Биоэкология ЙошкарОла, 2005 3 ббк 28. 708
 Скачать 7.87 Mb.
|
|
2.2.1. Влияние освещенности на морфометрические показатели растений Свет оказывает на растения значительное формообразующее действие, определяя следующие особенности строения форму роста, размеры вегетативных органов, внутреннюю структуру тканей листа, величину хлоропластов и их расположение в клетках и другие. Соответственно разнообразны и приспособления растений к жизни притом или ином световом режиме. ЗАДАЧА Изучить влияние освещенности на морфометрические показатели растений. Ход работы. Для выполнения работы находят ценопопуляции (ЦП) растений одного вида (крапива двудомная, подорожник большой, чистотел большой и др, произрастающие в условиях разной освещенности. 2. Используя люксметр (рис. 13), проводят замеры освещенности в контрастных местообитаниях. 3. У каждой особи измеряют морфометрические показатели и записывают в табл. 16. Таблица 16 Морфометрические показатели растений в природных ценопопуляциях Вариант № растения Высота растений, см Длина листовой пластинки, см Ширина листовой пластинки, см Количество плодов, шт. листьев, шт. «Световая» ЦП Теневая ЦП 4. Используя данные таблицы 16 рассчитываютсреднее арифметическое значение ( x ), ошибку среднего арифметического (m), среднее квадратичное отклонение (х, коэффициент вариации (V, %) морфомет- рических показателей растений. n x x ; 1 2 n x x S i x ; n s m x ; %. 100 x s V x 5. Результаты вносят в табл. 17. Таблица 17 Влияние освещенности на морфометрические показатели растений Вариант Статистические показатели Высота растений, см Длина листовой пластинки, см Ширина листовой пластинки, см Количество плодов, шт. Количество листьев, шт. x m х Рис. 13. Люксметр 6. Статистически значимые различия между выборками оценивают по критерию Стъюдента (t) (Лакин, 1990). Если полученное фактическое значение ф) будет выше стандартного теоретического (t st ), в этом случае выборки достоверно различаются. Значения t st приведены в табл. 18. Для неравночисленных выборок, те. при n 1 ≠ n 2 расчет проводится по формуле 54 ; 2 2 2 1 2 ф – число степеней свободы (k = n 1 + n 2 – 2). Таблица 18 Критические точки критерия Стьюдента при различных уровнях значимости а, % Число степеней свободы а Число степеней свободы а 5 1 0,1 5 1 0,1 1 12,71 63,66 64,60 18 2,10 2,88 3,92 2 4,30 9,92 31,60 19 2,09 2,86 3,88 3 3,18 5,84 12,92 20 2,09 2,85 3,85 4 2,78 4,60 8,61 21 2,08 2,83 3,82 5 2,57 4,03 6,87 22 2,07 2,82 3,79 6 2,45 3,71 5,96 23 2,07 2,81 3,77 7 2,37 3,50 5,41 24 2,06 2,80 3,75 8 2,31 3,36 5,04 25 2,06 2,79 3,73 9 2,26 3,25 4,78 26 2,06 2,78 3,71 10 2,23 3,17 4,59 27 2,05 2,77 3,69 11 2,20 3,11 4,44 28 2,05 2,76 3,67 12 2,18 3,05 4,32 29 2,05 2,76 3,66 13 2,16 3,01 4,22 30 2,04 2,75 3,65 14 2,14 2,98 4,14 40 2,02 2,70 3,55 15 2,13 2,95 4,07 60 2,00 2,66 3,46 16 2,12 2,92 4,02 120 1,98 2,62 3,37 17 2,11 2,90 3,97 ∞ 1,96 2,58 3,29 Р 0,05 0,01 0,001 – 0,05 0,01 0,001 7. На основании полученных данных (среднего арифметического и коэффициента вариации) строят диаграммы и делают выводы о влиянии освещенности на изменение и изменчивость морфометрических показателей растений. Оборудование 1) линейки. Влияние искусственного городского освещения на анатомическое строение листьев древесных растений В городах с многоэтажной и тесной застройкой многие растения оказываются в условиях прямого затенения или испытывают значительное сокращение светового дня. Несомненно, меняется и качественный состав света. На световой режим растений в условиях города оказывает влияние такой своеобразный фактор, как вечернее и утреннее освещение уличными фонарями. Хотя его интенсивность может быть и недостаточной для влияния на процессы фотосинтеза, однако она сказывается на фотопериодических явлениях и анатомических особенностях ассимиляционного аппарата растений (Горышина, 1979). Наиболее наглядные различия внешнего облика растений враз- ных световых особенностях неодинаковая толщина листовой пластинки, в т.