Урока «Экологические группы растений: растения засушливых мест обитания». Растения засушливых мест обитания
Приспособление растений к засухе
Неблагоприятное действие засухи состоит в том, что растения испытывают недостаток воды или комплексное влияние обезвоживания и перегрева. У растений засушливых местообитаний — ксерофитов — выработались приспособления, позволяющие переносить периоды засухи.
Растения используют три основных способа защиты:
1) предотвращение излишней потери воды клетками (избегание высыхания),
2) перенесение высыхания,
3) избегание периода засухи.
Наиболее общими являются приспособления для сохранения воды в клетках.
Группа ксерофитов очень разнородна. По способности переносить условия засухи различают следующие их типы (по П. А. Генкелю):
1. Суккуленты (по Н. А. Максимову — ложные ксерофиты) — растения, запасающие влагу (кактусы, алоэ, очиток, молодило, молочай). Вода концентрируется в листьях или стеблях, покрытых толстой кутикулой, волосками. Транспирация, фотосинтез и рост осуществляются медленно. Они плохо переносят обезвоживание. Корневая система распространяется широко, но на небольшую глубину.
2. Несуккулентные виды по уровню транспирации делятся на несколько групп.
а) Настоящие ксерофиты (эвксерофиты — полынь, вероника беловойлочная и др.). Растения с небольшими листьями, часто опушенными, жароустойчивы, транспирация невысокая, способны выносить сильное обезвоживание, в клетках высокое осмотическое давление. Корневая система сильно разветвлена, но на небольшой глубине.
б) Полуксерофиты (гемиксерофиты — шалфей, резак и др.). Обладают интенсивной транспирацией, которая поддерживается деятельностью глубокой корневой системы, часто достигающей грунтовых вод. Плохо переносят обезвоживание и атмосферную засуху. Вязкость цитоплазмы у них невелика.
в) Стипаксерофиты — степные злаки (ковыль и др.). Приспособлены к перенесению перегрева, быстро используют влагу летних дождей, но переносят лишь кратковременный недостаток воды в почве.
3. Эфемеры - растения с коротким вегетационным периодом, совпадающим с периодом дождей (способ избегания засухи в засушливых местообитаниях).
Изучая физиологическую природу засухоустойчивости ксерофитов, Н. А. Максимов (1953) показал, что эти растения не являются сухолюбивыми: обилие воды в почве способствует их интенсивному росту. Устойчивость к засухе заключается в их способности переносить потерю воды.
Растения-мезофиты также могут приспосабливаться к засухе. Изучение приспособлений листьев к затрудненным условиям водоснабжения показало, что анатомическая структура листьев различных ярусов на одном и том же растении зависит от уровня водоснабжения, освещенности и т. д. Чем выше по стеблю расположен лист, тем мельче его клетки, больше устьиц на единицу поверхности, а размер их меньше, гуще сеть проводящих пучков, сильнее развита палисадная паренхима и т. д. Такого рода закономерности изменений листового аппарата получили название, закона Заленского. Было выяснено, что более высоко расположенные листья часто попадают в условия худшего водоснабжения (особенно у высоких растений), но обладают более интенсивной транспирацией. Устьица у листьев верхних ярусов даже при водном дефиците дольше остаются открытыми. Это, с одной стороны, поддерживает процесс фотосинтеза, а с другой — способствует увеличению концентрации клеточного сока, что позволяет им оттягивать воду от ниже расположенных листьев. Поскольку сходные особенности строения свойственны ряду ксерофитов, такая структура листьев получила название ксероморфной. Следовательно, возникновение ксероморфной структуры листьев — одно из анатомических приспособлений к недостатку воды, так же как заглубление устьиц в ткани листа, опушенность, толстая кутикула, редукция листьев и др.
Биохимические механизмы защиты предотвращают обезвоживание клетки, обеспечивают детоксикацию продуктов распада, способствуют восстановлению нарушенных структур цитоплазмы. Высокую водоудерживающую способность цитоплазмы в условиях засухи поддерживает накопление низкомолекулярных гидрофильных белков, связывающих в виде гидратных оболочек значительные количества воды. Этому помогает также взаимодействие белков с пролином, концентрация которого значительно возрастает в условиях водного стресса, а также увеличение в цитоплазме содержания моносахаров.
