загрузка...
загрузка...
На головну

Адаптація рослин до підтримання водного балансу

  1. Автор © 2002 r1ck14 Переклад і адаптація © 2002 Ігор Князєв
  2. Адаптації до посушливих умов у рослин і тварин
  3. адаптація
  4. адаптація
  5. Адаптація дітей до школи
  6. Адаптація до порушення біологічних ритмів.
  7. Адаптація до ортодонтичним апаратам.

Нижчі наземні рослини з вологого субстрату поглинають воду зануреними в нього частинами таллома, а вологу дощу, роси і туману - всією поверхнею. У максимально набряклому стані лишайники містять в 20-30 разів більше води, ніж сухої речовини.

Серед вищих наземних рослин мохоподібні поглинають воду з грунту ризоидами, а більшість інших - корінням. У клітинах кореня розвивається сосущая сила найчастіше в кілька атмосфер, але цього достатньо для вилучення з ґрунту здебільшого зв'язаної води. Лісові дерева помірної зони розвивають ссуть силу коренів близько 3-106 Па (30 атм), деякі трав'янисті рослини (суниця лісова, медунка темна) - до 2-106 (20 атм) і навіть понад 4-106 Па (40 атм) (смілка звичайна); рослини сухих областей - до 60 атм.

Коли в безпосередній близькості від коренів запаси води в грунті виснажуються, коріння ростуть в напрямку більшої вологості, так що коренева система рослин постійно перебуває в русі. У степових і пустельних рослин часто можна бачити ефемерні корені, швидко виростають в періоди зволоження грунту, а з настанням посушливого періоду засихають.

За типом розгалуження розрізняють наступні кореневі системи:

1) екстенсивна коренева система охоплює великий обсяг грунту, але порівняно слабо галузиться. Такі кореневі системи у багатьох степових і пустельних рослин (саксаулу, верблюжої колючки), у дерев помірної смуги (сосни звичайної, берези повислої), а з трав у люцерни серповидної, волошки шорсткого і ін .;

2) інтенсивна коренева система охоплює порівняно невеликий обсяг грунту, але густо пронизує її численними сильно розгалуженим корінням, як, наприклад, у степових дерновинних злаків (ковили, типчака і ін.), У жита, пшениці.

Кореневі системи дуже пластичні і різко реагують на зміну умов, в першу чергу зволоження. При нестачі вологи коренева система набуває більш виражений екстенсивний характер. Так, при вирощуванні жита в різних умовах загальна довжина коренів (без кореневих волосків) в 1000 см3 грунту варіює від 90 м до 13 км, а поверхня кореневих волосків може збільшитися в 400 разів.

Всмоктування води коренями утруднено при великій сухості грунту, засоленні або сильної кислотності, при низькій температурі. Наприклад, ясен звичайний при температурі грунту 0 ° C поглинає води в 3 рази менше, ніж при + 20-30 ° С. Здатність поглинати воду при тій чи іншій температурі залежить від пристосованості рослин до теплового режиму грунтів в місцях їх зростання. Види з раннім початком розвитку, як правило, можуть всмоктувати воду корінням при більш низькій температурі, ніж країни, що розвиваються пізніше. Тундрові рослини і деякі дерева, що ростуть на грунтах з підстильної їх багаторічної мерзлотою, можуть поглинати воду при температурі грунту 0 ° C.

У рослин є і додаткові шляхи надходження води в тіло. Мохи можуть поглинати воду всією поверхнею, як і лишайники. Особливо багато води вбирають такі мохи, як зозулин льон, деякі види сфагнуму, чому сприяє будова їх листя і пагонів. При повному насиченні сфагнові мохи містять в своєму тілі в десятки разів більше води, ніж в повітряно-сухому стані. Насіння поглинають воду з грунту. З повітря, насиченого водяними парами, в дощовому тропічному лісі поглинають воду багато епіфіти, наприклад папороть гіменофіллум - тонкими листям, багато орхідеї - повітряними корінням. У чашовидних піхвах листя багатьох зонтичних накопичується вода, яка поступово всмоктується епідермісом. Види з роду тілляндсія (бромелієвиє) існують в пустелі Атакама практично виключно за рахунок вологи туманів і роси, яку вбирають лусковидне волоски на листках.