ч. верхнего и нижнего эпидермиса, палисадной и губчатой паренхимы количество устьиц на единицу площади. Внутреннее строение листа у растений гелиофитов отличается рядом черт световой структуры ассимиляционных тканей. Это, прежде всего, хорошо развитая палисадная ткань, часто состоящая из узких и длинных клеток (иногда из 2-3 рядов. У многих гелиофитов палисадная ткань хорошо развита не только на верхней, но и на нижней стороне листа («изопалисадный» лист. Формирование мощной палисадной ткани световых листьев связано стем, что в условиях сильного освещения палисадные клетки долго продолжают расти в длину, а в затенении рост в этом направлении рано прекращается. Клетки мезофилла у световых листьев мелкие, расположены компактно, без крупных меж- клетников; устьица мелки и многочисленные. У растений-сциофитов листья имеют черты теневой структуры. В одних случаях мезофилл совсем не дифференцирован на палисадную и губчатую паренхиму, в других – клетки верхнего слоя несколько отличаются от нижних по форме и расположению, ноне являются настоящими палисадными (узкими и длинными. Клетки теневых листьев обычно крупные, сложение мезофилла очень рыхлое, хорошо развита система межклетников. Устьица крупные, редко рассеянные в отличие от световых листьев они расположены только на нижней стороне листа. Для теневых листьев характерны извилистые очертания клеток верхнего и нижнего эпидермиса. ЗАДАЧА Выявить влияние искусственного городского освещения на анатомическое строение листьев древесных растений Ход работы. Для выполнения работы выбирают виды древесных растений липа сердцевидная, береза повислая, клен остролистный и т.д.), произрастающие в условиях комбинированного освещения (естественного и искусственного – фонари, светофоры, рекламные щиты и т.д.) и растения, произрастающие в условиях только естественного освещения (окраина города, ООПТ Сосновая роща и т.д.). 2. С трех близкорастущих деревьев берут по 5 листьев. Листья отбирают со средневозрастных деревьев с нижней части кроны, на уровне поднятой руки. 3. Делают тонкие поперечные срезы листьев, рассматривают в микроскоп мезофилл листьев и описывают особенности строения палисадной и губчатой паренхимы световых и теневых листьев. 4. Снимают верхний и нижний эпидермис листа, подсчитывают количество устьиц в поле зрения микроскопа. 5. Зарисовывают анатомические особенности строения световых и теневых листьев. 56 6. Данные оформляют в табл и делают выводы. Таблица 19 Признаки анатомического строения листьев в различных условиях освещения Название растения Признаки Особенности анатомического строения теневых листьев световых листьев Структура мезофилла Количество устьиц нижний эпидермис верхний эпидермис Оборудование и материалы 1) лезвия 2) препаровальная игла 3) микроскопы 4) предметные и покровные стекла 5) дистиллированная вода 6) листья исследуемых видов. Влияние интенсивности света на процесс фотосинтеза Основные физиологические адаптации растений к свету лежат в сфере фотосинтеза и фотосинтетического аппарата. Методы определения интенсивности фотосинтеза вытекают из общего уравнения фотосинтеза. Интенсивность фотосинтеза может быть определена по а) поглощению оксида углерода, б) выделению кислорода, в) накоплению сухого вещества. Сказкиным Ф.Д. с соавторами (1958) был предложен метод определения интенсивности фотосинтеза по количеству выделившихся пузырьков кислорода побегами водных растений. ЗАДАЧА Оценить интенсивность фотосинтеза по степени выделения кислорода при различных условиях освещения гидрофитов. Ход работы. Побег водного растения (элодея канадская, уруть колосистая и т.д.) длиной 3-4 см с неповрежденной почкой помещают в узкий цилиндр с водой срезанным концом вверх (рис. 14). Воду берут из водопровода и добавляют перед погружением побега немного NaHCO 3 (натрий углекислый кислый. 2. Побег привязывают тонкой ниткой к стеклянной палочке. Уровень воды в пробирке должен быть выше побега на 2-3 см. Перед началом опыта верхний срезанный конец еще раз подрезают под водой острым лезвием. 3. Подготовленный таким образом побег выставляют на свет при естественном освещении (вблизи оконного проема) и при искусственном освещении (на различном расстоянии от источника) (рис. 15). Расстояние между каждым положением побега при использовании электролампы мощностью 200 вт должно составлять 20 см. Рис. 14. Установка для счета пузырьков кислорода, выделяющегося при фотосинтезе Рис. 15. Схема опыта для исследования влияния интенсивности света на количество выделившихся пузырьков кислорода. Подсчет пузырьков кислорода начинают через 2-3 мин после выставления побега на свет. Определение количества выделившихся пузырьков кислорода проводят 3 раза. 5. Затем вычисляют среднее количество выделившегося кислорода за 1 мин. при различных условиях освещения. 6. Данные оформляют в табл. 20 и делают выводы. Таблица 20 Влияние интенсивности света на процесс фотосинтеза Название растения Количество выделившегося кислорода за 1 минуту естественное освещение искусственное освещение 20 см от источника искусственного света 40 см от источника искусственного света 60 см от источника искусственного света Оборудование и материалы 1) пробирка 2) стеклянная палочка 3) нитка 4) секундомер) электрическая лампа (200-300 Вт 6) лезвие 7) побег элодеи канадской. Реактивы 1) сода двууглекислая 2) водопроводная вода. Контрольные вопросы 1. Каким образом качественный и количественный состав света влияет на жизнедеятельность живых организмов 2. Какие биологические ритмы выделяют у живых организмов 3. Что называется фотопериодизмом 4. Какие экологические группы растений выделяют по отношению к свету 5. По каким морфологическими анатомическим признакам растения относят к гелиофитам и сциофитам 58 2.3. ТЕМПЕРАТУРА КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР Тепловой режим – важнейшее условие существования живых организмов. Температура изменяет скорость протекания физико-химических процессов в клетках, влияет на анатомо-морфологические особенности организмов, ход физиологических процессов, их рост и развитие, поведение и определяет географическое распространение растений и животных. Организмы могут использовать два источника тепловой энергии внешний (тепловая энергия Солнца или внутреннее тепло Земли) и внутренний (тепло, выделяемое при обмене веществ. Основным источником тепла является солнечная радиация. Сила и характер воздействия солнечного излучения зависят от географического положения и являются важными факторами, определяющими климат региона. Климат определяет наличие и обилие видов растений и животных. Пределы, в которых может существовать жизнь, составляют от -200 С до +115 СВ действительности, адаптация большинства организмов приурочена к более узкому диапазону температур (табл. 21). Чаще всего, это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков от 0 С до +50 С. Таблица 21 Приспособительные реакции растений к температуре Экологический фактор Экологическая группа Приспособительные реакции, вызванные экологическим фактором Представители экологической группы 1 2 3 4 Температура низкая Нехолодо- стойкие Сильно повреждаются или гибнут при температурах выше точки замерзания воды Растения дождевых тропических лесов, водоросли теплых морей Неморозо- стойкие Переносят низкие температуры, но гибнут, как только в тканях начинает образовываться лед Некоторые вечнозеленые субтропические виды Льдоустой- чивые или морозоустойчивые растения Сохраняют жизнеспособность при промерзании надземных органов Деревья и кустарники, произрастающие в областях с сезонным климатом, с холодными зимами Температура высокая Нежаро- стойкие Повреждаются уже при температуре +30…+40 С Эукариотические водоросли, водные цветковые, наземные мезофиты Продолжение табл. 21. 1 2 3 4 Жаровыносливые эукариоты Переносят получасовое нагревание до +50…+60 С Растения сухих место- обитаний с сильной инсоляцией Жароустойчивые прокариоты Могут жить в горячих источниках при температуре +85…+90 С Термофильные бактерии и некоторые виды цианобактерий (сине- зеленых водорослей) Пирофиты Устойчивы к пожарам. У деревьев на стволах толстая корка, пропитанная огнеупорными веществами, надежно защищающая внутренние ткани. Плоды и семена имеют толстые, часто одревесневшие покровы, которые растрескиваются при опалении огнем Растения саванн, сухих жестколистных лесов и кустарниковых зарослей типа чапараля По отношению к температуре все организмы подразделяются на две группы криофилы (холодолюбивые) и термофилы (теплолюбивые Криофилы населяют холодные и умеренные зоны, способны существовать в условиях низких температур и могут сохранять активность клеток при температуре -8 С, -10 С. К холодолюбивым относятся некоторые виды бактерий, грибов, членистоногих, червей, моллюсков и др. Холодостойкость растений весьма различна и зависит от условий, в которых они обитают. Так, деревья и кустарники в Якутии не вымерзают при температуре Св Антарктиде при такой же температуре обитают лишайники, отдельные виды водорослей, ногохвостки, пингвины. Семена, споры и пыльца растений, цисты простейших, нематоды, коловратки после обезвоживания переносят температуры до –271 С, те. близкие к абсолютному нулю, и возвращаются после этого к активной жизни. Термофилы, наоборот, обитают в условиях высоких температур. Настоящими термофилами являются растения жарких тропических районов. Они не переносят низких температур и нередко гибнут уже при 0 С. Причинами гибели является нарушение обмена веществ, подавление физиологических процессов, приводящих к образованию несвойственных им продуктов, в том числе и вредных, вызывающих отравление. Многие виды животных и растений переносят очень высокие температуры. Например, некоторые виды жуков и бабочек, пресмыкающихся выдерживают