Сезонные световые ритмы у растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГБОУ ВПО «УГАВМ»

Кафедра биологии и экологии

РЕФЕРАТ

По учебной дисциплине «Общая экология»

На тему

«Сезонные световые ритмы у растений»

Студентка 2 курса 205 группы

Ф-та биотехнологии

Пилюгина Ирина

Преподаватель дисциплины

Мазура Н.С

Троицк,2014

Оглавление

Введение

Адаптивные биологические ритмы организмов

Сезонные ритмы

Суточные ритмы

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Растения на протяжении всей жизни подвергаются влиянию различных факторов окружающей среды (например, дождь, ветер, сила притяжения, суточные и сезонные колебания температур, продолжительность периода освещенности, чередование дня и ночи). Растение определенным образом отвечает на такие влияния, так как ему присуще общее свойство всех живых организмов - раздражимость. Иногда это проявляется в виде двигательных реакций.

Движения растений, в отличие от движений животных, не связаны со значительными перемещениями в пространстве. Растениям присущи движения только отдельных частей, то есть корня, стебля, листьев, цветков. Проведите простой опыт: поместите проросток растения горизонтально или же верхушкой вниз. Через некоторое время его корень вытянется вниз, а побег начнет расти вверх. Это связано с тем, что побег воспринимает силу притяжения Земли и растет в противоположном от нее направлении. А корень, наоборот, растет в направлении действия этого фактора. Именно это и определяет его рост в глубь почвы.

Ростовые движения осуществляются в виде изгибания или искривления определенной части растения в направлении к раздражителю или от него. Растения могут отвечать ростовыми движениями на воздействие различных раздражителей: света, силы тяжести, давления, действия химических соединений, ветра и др. Например, листовые пластинки комнатных растений поворачиваются в сторону освещенного окна. Обратите внимание, как реагируют на прикосновение усики гороха, винограда. Они быстро обвивают любой предмет как опору. Вспомните, как активно поворачиваются к свету листья герани, настурции или соцветия подсолнечника. Корзинки подсолнечника в первой половине дня поворачиваются к солнцу: утром они расположены вертикально и обращены к востоку, в полдень все они занимают горизонтальное положение в направлении юга.

Существуют движения растений, обусловленные изменением давления внутри определенных групп клеток, в результате чего изменяются их размеры. Такие движения могут быть подчинены четкому ритму на протяжении суток. Например, у фасоли ночью листья опускаются вниз, приближаясь к стеблю, а днем листовые пластинки располагаются перпендикулярно к нему.

Адаптивные биологические ритмы организмов

Одно из наиболее общих явлений, происходящих в природе-это сезонная периодичность. Четче она выражена в умеренных и северных широтах, где обусловливает определенную ритмичность жизни организмов, у жителей тропиков сезонные изменения проявляются не столь отчетливо. Как вам известно, вращение Земли вокруг Солнца и своей оси, а также Луны вокруг Земли приводит к изменению светового режима, температуры, влажности воздуха, морские приливы и отливы. Периодические (сезонные, суточные) изменения интенсивности экологических факторов обуславливают формирование у живых организмов адаптивных биологических ритмов: суточных, приливно-отливные, сезонных, годовых. С биологическими адаптивными ритмами связано явление «биологических часов» - способности организмов реагировать на ход времени. Его механизмы еще окончательно не выяснены, но, несомненно, оно имеет важное биологическое значение, поскольку позволяет согласовывать физиологические ритмы организмов с изменениями окружающей среды.

Суточные ритмы. Вследствие вращения Земли вокруг своей оси, дважды в сутки меняется освещенность, что приводит к колебанию температуры, влажности и других абиотических факторов, влияя на активность организмов. В частности, солнечный свет определяет периодичность процессов фотосинтеза, испарения воды растениями, время раскрытия и закрытия цветков подобное.

Животных в зависимости от типа суточной активности разделяют на ночных и дневных. Смена дня и ночи влияет на течение их функций: двигательную активность, интенсивность процессов обмена веществ. С изменением условий существования может варьироваться и суточная активность. Например, животные, которые в основном активны днем, в условиях пустыни за повышенной температуры и пониженную влажность, наибольшую активность проявляют ночью. У человека обнаружено более 100 жизненных функций, активность которых зависит от времени суток.

