• Різне

    Матеріал з Vladimir

    19.02.2017

    Абіотичні фактори. Вплив світла і температури на живі організми.

    Світло. Класифікація рослин по відношенню до світла

    Одним з основних абіотичних факторів, що впливають на живі організми, є світло. Практично вся енергія надходить на Землю у вигляді сонячного випромінювання, що складається із видимого світла, ультрафіолетових і інфрачервоних променів.

    По відношенню до світла як екологічного фактору розрізняють наступні групи рослин.

    Матеріал з Vladimir
    Світлолюбні рослини. або гелиофиты (грец. helios — «сонце», phyton — рослина»), — рослини, що віддають перевагу місцепроживання, яскраво освітлені сонцем.

    Світлолюбні рослини: соняшник, пшениця, сосна, модрина. Сюди також слід віднести численні види лучних і степових рослин.

    Матеріал з Vladimir
    Тіньолюбні рослини. або сциофиты (грец. skia — тінь, phyton — «рослини»), — рослини, пристосовані до життя в умовах малої освітленості.

    Тіньолюбні рослини можна зустріти під пологом лісу: майник дволиста, седмичник європейський, копитняк європейський, папороть щитовник чоловічий, яглиця звичайна, квасениця звичайна. Ці види не можуть існувати на вирубках при сильному освітленні.

    Матеріал з Vladimir
    Тіньовитривалі рослини. або факультативні гелиофиты. — це рослини, які можуть жити при хорошому освітленні, але легко переносять і затінені місця.

    Наприклад, більшість рослин лісів (ліщина, живучка повзуча та ін), деякі лучні рослини.

    Листя тіньовитривалих і тіньолюбних рослин темно-зелені, зазвичай матові, тонкі, неопушені, з дуже ніжною кутикулою (плівка, що покриває епідерміс) або без неї. Світлолюбні рослини мають відносно товсті листки, іноді блискучі або опушені, відрізняються високою інтенсивністю фотосинтезу.

    Рис. 1. Класифікація рослин

    Фактор світла надає і формотворну дію на рослини. Ярусність в лісі обумовлена відношенням рослин до чиннику світла.

    Фотопериодизм

    Матеріал з Vladimir
    Фотопериодизм — реакція організмів на добовий ритм освітленості, тобто на співвідношення світлого і темного періодів доби.

    Сутність фотопериодизма полягає в ритмічних зміни морфологічних, біохімічних і фізіологічних властивостей і функцій організмів під впливом чергування і тривалості світлого і темного періодів доби. Тривалість освітлення, або фотоперіод, являє собою якийсь пусковий механізм, що визначає послідовність фізіологічних процесів, що призводять до зростання і цвітіння багатьох рослин, линьки та накопиченню жиру, міграції та розмноження птахів та ссавців і настання діапаузи (стадії спокою) у комах. Наприклад, чорні стрижі відлітають з середньої смуги Росії в кінці серпня, коли ще тепло і повітряні комахи, службовці їм кормом, активні. Сезонне зниження тривалості світлого часу доби сигналізує про майбутнє настання похолодання.

    Сезонний фотопериодизм характерний для рослин і тварин, що мешкають в місцях з сезонною вираженістю зміни довжини дня і ночі, і обумовлений біологічними циклами організмів, залежними від циклічності природних явищ.

    Зміна пори року значно впливає на життєдіяльність рослин і тварин: періоди цвітіння і плодоношення рослин, активного росту, розмноження і міграцій тварин і т. д.

    Фотопериодичность також пов’язана з широко відомим механізмом біологічних годин. тобто зі здатністю організмів відраховувати час і зазнавати суворо циклічні зміни функцій приблизно через 24-годинні інтервали. «Біологічний годинник» дозволяють приводити фізіологічні ритми у відповідність з навколишнім середовищем і дають можливість організмам як би передбачати добові, сезонні та інші періодичні коливання освітленості, температури і т. д. По відношенню до фотопериоду рослини діляться на 3 групи.

    1. Рослини короткого дня. Зацвітання і плодоношення настає при 8 — 12-годинному освітленні. Це рослини південних районів: гречка, просо, соняшник, коноплі та ін

    2. Рослини довгого дня. Для них необхідно подовження дня до 16 — 20 годин. Це більшість рослин помірних широт, а також такі північні рослини, як жито, ячмінь, овес, цибуля, льон, морква.

    3. Рослини, нейтральні до довжини дня. виноград, флокси, бузок та ін

    Рис. 2. Класифікація рослин за їх відношенню до довжини дня

    Додатковий матеріал

    При штучному цілодобовому освітленні або тривалості дня більше 15 годин сіянці берези ростуть безперервно, не скидаючи листя. Але при освітленні протягом 10 або 12 годин на добу ріст сіянців навіть влітку припиняється, незабаром відбувається скидання листя і настає зимовий спокій, як під впливом короткого осіннього дня. Багато наші листопадні деревні породи: верба, біла акація, дуб, граб, бук — при довгому дні стають вічнозеленими.