Поступила в рослину вода транспортується від клітини до клітини (ближній транспорт) і по ксилемі в усі органи, де витрачається на життєві процеси (дальній транспорт). В середньому 0,5% води йде на фотосинтез, а інша - на заповнення втрат від випаровування і підтримання тургору. Вода випаровується з усіх поверхонь, як внутрішніх, так і зовнішніх, що стикаються з повітрям. Розрізняють устьічнимі, кутикулярну і перідермальную транспирацию.

Через продихи транспірірующей волога, що випарувалася з поверхні клітин всередині органів. Це основний шлях витрачання води рослиною. Кутікулярная транспирация становить менше 10% від вільного випаровування; у вічнозелених хвойних порід вона скорочується до 0,5%, а у кактусів навіть до 0,05%. Щодо велика кутікулярная транспирация молодих розгортаються листя. Перідермальная транспирация зазвичай незначна. Інтенсивність загальної транспірації підвищується зі збільшенням освітленості, температури, сухості повітря і при вітрі.

Водний баланс залишається врівноваженим в тому випадку, якщо поглинання води, її проведення і витрачання гармонійно узгоджені між собою. Порушення його можуть бути короткочасними або тривалими. За пристосуванням наземних рослин до короткочасних коливань умов водопостачання і випаровування розрізняють пойкілогідріческіе і гомойогідріческіе види.

У пойкілогідріческіх рослин вміст води в тканинах не постійно і сильно залежить від ступеня зволоження навколишнього середовища. Вони не можуть регулювати транспірацію і легко і швидко втрачають і поглинають воду, використовуючи вологу роси, туманів, короткочасних дощів, в сухому стані знаходяться в анабіозі. Здатні жити там, де короткі періоди зволоження чергуються з тривалими періодами сухості.

Пойкілогідрічность властива ціанобактеріям, всім водоростям, деяким грибам, лишайникам, а також ряду вищих рослин: багатьом мохів, деяким папоротям і навіть окремим квітковим, мабуть, вдруге перейшли до пойкілогідріческому способу життя.

У дрібних клітинах талому більшості нижчих рослин немає центральної вакуолі, тому при висиханні вони рівномірно стискаються без незворотних змін ультраструктури протопласта. Синьо-зелені водорості (ціанобактерії), вегетирующие на поверхні грунту в пустелі, висихаючи, перетворюються в темну скоринку. Від рідкісних дощів їх слизова маса набухає, і нитчасті тіла починають вегетувати. Мохи, що ростуть на сухих скелях, стовбурах дерев або на поверхні грунту лугів і степів (пологи Thuidium, Tortula і ін.), Також можуть сильно висихати, не втрачаючи життєздатності.

Гомойогідріческіе рослини здатні підтримувати відносну сталість обводнення тканин. До них відносять більшість вищих наземних рослин. Для них характерна велика центральна вакуоль в клітинах. Завдяки цьому клітина завжди має запас води і не так сильно залежить від мінливих зовнішніх умов. Крім того, пагони покриті з поверхні епідермою з малопроникними для води кутикулою, транспирация регулюється устьічнимі апаратом, а добре розвинена коренева система під час вегетації може безперервно поглинати вологу з ґрунту. Однак здатності рослин, що не витримують висихання, регулювати свій водний обмін різні. Серед них виділяють різні за екології групи.

Гідатофіти - це водні рослини, цілком або майже цілком занурені в воду. Серед них - квіткові, які вдруге перейшли до водного способу життя (елодея, рдести, водяні лютики, валліснерія і ін.). Вийняті з води, ці рослини швидко висихають і гинуть. У них скорочені продихи і немає кутикули. Транспірація у таких рослин відсутня, а вода виділяється через особливі клітини - гідатоди.