Приточно-отливные ритмы обусловлены движением Луны вокруг Земли. Особенно четко они определены в обитателей приливно-отливной зоны (литорали).

В течение лунных суток (24 часа 50 минут) наблюдают по два приливы и отливы, что заставляет организмы приспосабливаться к такой периодической смены условий. Во время отливов обитатели литорали закрывают свои раковины, домики, прячутся в грунт, меняют свою окраску подобное. У рыбы атерины-грунион, которая живет у побережья южной Калифорнии, с этими ритмами связано размножения. Во время высоких приливов самка подплывает к берегу и закапывает икру в песок, а после нереста возвращается в море. Личинки выходят из икринок при следующем высокого прилива. Нерест атерины-грунион зависит от определенной фазы Луны: он происходит через день-два после нового или полной Луны. С фазами Луны связано размножения и многощетинковых червей, например, тихоокеанского палоло.

У жителя Атлантического побережья - манящего краба, в связи с. приток-но-отливными ритмами изменяется окраска. Например, у особей, содержавшихся в аквариуме, окраска менялось так же синхронно с теми, которые оставались в естественных условиях. Но, когда аквариумы с крабами перевозили в другой часовой пояс, то периодичность изменения окраски крабов постепенно менялась в соответствии с местными ритмов приливов и отливов.

Сезонные ритмы связаны с вращением Земли вокруг Солнца, что приводит летние циклы изменений климатических условий. С определенными сезонами у организмов связаны размножение, развитие, жизненные циклы, состояние зимнего покоя, у животных - также линьки, миграции, спячка и др., а в листопадных растений - ежегодная смена листьев.

Сезонные ритмы влияют не только на жизненные процессы организмов, но и на их строении. Например, в рачков-дафний и насекомых-поп-ликов течение года в различных поколений закономерно изменяются размеры тела и особенности строения определенных его частей.

Во многих организмов наблюдаются менее четко выраженные многолетние циклы, связанные с непериодические изменения солнечной активности на протяжении нескольких лет: например, массовые размножения перелетной саранчи и некоторых других животных.

Фотопериодизм. Одним из ведущих факторов, влияющих на биологические ритмы организмов, является фотопериод - продолжительность длины светового дня. Реакция организмов на изменения длины светового периода суток получила название фотопериодизма.

Продолжительность светового периода суток является наиболее стабильным из экологических факторов, потому что она всегда постоянна в определенном месте в данный день года, тогда как другие факторы (температура, влажность, давление и т.д.) могут варьировать в значительных пределах ежесуточно.

Способность организмов реагировать на изменение длины светового дня дает им возможность заранее адаптироваться к ежегодным сезонным изменениям условий существования. Явление фотопериодизма свойственное всем группам организмов, но наиболее четко выражено у видов, живущих в условиях резких сезонных изменений окружающей среды.

Фотопериодизм тесно связан с явлением «биологических часов», образуя совершенный механизм регулирования во времени жизненных функций организма.

У растений на изменение продолжительности светового периода реагируют прежде листья. Вследствие этих изменений в их клетках образуются биологически активные соединения (фитогормоны), которые влияют на различные процессы жизнедеятельности (цветение, ноябрь, прорастание семян, клубней, луковиц и др.)..

В зависимости от реакции на длину светового дня различают растения длинного и короткого дня У растений длинного дня (белена, злаки, листопадные деревья и т.п.) увеличение продолжительности светового периода стимулирует процессы роста и размножения, а его сокращение - тормозит, обусловливая переход в состояние зимнего покоя. Растения короткого дня (табак, рис, соя и др.). Цветут, когда продолжительность светового дня начинает сокращаться.

У многоклеточных животных фотопериодической реакции регулируются нервной и эндокринной системами. Например, в период самых длинных дней нервные клетки некоторых насекомых производят нейрогормоны, под влиянием которых откладываются яйца, которые могут длительное время находиться в состоянии покоя. Личинки из этих яиц появляются только весной следующего года, когда достаточно пищи и благоприятные климатические условия. Благодаря этому регулируется рост численности популяций, предотвращает истощение кормовых ресурсов.