Интересным приспособлением, уменьшающим потерю воды через устьица, обладают суккуленты. Благодаря особенностям процесса фотосинтеза (САМ-метаболизм) в дневные часы в условиях высокой температуры и сухости воздуха пустыни их устьица закрыты, поскольку СО2 фиксируется ночью.
Детоксикация избытка образующегося при протеолизе аммиака осуществляется с участием органических кислот, количество которых возрастает в тканях при водном дефиците и высокой температуре. Процессы восстановления после прекращения действия засухи идут успешно, если сохранены от повреждения при недостатке воды и перегреве генетические системы клеток. Защита ДНК от действия засухи состоит в частичном выведении молекулы из активного состояния с помощью ядерных белков и, возможно, как в случае теплового стресса, с участием специальных стрессовых белков. Поэтому изменения количества ДНК обнаруживаются лишь при сильной длительной засухе.
Засуха вызывает существенные перестройки в гормональной системе растений: уменьшается содержание гормонов-активаторов роста — ауксина, цитокинина, гиббереллинов, стимуляторов роста фенольной природы и возрастает уровень абсцизовой кислоты и этилена. Приспособительный характер такого перераспределения очевиден, так как для поддержания роста необходима вода. Поэтому в условиях засухи от быстроты остановки ростовых процессов часто зависит выживание растения. При этом на ранних этапах засухи, по-видимому, главную роль играет стремительное возрастание содержания ингибиторов роста, поскольку даже в условиях сбалансированного водоснабжения клеток срочные реакции закрывания устьиц у растений осуществляются за счет ускоренного (в течение нескольких минут при водном дефиците 0,2 МПа) увеличения содержания АБК. Пороговые величины водного потенциала, вызывающие увеличение АБК у растений-мезофитов, могут зависеть от степени засухоустойчивости растений: для кукурузы это 0,8 МПа, для сорго — 1 МПа. Содержание гормона в тканях в среднем увеличивается на порядок со скоростью 0,15 мкг/г сырой массы в час. Закрывание устьиц уменьшает потерю воды через транспирацию. Кроме того, АБК способствует запасанию гидратной воды в клетке, поскольку активирует синтез пролина, увеличивающего оводненность белков клетки в условиях засухи. АБК тормозит также синтез РНК и белков, накапливаясь в корнях, задерживает синтез цитокинина. Таким образом, увеличение содержания АБК при водном дефиците уменьшает потерю воды через устьица, способствует запасанию гидратной воды белками и переводит обмен веществ клеток в режим "покоя".
В условиях водного стресса отмечается значительное выделение этилена. Так, в листьях пшеницы при уменьшении содержания воды на 9% образование этилена возрастает в 30 раз в течение 4 ч. Выяснено, что водный стресс увеличивает активность синтетазы 1-аминоциклопропанкарбоновой кислоты, катализирующей ключевую реакцию биосинтеза этилена. При улучшении водного режима выделение этилена возвращается к норме. У многих растений при действии засухи (воздушной и почвенной) обнаружено также накопление ингибиторов роста фенольной природы (хлорогеновой кислоты, флавоноидов, фенолкарбоновых кислот).
Отмеченные выше изменения содержания фитогормонов-ингибиторов наблюдаются у растений-мезофитов при засухе. У пойкилоксерофитов, переходящих при наступлении засухи в состояние анабиоза, прекращение роста не связано с накоплением ингибиторов роста.
Снижение содержания гормонов-активаторов роста, в частности ИУК, происходит, по-видимому, вслед за остановкой роста. Например, в листьях подсолнечника, в верхушках стеблей и колосках пшеницы и других растений рост начинает подавляться уже при влажности почвы, составляющей 60% от полевой влагоемкости, а количество ауксинов заметно снижается в условиях почвенной засухи при влажности почвы около 30% от полевой влагоемкости. Уменьшение ауксина в тканях при засухе может быть связано с низким содержанием его предшественника — триптофана, а также с подавлением транспорта ауксинов по растению. Обработка растений в условиях засухи растворами ауксина, цитокинина, гиббереллина усугубляет отрицательное действие засухи. Однако опрыскивание растений цитокинином в период восстановления после засухи значительно улучшает состояние растений. Кроме того, цитокинин увеличивает жаростойкость растений (в частности улучшает всхожесть семян). Как предполагает О. Н. Кулаева, это защитное действие цитокининов может быть связано с их влиянием на структурное и функциональное состояние макромолекулярных компонентов клетки, в частности на мембранные системы.