температуру до +45-50 СВ горячих источниках Калифорнии при температуре +52 С обитает пятнистый ципринодон, вводах горячих ключей на Камчатке живут цианобактерии при +75-80 С, верблюжья колючка переносит нагревание воздуха до +70 С. Температурный оптимум большинства живых организмов находится в пределах +20-25 Си лишь у обитателей жарких районов температурный оптимум жизнедеятельности находится несколько выше +25- 28 С. Для организмов умеренных и холодных зон России оптимальные температуры от +10-20 С. Например, у ветреницы дубравной процесс фотосинтеза наиболее интенсивно протекает при +10 СВ зависимости от ширины интервала температуры, организмы делятся на эвритермные и стенотермные. Эвритермные организмы выдерживают широкие изменения температуры, стенотермные – живут лишь в узких пределах. Растения, беспозвоночные, рыбы, амфибии и рептилии лишены способности поддерживать постоянную температуру тела, их называют пойкилотермными. Гомойотермные (птицы и млекопитающие) поддерживают постоянную температуру тела независимо от температуры окружающей среды. У них различают следующие механизмы терморегуляции а) химическая терморегуляция осуществляется путем изменения величины теплопродукции за счет изменения интенсивности обмена веществ б) физическая терморегуляция связана с изменением величины теплоотдачи в) этологическая (или поведенческая) терморегуляция заключается в избегании условий с неблагоприятными температурами. Промежуточное положение между пойкилотермными и гомойо- термными занимают гетеротермные животные. У них в активном состоянии поддерживается относительно высокая и постоянная температура тела, а в неактивном – температура тела мало отличается от внешней. У этих животных вовремя спячки или глубокого сна уровень обмена веществ падает, и температура тела лишь незначительно превышает температуру среды. Типичными представителями гетеротермных животных являются суслики, ежи, летучие мыши, медведи, стрижи, утконосы, ехидны и кенгуру. Живые организмы в процессе эволюции выработали различные формы адаптации к температуре. У растений одним из важнейших приспособлений к температуре является форма роста. В районах, где мало тепла (Арктика, высокогорье) много подушковидных растений, растений с прикорневыми розетками листьев, стелющихся форм (карликовая береза, ель колючая, можжевельник казацкий, кедровый стланик. Это позволяет приземистым формам улавливать максимальное количество тепла солнечных лучей и использовать тепло нагретой поверхности почвы. Есть растения (клевер луговой, у которых базальная (нижняя) часть погружена в почву, это явление называется геофилизация. Растения жарких мест обитания способны впадать в состояние вынужденного покоя. У животных морфологические адаптации к температуре прослеживаются четко (правило Бергмана, правило Алена, правило Глогера). Биохимическая адаптация живых организмов к температуре проявляется, прежде всего, в изменении физико-химического состояния веществ, содержащихся в клетках и тканях. Так, при адаптации к низким температурам в клетках растений благодаря увеличению запаса пластических веществ повышаются концентрации растворов, осмотическое давление клеточного сока, уменьшается содержание свободной воды. Важным приспособлением адаптации к низким температурам является и отложение запасных питательных веществ в виде высокоэнергетических соединений – жира, масла, гликогена и др. При адаптации к холоду у организмов происходит перемещение веществ в органах. У растений к зиме масла и сахара откладываются в тканях наземных органов, а в подземных органах – крахмал. При этом в районах сочень низкими температурами у растений отмечается большое накопление масла во внутренних слоях древесины, что повышает их устойчивость к сильным морозам. К перенесению морозов растения подготавливаются заранее (закалка накопление в клетках сахаров, производных углеводов, некоторых аминокислот (это защитные вещества, связывающие воду. После окончания зимнего покоя закалка утрачивается, поэтому внезапные весенние заморозки могут повредить тронувшиеся в рост побеги и особенно цветки у морозоустойчивых растений. У животных, в первую очередь, обитателей полярных областей, с понижением температуры возрастает содержание гликогена в печени, повышается содержание аскорбиновой кислоты в тканях почек. У животных возникают поведенческие адаптации к температуре, которые проявляются в перемещении животных в места с более благоприятными температурами (перелеты, миграции, в изменениях сроков активности, сдвигая ее на более светлое время суток и т.д. (Шилов, 2000). |