Длительность светового дня влияет не только на процессы жизнедеятельности отдельных особей или видов, но и на функционирование экосистем в целом, вызывая закономерные сезонные замены одних видов другими (например, тюльпаны в степях и пустынях цветут и дают семена весной, потом их надземные части отмирают, а луковицы остаются в почве в неактивном состоянии до следующей весны). Перелетные птицы летом входят в состав биоценозов умеренных климатических зон, зимой-тропических и субтропических. У большинства растений и холоднокровных животных зимой значительно тормозятся процессы жизнедеятельности подобное.

Фотопериодизм - это совокупность наследственных реакций организмов, однако они проявляются, как правило, лишь при определенном сочетание длины светового дня с другими экологическими факторами. Так, выход насекомых из зимующей куколки зависит не только от длины светового дня, а также и от определенной температуры окружающей среды.

Исследование фотопериодических реакций организмов имеет важное практическое значение. Изменяя длину светового периода в условиях искусственного содержания домашних животных и культурных растений, возможно регулировать процессы их роста и развития, повышать производительность, стимулировать размножение подобное.

Пути приспособлений организмов к условиям существования. Несмотря на то, что различные организмы приспосабливаются к одним и тем же условиям существования разными путями, в их адаптации можно выделить определенные закономерности.

Организмы могут приспосабливаться к среде обитания активно, т.е. регулируя процессы жизнедеятельности в зависимости от изменений условий окружающей среды. Это позволяет повысить устойчивость к неблагоприятным изменениям условий существования (например, температура тела птиц и млекопитающих остается постоянной даже при сильных морозов, а пустынные членистоногие поддерживают относительно постоянный содержание воды в теле в условиях значительного засухи и т.д.).

Другой путь формирования адаптаций к условиям обитания - пассивный, когда процессы жизнедеятельности организмов подчиняются их изменениям. Так, при снижении температуры воздуха у холоднокровных животных резко снижается уровень процессов обмена веществ, они могут переходить в состояние криптобиозу. В некоторых случаях это наблюдают и у теплокровных животных (например, зимняя спячка ежей или бурых медведей). Листопадные растения зимой прекращают фотосинтез, рост и развитие подобное.

Еще одним типом приспособлений является избежание неблагоприятных изменений условий существования (миграции и кочевки некоторых насекомых, рыб, птиц, млекопитающих и др.). При этом наиболее уязвимые фазы развития завершаются в благоприятные периоды, а на неблагоприятные периоды приходятся фазы покоя (например, фаза куколки у насекомых). выводы

Сезонная смена условий существования предопределяет формирование у организмов адаптивных биологических ритмов: суточных, приливно-отливные, сезонных. Осуществление адаптивных биологических ритмов связано с явлением «биологических часов» - способностью организмов реагировать на ход времени.

Одним из главных факторов, влияющих на процессы жизнедеятельности организмов, является продолжительность светового дня. Реакция организмов на ее изменения получила название фотопериодизм. Это общее приспособление организмов, благодаря которому они могут заранее регулировать процессы своей жизнедеятельности в соответствии с сезонным изменениям климатических условий.

Организмы могут приспосабливаться к периодическим изменениям условий существования активно, пассивно или избегать неблагоприятных периодов.

Сезонные ритмы

Их существование подтверждено многочисленными исследованиями экспериментального и клинического характера. Отметим некоторые основные особенности.

В основе сезонных биоритмов признается изменение по сезонам года климатических и других природных факторов (фотопериодизм, температура воздуха, влажность, ЭМП Земли). Указанные факторы способствуют развитию адаптивных ритмов, что особенно характерно для флоры и фауны. Каковы побудительные причины возникновения этих ритмов?

Во-первых, сезонные ритмы необходимы для синхронизации биологических явлений с годовым циклом внешних условий, что особенно важно в умеренных и северных широтах с резкой годовой изменчивостью климата.