Листові пластинки у гідатофітов, як правило, тонкі, без диференціювання мезофіла, часто розсічені, що сприяє більш повному використанню послабленого в воді сонячного світла і засвоєнню СО2. Нерідко виражена різнолистний - гетерофіллія; у багатьох видів є плаваючі листя, мають світлову структуру. Підтримувані водою пагони часто не мають механічних тканин, в них добре розвинена аеренхіма.

Коренева система квіткових гідатофітов сильно скорочена, іноді відсутній зовсім або втратила свої основні функції (у рясок). Поглинання води і мінеральних солей відбувається всією поверхнею тіла. Квітконосні пагони, як правило, виносять квітки над водою (рідше запилення відбувається в воді), а після запилення пагони знову можуть занурюватися, і дозрівання плодів відбувається під водою (валліснерія, елодея, рдести і ін.).

Гідрофіти - це рослини наземно-водні, частково занурені в воду, що ростуть по берегах водойм, на мілководдях, на болотах. Зустрічаються в районах з різними кліматичними умовами. До них можна віднести очерет звичайний, частуху подорожникова, вахту трилистий, калужніцу болотну та інші види. У них краще, ніж у гідатофітов, розвинені провідні і механічні тканини. Добре виражена аеренхіма. В аридних районах при сильній інсоляції їх листя мають світлову структуру. У гидрофитов є епідерміс з устьицами, інтенсивність транспірації дуже висока, і вони можуть рости тільки при постійному інтенсивному поглинанні води.

Гігрофіти - наземні рослини, що живуть в умовах підвищеної вологості повітря і часто на вологих ґрунтах. Розрізняють тіньові і світлові гігрофіти. Тіньові гігрофіти - це рослини нижніх ярусів сирих лісів в різних кліматичних зонах (недоторка, Кірка альпійська, осот городній, багато тропічні трави і т. П.). Через високу вологість повітря у них може бути утруднена транспирация, тому для поліпшення водного обміну на листі розвиваються гідатоди, або водяні продихи, які виділяють крапельно-рідку воду. Листя часто тонкі, з тіньовою структурою, зі слабо розвиненою кутикулою, містять багато вільної і малосвязанних води. Обводненість тканин сягає 80% і більше. При настанні навіть нетривалої і несильним посухи в тканинах створюється негативний водний баланс, рослини в'януть і можуть загинути.

До світлових гігрофітам відносяться види відкритих місцезростань, що ростуть на постійно вологих ґрунтах і у вологому повітрі (папірус, рис, сердечники, підмаренник болотний, росичка і ін.). Перехідні групи - мезогігрофіти і гігромезофітов.

Мезофіти можуть переносити нетривалу і не дуже сильну посуху. Це рослини, які ростуть при середньому зволоженні, помірно теплому режимі і досить хорошою забезпеченості мінеральним живленням. До мезофитам можна віднести вічнозелені дерева верхніх ярусів тропічних лісів, листопадні дерева саван, деревні породи вологих вічнозелених субтропічних лісів, летнезеление листяні породи лісів помірного поясу, чагарники підліска, трав'янисті рослини дібровного шірокотравья, рослини заливних і не дуже сухих суходільних луків, пустельні ефемери і ефемероїди , багато сміттєві і більшість культурних рослин. З наведеного переліку видно, що група мезофитов дуже обширна і неоднорідна. За здатністю регулювати свій водний обмін одні наближаються до гігрофітам (мезогігрофіти), інші - до посухостійких форм (мезоксерофіти).

Ксерофіти зростають в місцях з недостатнім зволоженням і мають пристосування, що дозволяють добувати воду при її нестачі, обмежувати випаровування води або запасати її на час посухи. Ксерофіти краще, ніж всі інші рослини, здатні регулювати водний обмін, тому і під час тривалої посухи залишаються в активному стані. Це рослини пустель, степів, твердолистяних вічнозелених лісів і чагарникових заростей, піщаних дюн.

Ксерофіти в свою чергу поділяються на два основних типи: сукуленти і Склерофіти.