Засухоустойчивость сельскохозяйственных растений повышается в результате предпосевного закаливания. Адаптация к обезвоживанию происходит в семенах, которые перед посевом после однократного намачивания вновь высушиваются. Для растений, выращенных из таких семян, характерны морфологические признаки ксероморфности, коррелирующие с их большей засухоустойчивостью.
biofile.ru
Урока «Экологические группы растений: растения засушливых мест обитания»
Применение исследовательских технологий на уроках.
(Авторская разработка) Фрагмент урока « Экологические группы растений: растения засушливых мест обитания».
Задания для самостоятельной работы, использован поисковый метод при получении новых знаний. Задание индивидуальное (для мотивированных учащихся). Учащиеся выступают с сообщением нового материала на основе своих исследований перед классом. Оборудование. Комнатные растения кабинета биологии: алоэ древовидное, кактусы, молочай (растение ядовитое, поэтому оно может только демонстрироваться учителем)
ПУСТЫНИ Ю. АФРИКИ / КАПСКАЯ ЗЕМЛЯ/
Условия, типичные для пустынь Средней Азии.
Растения ксерофиты (от греческого « сухой-ксерос» и растение- фит) Растения сухих мест обитания, способных благодаря приспособлениям переносить перегрев и обезвоживание
СУККУЛЕНТЫ - ТИП КСЕРОФИТОВ-(от лат. сочный) МНОГОЛЕТНИЕ РАСТЕНИЯ С СОЧНЫМИ МЯСИСТЫМИ ЛИСТЬЯМИ ИЛИ СТЕБЛЯМИ Суккуленты могут быть листовые и стеблевые (БИОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ)
ВЫПОЛНИ ЗАДАНИЯ, ПРОВЕДЯ ИССЛЕДОВАНИЕ
1 .Из коллекции комнатных растений кабинета биологии подбери растения этой группы. (Используй этикетки-паспорта для установления названия этих растений), Выяви характерные особенности растений, используй при исследовании свои знания об этих растениях.
а. У листовых суккулентов исследуйте орган - лист. -КАКОВА ТОЛЩИНА ЛИСТА? КАКАЯ ТКАНЬ РАЗВИТА В ЛИСТЕ? КАКОЕ ВЕЩЕСТВО ОНА ЗАПАСАЕТ?
(разновидность ткани - водоносная.)
-ЧЕМ ПОКРЫТА КОЖИЦА ЛИСТА? КАКАЯ ОНА НА ОЩУПЬ
б. КАПНИТЕ НА ЛИСТ КАПЛЮ ВОДЫ. -ЧТО С ВОДОЙ ПРОИСХОДИТ? ПОЧЕМУ ОНА СКАТЫВАЕТСЯ С ПОВЕРХНОСТИ ЛИСТА? -В ЧЕМ ЗНАЧЕНИЕ ВОСКОВОГО НАЛЕТА НА ЛИСТЕ?
в. ОСТОРОЖНО ПРОТКНИТЕ КОНЧИК СОЧНОГО ЛИСТА ИГЛОЙ, ВЫДАВИТЕ КАПЛЮ СОКА НА ПРЕДМЕТНОЕ СТЕКЛО. ПОЧЕМУ ОН ВЯЗКИЙ?
г. НА ПРЕДМЕТНОЕ СТЕКЛО КАПНИТЕ КАПЛЮ ВОДЫ И ТАКУЮ ЖЕ КАПЛЮ СОКА АЛОЭ. ЗАСЕКИТЕ ВРЕМЯ ИСПАРЕНИЯ ЖИДКОСТИ. В каком случае жидкость испарилась быстрее?
д. У стеблевых суккулентов исследуйте стебель, лист ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ НА ФОРМУ СТЕБЛЕЙ.
К СВЕДЕНИЮ: ПОВЕРХНОСТЬ ШАРА, ОКРУГЛОГО СТОЛБИКА НАИМЕНЬШАЯ В СРАВНЕНИИ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ДРУГИХ ФОРМ.
е. УСТАНОВИ ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ ОБЩЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ РАСТЕНИЯ И КОЛИЧЕСТВОМ ИСПАРЯЕМОЙ ВОДЫ.
ё. КАКОВА ОКРАСКА СТЕБЛЯ? ОБЪЯСНИ ПРИЧИНУ В СВЯЗИ С ФУНКЦИЕЙ. -ЧЕМ ОБЪЯСНЯЕТСЯ ЭТО ВИДОИЗМЕНЕНИЕ СТЕБЛЯ?
ж. РАССМОТРИТЕ ЛИСТЬЯ. ВО ЧТО ОНИ ВИДОИЗМЕНИЛИСЬ У БОЛЬШИНСТВА СТЕБЛЕВЫХ СУККУЛЕНТОВ, В ЧЕМ ПРИЧИНА ЭТИХ ВИДОИЗМЕНЕНИЙ?
Отчётное задание.
Найдите и покажите на карте место произрастания Алоэ древовидного.
ОБЪЯСНИТЕ ТЕРМИНЫ «СУККУЛЕНТ», «КСЕРОФИТ»,
ЗАПИШИТЕ НА ДОСКЕ В ТАБЛИЦУ «ПРИСПОСОБЛЕНИЯ РАСТЕНИЙ К
НЕДОСТАТКУ ВОДЫ»
РАССКАЖИТЕ ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ЭТОЙ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ.
«ПРИСПОСОБЛЕНИЯ РАСТЕНИЙ К НЕДОСТАТКУ ВОДЫ»
stom.tilimen.org
Каковы особенности строения листьев растений засушливых и влажных мест обитания?
Каковы особенности строения листьев растений засушливых и влажных мест обитания?
Ответы:
По внешнему виду можно узнать и растения засушливых мест. Листья этих растений невелики по размеру. Иногда их, как у кактусов, заменяют колючки. Листья многих растений сухих мест имеют приспособления, уменьшающие испарение влаги. Это может быть густое опушение, вос ковой налет, небольшое количество устьиц, сильное рассечение листовых пластинок и другие признаки. На юге нашей степной полосы растет ясенец — травянистое растение с крупными перистыми листьями. Если в жаркий безветренный день поднести к этому растению зажженную спичку, то вокруг него появится вспышка яркого пламени. Оказывается, листья ясенца выделяют эфирное масло. Пары эфирного масла окружают растение такой густой прозрачной пеленой, что движение воздуха вокруг него прекращается и тем самым затрудняется испарение. Вспышку дают загорающиеся пары эфирного масла. Растения увлажненных местностей по своему строению и внешнему виду резко отличаются от растений засушливых мест. Обилие влаги способствует разрастанию листьев. Крупные листья с широкой и длинной листовой пластинкой — верный признак растений влажных мест. Это и понятно: чем крупнее листья, тем больше влаги испаряется с их поверхности. Недостаток влаги в почве, как и чрезмерная увлажненность ее, влияют на растения^ постепенно изменяя их внешний вид и строение. Листья растений часто видоизменяются и потому, что начинают выполнять какую-либо новую роль. Так, например, у барбариса происходит превращение листьев в колючки, защищающие растения от поедания их животными. Листья некоторых растений становятся мясистыми и сочными, как, например, у столетника. В его мясистых листьях запасается влага. Иногда листья видоизменяются в усики, как у гороха. Усики служат для укрепления слабого стебля растения. Интересно наблюдать видоизменения листьев у насекомоядных растений. На торфяных болотах растет небольшое растение — росянка. Листовые пластинки росянки покрыты волосками, выделяющими клейкую жидкость. Блестящие, как роса, и клейкие капельки привлекают насекомых. Опускаясь на лист, насекомое увязает в клейкой жидкости. Пластинка и волоски листа загибаются и прижимают жертву. Когда пластинка и волоски листа вновь разогнутся, от насекомого останутся лишь крылышки да лапки. Все остальное переварится и всосется в лист насекомоядного растения.
cwetochki.ru