Во-вторых, сезонные ритмы необходимы для взаимной синхронизации биологических процессов, свойственных разным особям одной популяции, что облегчает половое размножение животных и растений, стайное поведение, эмиграцию животных.

В-третьих, сезонные ритмы создают разобщенность во времени несовместимых физиологических процессах и, наоборот, согласуют совместимые процессы, протекающие внутри одного организма. Например, у позвоночных животных несовместимы по времени размножение и линька, наращивание биомассы и зимовка.

Наиболее универсальной основой сезонной цикличности во всех группах живых организмов является последовательная смена биологических состояний, адаптированных к разным сезонам года.

1. Адаптивные изменения функционального состояния организма, направленные на компенсацию годичных колебаний основных параметров окружающей среды и прежде всего температуры, а также качественного и количественного состава пищи.

2. Реакция на сигнальные факторы среды - продолжительность светового дня, напряженность геомагнитного поля, некоторые химические компоненты пищи.

3. Эндогенные механизмы сезонных биоритмов. Их действие является адаптивным, обеспечивая полноценное приспособление организма к циклическим изменениям параметров окружающей среды.

Ю. Ашофф справедливо считает, что: «В настоящее время сезонные ритмы в физиологии человека хорошо документированы, и еще большее их число будет описано в будущем. Есть также данные о том, что и психические функции, в том числе эмоциональные состояния, подвержены от времени года. Поэтому сезонная временная упорядоченность вполне может оказаться столь же фундаментальным явлением, как и циркадианная».

Сезонные изменения в природе характеризуются ритмичностью и влияют на жизнь растений, которое также становится ритмичным. Биологические ритмы - это периодические изменения биологических процессов и явлений, которые являются ответом на регулярные изменения воздействия факторов среды. Как вам известно, вращение Земли вокруг Солнца, вращение Земли вокруг своей оси и вращения Луны вокруг Земли обусловливают регулярные изменения на нашей планете светового режима, температуры, влажности и т.п.. Важнейшее значение для организмов имеют свет и температура. Многие процессы роста (например скорость роста) и развития (например цветения, ноябрь) зависят от света и регулируются им. Однако главным является не количество света, а продолжительность светового и темпового периодов (фотопериод). Периодические изменения воздействия факторов среды определяют наличие таких биологических ритмов, как сезонные, суточные и т.д..

Сезонные ритмы - это изменения внешнего вида, процессов роста и развития организмов в течение года в соответствии с дежурства его сезонов. Причиной их является вращение Земли вокруг Солнца, вследствие чего меняются времена года, характеризующиеся изменением климатических условий. Соответственно и у растений проявляются другие признаки приспособленности к изменившимся условиям. Сезонные явления изучает наука фенология.

Суточные ритмы - это изменения состояния организмов на протяжении суток. Общеизвестно, что некоторые растения раскрывают цветки утром и закрывают их вечером. Но не всем известно, что и такие процессы, как фотосинтез, испарение воды растениями, деление клеток и т.д., имеют правильную суточную периодичность, которая хранится при определенных сезонных условий среды. Именно эти внутренние периодические изменения и определяют внешние проявления суточных ритмов, которые согласовывают процессы жизнедеятельности растения с изменениями температуры, влажности воздуха и т.д. в течение суток.

Какое значение для растений имеет продолжительность длины светового дня?

Реакцию растений на соотношение продолжительности дня и ночи называют фотопериодизмом. Продолжительность длины светового дня является самым постоянным из факторов среды, потому что она всегда неизменна в определенном месте в данный день года, тогда как другие факторы (например температура) могут изменяться в значительных пределах ежесуточно. Способность организмов отвечать на изменение длины светового дня является приспособлением к ежегодным сезонным изменениям. Фотопериодизм тесно связан с явлением «биологических часов».

Реакция растений на ритмы освещения выражается изменением процессов их роста и развития. По типу фотопериодических реакций различают следующие группы растений: 1) растения короткого дня, которым для перехода к цветению нужна продолжительность светового дня до 12 часов (например соя, табак, рис, астры, хризантемы, просо), 2) растения длинного дня - растения, которые зацветают при продолжительности светового дня не менее 12-14 ч (например пшеница, картофель, сахарная свекла, рожь, укроп), 3) растения фотопериодически нейтральные, цветение которых происходит при любой длины светового дня (например одуванчик, помидор, подсолнечник, гречка). Итак, свет является основным регулятором роста и развития растительного организма.