Сукуленти - соковиті рослини з сильно розвиненою водозапасающими паренхіми в різних органах. Стеблові сукуленти - кактуси, кактусовидні молочаи; листові сукуленти - алое, агави, мезембріантемум, молодило, очитки; кореневі сукуленти - аспарагус. У пустелях Центральної Америки і Південної Африки сукуленти можуть визначати вигляд ландшафту.

Листя, а в разі їх редукції стебла сукулентів мають товсту кутикулу, часто потужний восковий наліт або густе опушення. Устячка занурені, відкриваються в щілину, де затримуються водяні пари. Днем продихи закриті. Це допомагає сукулентів зберігати накопичену вологу, але зате погіршує газообмін, утруднює надходження СО2 всередину рослини. Тому багато сукуленти з сімейств лілейних, бромелієвих, кактусових, толстянкових вночі при відкритих продихах поглинають СО2, Який тільки на наступний день використовується в процесі фотосинтезу. поглинений СО2 превращаетя в малат. Крім того, при диханні вночі вуглеводи розкладаються не до вуглекислого газу, а до органічних кислот, які надходять в клітинний сік. Днем на світлі малат і інші органічні кислоти розщеплюються з виділенням СО2, Який використовується в процесі фотосинтезу. Таким чином, великі вакуолі з клітинним соком запасають не тільки воду, але і СО2. Так як у сукулентів нічна фіксація вуглекислоти і переробка її днем ??в ході фотосинтезу розділені в часі, вони забезпечують себе вуглецем, що не піддаючись ризику надмірної втрати води, але масштаби надходження вуглекислого газу при такому способі невеликі, і ростуть сукуленти повільно.

Осмотичний тиск клітинного соку сукулентів мало - всього 3-8 атм, вони розвивають невелику ссуть силу і здатні поглинати воду лише атмосферних опадів, що просочилися в верхній шар грунту. Коренева система їх неглибока, але сильно розпростерта, що особливо характерно для кактусів.

Склерофіти - це рослини, навпаки, сухі на вигляд, часто з вузькими і дрібним листям, іноді згорнутими в трубочку. Листя можуть бути також кавалками, покритими волосками або восковим нальотом. Добре розвинена склеренхіма, тому рослини без шкідливих наслідків можуть втрачати до 25% вологи. У клітинах переважає зв'язана вода. Сисна сила коренів досягає декількох десятків атмосфер, що дозволяє успішно добувати воду з грунту. При нестачі води різко знижують транспірацію. Склерофіти можна поділити на дві групи: еуксерофітов і стіпаксерофітов.

До еуксерофітам відносяться багато степові рослини з розетковими і полурозеточнимі, сильно опушеними пагонами, полукустарнички, деякі злаки, полин холодна, едельвейс едельвейсовідний і ін. Найбільшу біомасу ці рослини створюють в період, сприятливий для вегетації, а в спеку рівень обмінних процесів у них дуже низький .

Стіпаксерофіти - це група вузьколистих дерновинних злаків (ковили, тонконіг, типчак та ін.). Характеризуються низькою транспірацією в посушливий період і можуть переносити особливо сильне зневоднення тканин. Згорнуті в трубочку листя мають всередині вологу камеру. Транспірація йде через занурені в борозенки продихи всередину цієї камери, що знижує втрати вологи.

Крім названих екологічних груп рослин, виділяють ще цілий ряд змішаних або проміжних типів.

Різні шляхи регуляції водообміну дозволили рослинам заселити найрізноманітніші за екологічними умовами ділянки суші. Різноманіття пристосувань лежить, таким чином, в основі поширення рослин по поверхні землі, де дефіцит вологи є однією з головних проблем екологічних адаптацій.



Попередня   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   Наступна

Адаптації до температурних умов | Межі температурної витривалості живих організмів | Тепловий баланс організмів | Температурні адаптації пойкілотермних організмів | Елементи регуляції температури у рослин | Механізми терморегуляції у пойкілотермних тварин | Температурні адаптації гомойотермних організмів | Екологічні вигоди пойкилотермія і гомойотермии | Полярна задишка | Екологічні групи рослин по відношенню до світла і їх адаптивні особливості |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати