чертами), которые носят отпечаток трудных условий водоснабжения. У них сильно развита водопроводящая система, что хорошо заметно по густоте сети жилок в листьях, подводящих воду к тканям. Эта черта облегчает ксерофитам пополнение запасов влаги, расходуемой на транспирацию. ксерофит суккулент растение

Разнообразные структурные приспособления защитного характера, направленные на уменьшение расхода воды, в основном сводятся к следующему:

1. Общее сокращение транспирирующей поверхности. Многие ксерофиты имеют мелкие, узкие, сильно редуцированные листовые пластинки. В особо засушливых пустынных местообитаниях листья некоторых древесных и кустарниковых пород редуцированы до едва заметных чешуек. У таких видов фотосинтез осуществляют зеленые ветви.

2. Уменьшение листовой поверхности в наиболее жаркие и сухие периоды вегетационного сезона. Для многих кустарников среднеазиатских, североафриканских и других пустынь, а так же для некоторых видов сухих субтропиков средиземноморья характерен сезонный деформизм листьев: ранней весной при еще благоприятном водном режиме образуются относительно крупные листья, которые летом, при наступлении жары и сухости, сменяются мелкими листьями более ксероморфного строения с меньшей интенсивностью транспирации.

3. Защита листьев от больших потерь влаги на транспирацию. Она достигается благодаря развитию мощных покровных тканей - толстостенного, иногда многослойного эпидермиса, часто несущего различные выросты и волоски, которые образуют густое "войлочное" опушение поверхности листа. У других видов поверхность покрыта водонепроницаемым слоем толстой кутикулы или воскового налета. Развитие защитных покровов на листьях причина того, что степной травостой имеет тусклые, седоватые оттенки, резко отличающиеся от яркой зелени лугов.

Устьица у ксерофитов обычно защищены от чрезмерной потери влаги, например, расположены в специальных углублениях в ткани листа, иногда снабженных волосками и прочими дополнительными защитными устройствами. У ковылей и других степных злаков существует интересный механизм защиты устьиц в самые жаркие и сухие часы дня: при больших потерях воды крупные тонкостенные водоносные клетки эпидермиса теряют тургор, и лист свертывается в трубку; так устьица оказываются изолированными от окружающего сухого воздуха внутри замкнутой полости, где благодаря транспирации создается повышенная влажность. Во влажную погоду клетки эпидермиса восстанавливают тургор, и листовая пластинка вновь развертывается.

4. Усиленное развитие механической ткани.

Клетки тканей листьев у ксерофитов отличаются мелкими размерами и весьма плотной упаковкой, то есть малым развитием межклетников, благодаря чему сильно сокращается внутренняя испаряющая поверхность листа. Поскольку ксерофиты обычно обитают на открытых, хорошо освещенных местообитаниях, многие черты ксероморфной структуры листа - это одновременно и черты световой структуры. Так у многих видов листья имеют мощную иногда многорядную палисадную паренхиму, часто расположенную с обеих сторон.

Физиологические адаптации растений, приуроченных к месту обитания.

Ксерофиты обладают рядом разнообразных физиологических адаптаций, позволяющих им успешно выдерживать недостаток влаги.

У ксерофитов обычно повышено осмотическое давление клеточного сока, позволяющее всасывать воду даже при больших водоотнимающих силах почвы, то есть использовать не только легкодоступную, но и труднодоступную почвенную влагу. Оно измеряется тысячами кПа, а у некоторых пустынных кустарников зарегистрированы цифры, достигающие 10000-30000 кПа.

С давних пор пристальное внимание привлекала проблема расхода воды ксерофитами на транспирацию. Казалось бы, многочисленные анатомические приспособления, достаточно надежно защищающие наземные части ксерофитов от сильного испарения, должны способствовать значительному снижению транспирации. Однако выяснилось, что в действительности это не так. При достаточном водоснабжении большинство ксерофитов имеют довольно высокую транспирацию, но при наступлении засушливых условий, они сильно сокращают ее. При этом играет роль и закрывание устьиц, и сильное обезвоживание листа при начинающемся подвядании. Несомненно, анатомо-морфологические приспособления имеют определенное значение, но основную роль в засухоустойчивости ксерофитов в настоящее время отводят физиологическим механизмам.

К числу этих механизмов принадлежит высокая водоудерживающая способность тканей и клеток, обусловленная рядом физиологических и биохимических особенностей.

Большое значение для выживания ксерофитов при резком недостатке влаги имеет их способность переносить глубокое обезвоживание тканей без потери жизнеспособности и способности восстановления нормального содержания воды в растении при возобновлении благоприятных условий. Ксерофиты способны потерять до 75% всего водного запаса и, тем не менее, остаться живыми. Ярким примером в этом отношении служат пустынные растения, которые летом высыхают до состояния, близкого к воздушно-сухому, и впадают в анабиоз, но после дождей возобновляют рост и развитие.

Еще одна система адаптаций, обеспечивающих выживание ксерофитов в аридных условиях, - выработка сезонных ритмов, дающих возможность растениям использовать для вегетации наиболее благоприятные периоды года и резко сократить жизнедеятельность во время засухи. Так, в областях со средиземноморским климатом с резко выраженным летним сухим периодом многие ксерофильные виды имеют "двухтактный" ритм сезонного развития: весенняя вегетация сменяется летним покоем, во время которого растения сбрасывают листву и снижают интенсивность физиологических процессов; в период осенних дождей вегетация возобновляется, и затем уже следует зимний покой. Сходное явление наблюдается и у растений сухих степей в середине и конце лета: потеря части листовой поверхности, приостановка развития, сильное обезвоживание тканей и т.д. Такое состояние, получившее название полупокоя, длится вплоть до осенних дождей, после которых у степных ксерофитов начинают отрастать листья.

Физиологические адаптации суккулентов столь своеобразны, что их необходимо рассмотреть отдельно.

Основной способ преодоления засушливых условий у суккулентов - накопление больших запасов воды в тканях и крайне экономное ее расходование. В условиях жаркого и сухого климата весь водный запас мог бы быть быстро растрачен, но растения имеют защитные приспособления, направленные к сокращению транспирации. Одно из них - своеобразная форма надземных частей суккулентов. В дополнение к этому у многих суккулентов поверхность защищена восковым налетом опушением, хотя есть и суккуленты с тонким не защищенным эпидермисом. Устьица очень немногочисленны, часто погружены в ткань листа или стебля. Днем устьица обычно закрыты, и потеря воды идет в основном через покровные ткани.

Транспирация у суккулентов чрезвычайно мала. Ее трудно уловить за короткий период и приходится определять расход воды не за час, а за сутки или за неделю. Водоудерживающая способность тканей суккулентов значительно выше, чем у других растений экологических групп, благодаря содержанию в клетках гидрофильных веществ. Поэтому и без доступа влаги суккуленты расходуют водный запас очень медленно и долго сохраняют жизнеспособность даже в гербарии.

Ограничения, обусловленные особенностями водного режима суккулентов, создают и другие трудности для жизни этих растений в аридных условиях. Слабая транспирация сводит к минимуму возможность терморегуляции, с чем связано сильное нагревание массивных надземных органов суккулентов. Затруднения создаются и для фотосинтеза, поскольку днем устьица обычно закрыты, а открываются ночью, следовательно, доступ углекислоты и света не совпадают во времени. Поэтому у суккулентов выработался особый путь фотосинтеза, при котором в качестве источника углекислоты, частично используются продукты дыхания. Иными словами, в крайних условиях растения частично используют принцип замкнутой системы с реутилизацией отходов метаболизма.

В силу всех этих ограничений интенсивность фотосинтеза суккулентов невелика, рост и накопление массы идут очень медленно, вследствие чего они не отличаются высокой биологической продуктивностью и не образуют сомкнутых растительных сообществ.

Эвкалипт (Eucalэptus L.)

Вечнозелёные кустарники или деревья высотой до 100 метров. Ствол прямой или искривлённый, часто покрыт выделениями камеди, называемой кино. Крона разнообразная - широко пирамидальная, яйцевидная, почти шатровидная, плакучая и ряд других форм.

По строению коры различают следующие группы:

гладкокорые (камедные деревья) - кора ствола почти до основания и на крупных ветвях гладкая, корковый слой спадает лентами или кусками;

волокнистокорые - корковый слой толстый, коричневый, волокнистый, сохраняется на стволе и крупных ветвях;

железнокорые (бородчатокорые) - корковый слой толстый, твёрдый, хрупкий, с глубокими бороздами, сохраняется на стволе и крупных ветвях;

чешуйчатокорые - корковый слой прорезан бороздками, снаружи чешуйчатый, сохраняется на стволе и, обыкновенно, на крупных ветвях;

перечномятные - корковый слой, отчасти, сходен с чешуйчатым корковым слоем, но более волокнистый и сильнее бороздчатый, снаружи большей частью серый;

складчатокорые - ствол со складками чешуйчатого коркового слоя.

Листовая пластинка стоит ребром, она расположена из-за скручивания черешка в одной плоскости с ветвью, вследствие чего деревья почти не дают тени. Листья почти у всех видов гетерофильные и проходят, обыкновенно, три стадии развития: молодые листья, промежуточные и взрослые. У некоторых видов переход от молодых листьев к взрослым не очень выражен и происходит довольно быстро. У других видов молодые и промежуточные листья сохраняются в течение долгого периода (до нескольких лет). Молодые листья супротивные, сидячие, часто стеблеобъёмлющие или черешковые, сердцевидные, яйцевидные, продолговатые, круглые, или ланцетные, зелёные, реже сизые. Промежуточные - супротивные или очерёдные, сидячие или черешковые, в сравнении с молодыми, более крупные и более грубого строения, более или менее отличные от них по форме и окраске. Взрослые листья очерёдные, черешковые, яйцевидные, ланцетные, часто серповидно изогнутые, заострённые, зелёные, сизые или сизоватые. Эвкалипт в Австралии является компасным растением: листья расположены своей плоскостью по меридиану, края (грани) их обращаются на север и юг, а плоскости на восток и запад.

Цветки - правильные, обоеполые, сидячие или на ножках, собраны в пазушные зонтики или верхушечные метёлковидные или щитковидные соцветия. Трубка чашечки колокольчатая, кувшинчатая, полуцилиндрическая или обратно коническая, при основании сросшаяся с завязью, цельная, гладкая или ребристая, иногда с четырьмя мелкими зубцами; зев трубочки прикрыт полусферической, конической или удлинённой крышечкой, прикрывающей тычинки в бутоне и сбрасывающейся при распускании цветков, эта крышечка образуется в результате срастания лепестков, большей частью утолщённая, реже тонкая, мясистая или деревянистая. Тычинки многочисленные, в двух или нескольких неправильных кругах, свободные или редко при самом основании спаянные в четыре пучка; нити обыкновенно белые, реже жёлтые, розовые или малиновые; пыльники с параллельными или у вершины сросшимися гнёздами, открывающимися продольными щелями или верхушечными порами; связник неясный или расширенный; желёзка шаровидная или яйцевидная, расположена с задней стороны или на верхушке пыльника; пыльцевые зёрна тетраэдрические, голые. Завязь нижняя, выпуклая или коническая, 2--7-гнёздная, с многочисленными семяпочками в каждом гнезде, размещённые в два - четыре ряда; столбик простой, шиловидный или слегка булавовидный; рыльце головчатое или срезанное.

Плод - коробочка, большей частью гладкая, реже бороздчатая, ребристая или бугорчатая, состоящая из более-менее разросшейся, усечённой, деревянистой, трубки цветоложа, открывающаяся на вершине расходящимися створками по числу гнёзд. Семена большей частью недоразвитые, полноценные по одному, реже по несколько в гнезде, яйцевидные или круглые, сплющенные или различно угловатые, иногда с крылышками, большей часть с чёрной, гладкой или ребристой оболочкой. недоразвитые значительно меньше, большей частью бледно-коричневые. Зародыш с двумя широкими, сердцевидными или лопастными семядолями, прикрывающими прямой корешок.

Секвойя (Sequoia L.)

Секвойя - вечнозелёное однодомное дерево.

Крона конической формы, ветви растут горизонтально или с лёгким наклоном вниз. Кора очень толстая, до 30 см толщиной, и сравнительно мягкая, волокнистая, красно-коричневого цвета сразу после её снятия (отсюда название "красное дерево"), со временем темнеет. Корневая система состоит из неглубоких, широко раскинувшихся боковых корней. Листья у молодых деревьев - вытянутые и плоские, длиной 15--25 мм, в верхней части кроны старых деревьев - чешуевидные, длиной от 5 до 10 мм.

Шишки яйцевидной формы, длиной 15--32 мм, с 15--25 спирально закрученными чешуйками; опыление происходит в конце зимы, созревание - спустя 8--9 месяцев. В каждой шишке находится 3--7 семян, каждое из которых имеет 3--4 мм в длину и 0,5 мм в ширину. Семена высыпаются, когда шишка высыхает и открывается.

Геном секвойи (составляющий 31500 мегабаз) - один из самых больших среди хвойных, и это единственный известный на настоящий момент гексаплоид среди голосеменных.

Список литературы

1. Ботаника с основами экологии: Учеб. Пособие для студентов пед. ин-тов /Л.В. Кудряшов и др. - М.: Просвещение,1979

2. Горышина Т.К. Экология растений. - М.: Высшая школа,1979

3. Гусев Н.А. Некоторые закономерности водного режима растений. - М.: Изд-во АН СССР, 1959.

4. Двораковский М.С. Экология растений. - М.: Просвещение 1964

5. Крафтс А. Вода и ее значение в жизни растений. - М.: Иност. лит., 1951

6. Культиасов И.М. Экология растений. - М.: Изд-во московского ун-та, 1982

7. Мак-Дуголл В.Б. Экология растений. - М.: Учпедгиз, 1935.

8. Пономарева И.Н. Экология растений с основами биогеоценологии. - М.: Просвещение, 1978

9. Шенников А.П. Экология растений. - М.: Сов. наука, 1950

10. Трифонова В.И. Семейство таксодиевые (Taxodiaceae) // Жизнь растений. В 6-ти т. / Гл. ред. Ал. А. Фёдоров. - М.: Просвещение, 1978. - Т. 4. Мхи. Плауны. Хвощи. Папоротники. Голосеменные растения. Под ред. И.В. Грушвицкого и С.Г. Жилина. - С. 374--383. - 447 с. - 300 000 экз.

11. Трифонова В.И. Семейство таксодиевые (Taxodiaceae) // Жизнь растений. В 6-ти т. / Гл. ред. Ал. А. Фёдоров. - М.: Просвещение, 1978. - Т. 4. Мхи. Плауны. Хвощи. Папоротники. Голосеменные растения. Под ред. И.В. Грушвицкого и С.Г. Жилина. - С. 374--383. - 447 с. - 300 000 экз.

Размещено на Allbest.ru