Для чего изучают сезонные явления?

Фенология - наука о сезонных явлениях в природе. Она регистрирует и изучает периодические явления в живой и неживой природе, связанные с изменениями сезонов. Обычно различают четыре сезона: весну, лето, осень и зиму. В зависимости от сезона в деревьев, кустов и трав изменяются внешний вид, процессы роста и развития.

Весну разделяют на три периода: ранняя весна - появление проталин, исчезновение снега на полях, цветение раннецветущей растений-первоцветов, начало сокодвижения, средняя весна (цветущая) - продолжается до зацветания черемухи; поздняя весна - отцветает сирень, начинает колоситься рожь, отцветают яблони.

Лето разделяют на три периода. Начало лета - на лугах появляются цветущие травы (васильки, колокольчики, ромашки и др.), в лесах зацветает малина, в водоемах - кувшины, в садах - садовый жасмин. В народном календаре июнь называют разноцветьем. Начинают созревать земляники, появляются летние грибы. Середина лета начинается с зацветания липы и длится обычно до середины августа. Созревают плоды вишни, черники, малины, смородины, крыжовника, черемухи и др.. На полях заканчивается уборка озимых. Конец лета длится с середины августа до середины сентября, до первых заморозков. Это пора грибов, который приходится на конец лета и начало осени. В лесу созревают орехи, начинают желтеть листья у липы и опадать листья у березы.

Осень разделяют на два периода. Первый период (от первых заморозков до конца ноября) - золотая осень, когда изменяется окраска листьев и начинается листопад. Для второго периода (с конца ноября до замерзания водоемов) характерен переход от осени к зиме. В это время полностью прекращается рост и развитие растений и в них наступает период покоя.

Зиму разделяют на три периода. Первый период (бесснежный) - начало зимы - наступает с момента окончательного замерзания водоемов к установлению постоянного снежного покрова. Второй период (настоящая зима) продолжается до начала таяния снега на солнце. Третий период (предвесенний) продолжается до появления первых проталин. Зимой в растениях замедляются или даже практически полностью прекращаются все процессы жизнедеятельности. Следовательно, знание сезонных явлений имеет большое значение для сельского хозяйства, экологии, медицины. С помощью фенологических наблюдений формируется понимание взаимосвязей в природе, представление об изменчивости и целостности природы в целом.

Суточные ритмы

растения ритм сезонный суточный

Суточные и сезонные ритмы растений. Если посмотреть на некоторые растения перед заходом солнца или ночью, то может возникнуть впечатление, что они завяли. Кислица и фасоль после захода солнца опускают листья, а клевер, наоборот, их поднимает. У большинства растений цветки на ночь закрываются. Такое периодическое изменение положения определенных органов растения (цветков, соцветий, листьев, побегов), совпадающее со сменой дня и ночи, называется «сон растений». Это является примером суточных ритмов - изменений состояния организма на протяжении суток.

Суточный ритм движений лепестков цветков - результат неравномерного роста верхней (внутренней) и нижней (наружной) сторон лепестков. Если быстрее растет верхняя сторона, лепестки отклоняются наружу и цветок раскрывается. Наоборот, если быстро растет нижняя сторона, лепестки наклоняются внутрь и цветок закрывается.

Мы знаем, что многие виды растений с началом темного времени суток впадают в состояние «сна», закрывая цветки. В то же время известны растения (например, ночная красавица), цветки которых открываются ночью, а днем закрываются. Такие растения опыляют ночные насекомые (например, ночные бабочки).

Чаще движения у растений наблюдаются при смене погодных условий на протяжении суток, в первую очередь, влажности, освещенности, температуры. В солнечный день полейте и закройте ящиком или ведром цветущий одуванчик. Через некоторое время вы увидите, что соцветие закрылось. Оставьте растение открытым и соцветие снова откроется. Внесите тюльпаны с холода в теплое помещение, и их цветки быстро раскроются. Это реакция на изменение температуры.

У растений наблюдаются и изменения, связанные с чередованием сезонов года. Как вы уже знаете, большинство деревянистых растений наших широт, готовясь к зиме, сбрасывает листву (явление листопада). Затем наступает состояние зимнего покоя, а весной растения переходят к активному росту и так далее. Таким образом, растения способны воспринимать ритм течения времени. Так осуществляются сезонные ритмы - изменения состояния организмов на протяжении года в соответствии с чередованием сезонов.

Очень чувствительна к механическим воздействиям мимоза стыдливая. Наименьшее прикосновение, например первых капель дождя, и ее листья сразу же складываются и повисают. В наших лесах растет другое растение - кислица, листья которой реагируют на раздражители так же, как и мимозы. Такие быстрые движения вызваны быстрым изменением содержания воды в клетках.

Знание основ регулирования состояния покоя клубней и луковиц позволяет предупреждать их прорастание во время хранения. На них воздействуют особыми соединениями, тормозящими деление клеток.

Почти два века тому назад в Европу из Америки случайно попало одноединственное водное растение - элодея. Через непродолжительное время она заполонила все водоемы, благодаря чему получила название «водной чумы». Секрет этого явления заключается в особенностях строения побегов элодеи. Достаточно легкого прикосновения для того, чтобы побег или его часть отделились от материнского организма. Эти части разносит течение воды и в пригодных для укоренения условиях из них развиваются новые растения.

На листьях бегонии, бриофиллюма, коланхоэ и некоторых других растений из дополнительных почек образуются зачатки новых растений, которые опадают и продолжают свой рост в почве.

Англичанин Джозеф Пристли в 1771 г. заинтересовался казалось бы простым вопросом: почему воздух в поле или лесу всегда значительно чище, чем в городе? Ему пришло в голову, что, возможно, растения очищают воздух от вредных веществ, которые выделяют люди при дыхании и печные трубы с дымом. С целью проверки своего предположения он поместил живую мышь под стеклянный колпак. Она быстро задохнулась под ним. Тогда он поместил под такой же колпак другую мышь, но уже вместе с веткой мяты. На протяжении многих дней мышь оставалась живой. Таким образом, впервые было выявлено, что растения выделяют газ, необходимый для дыхания животных и человека, то есть кислород.

Российский ученый Андрей Сергеевич Фаминцын в 1866 г. впервые показал, что растения можно выращивать не только под солнечными лучами, но и при искусственном освещении в специальных помещениях, регулируя при этом продолжительность светового периода и его интенсивность.

В 20-х годах XX века японские исследователи обратили внимание на такой факт: пораженные паразитическим грибом гиббереллой проростки риса вначале бурно растут, но со временем быстро погибают. Из гриба было выделено биологически активное соединение - фитогормон гиббереллин, со временем найденный и в некоторых видах растений. Выяснилось, что он ускоряет прорастание семян, способствует укоренению некоторых видов (например, плюща) и увеличивает размеры плодов отдельных культурных растений (например, винограда).

Заключение

Большинство ученых считают, что ритмы растений (например закрытия и раскрытия цветков шиповника) регулируются клеточным механизмом, который называется «биологические часы». «Биологические часы» - это способность организма реагировать на течение времени. В основе этой способности растений ориентироваться во времени есть четкая периодичность физических и химических процессов, происходящих в клетках. И что особенно интересно, эта периодичность процессов не зависит от температуры окружающей среды. Итак, благодаря «биологическим часам» растения могут соответственно реагировать па смены времен года в результате точного измерения длительности светового дня и приспосабливаться к соответствующим условиям окружающей среды.

Список используемой литературы

http://estnauki.ru/ekologiya/7-ekologiya/732-adaptivnue-biologicheskie-ritmu-organizmov.html

http://www.bioxplorer.ru/bilers-1732-1.html

http://www.template-cms.ru/biologia/razdrazhimost_i_dvizhenija_rastenij.html

http://estnauki.ru/biology/2-biology/13555-sezonnye-javlenija-v-zhizni-rastenij.html

Размещено на Allbest.ru