    Додатковий матеріал

    З’ясування ролі світлового дня відкриває широкі можливості для управління розвитком організмів. Наприклад, цілорічне вирощування на штучному світлі овочевих культур і декоративних рослин, зимова і рання вигонка квітів, прискорене отримання розсади. Збільшуючи довжину дня, вдається підвищити несучість птахів на птахофермах.

    Тваринами, особливо комахи, також чутливі до тривалості дня. Наприклад, метелики білянки і березова пяденица розвиваються тільки в умовах довгого дня. Багато совки, тутовий шовкопряд, саранові відносяться до комах короткого дня.

    Рис. 3. Комахи довгого і короткого дня

    Вплив ультрафіолету і заходи захисту

    В сонячному світлі важливі три спектральних діапазони, що розрізняються по біологічного впливу: ультрафіолет, видиме і інфрачервоне світло. Серед УФЛ до поверхні Землі доходять тільки довгохвильові (більше 290 нм; 1 нанометр (від грец. nannos — «карлик») дорівнює 10-9 м), а короткохвильові, згубні для всього живого, що практично повністю поглинаються на висоті 20 — 25 км озоновим екраном. Найбільш жорсткі (короткохвильові промені з довжиною хвилі 20 — 90 нм) поглинаються міжзоряним воднем.

    Рис. 4. Спектр

    Рис. 5. Розподіл сонячної радіації по поверхні Землі

    Короткохвильові УФЛ (клас «Б»), що поглинаються озоновим екраном, згубні для живих організмів. Вплив їх на організм полягає в наступному: УФЛ-Б руйнують органічні молекули, включаючи молекули ДНК, викликають у людей меланому (рак шкіри), «снігову сліпоту» (катаракту), пригнічують здатність імунної системи чинити опір онкологічних захворювань.

    Видимі промені з довжиною хвилі від 400 до 750 нм, на частку яких припадає велика частина енергії сонячного випромінювання, що досягає земної поверхні, мають особливо велике значення для організмів. В зелених рослинах відбувається фотосинтез.

    Інфрачервоні промені з довжиною хвилі понад 750 нм не сприймаються оком людини, але вони є важливим джерелом внутрішньої енергії. Ними особливо багатий пряме сонячне світло. Бджоли та інші комахи мають здатність бачити інфрачервоні промені.

    Світлові умови в природі мають чітку добову і сезонну періодичність, яка обумовлена обертанням Землі. У зв’язку з добовим ритмом освітлення у тварин виникли пристосування до денного і нічного способу життя.

    Поведінкові реакції нічних (багато гризуни, сова, пугач) і денних (жайворонок, курка) тварин значно відрізняються.

    Рис. 6. Вухата сова Рис. 7. Жайворонок польовий

    Температура. Ступінь адаптації рослин до низьких температур

    Одним з найбільш важливих факторів середовища, що визначають існування, розвиток і поширення організмів, є температура. Причому, значення має не тільки абсолютна кількість тепла, але й розподіл його у часі, тобто тепловий режим.

    Всі хімічні процеси, що протікають в організмі, залежать від температури — зовнішньої і внутрішньої. Особливо ясно залежність від зовнішньої температури виражена у організмів, здатних підтримувати постійну температуру тіла, тобто у всіх рослин і більшості тварин, окрім птахів і ссавців.

    Рослини, будучи нерухомими, повинні існувати при тому тепловому режимі, який створюється в місцях їх вирощування.

    За ступенем адаптації рослин до умов крайнього дефіциту тепла виділяють три групи.

    Матеріал з Vladimir
    Нехолодостойкие рослини — це рослини, які сильно пошкоджуються або гинуть при температурах вище точки замерзання води.

    До цієї групи належать рослини дощових тропічних лісів, водорості теплих морів.

    Матеріал з Vladimir
    Неморозостійкі рослини — це рослини, які переносять низькі температури, але гинуть, як тільки у тканинах починає утворюватись лід.

    При настанні холодів у клітинному соці і цитоплазмі цих рослин підвищується концентрація речовин, що сприяють зниження точки замерзання до -5…–7оС. Таке переохлажденное стан нестійкий і триває всього кілька годин, що, однак, дозволяє їм переносити заморозки. Такі деякі вічнозелені субтропічні види.

    При сильних морозах надземні органи дерев і чагарників промерзають, але зберігають життєздатність. Клітини цих рослин переносять зневоднення, пов’язане з утворенням льоду.

    Класифікація рослин за ступенем адаптації до дефіциту тепла

    Ступінь адаптації рослин до високих температур. Особливості теплообміну у тварин

    Ступінь адаптації рослин і бактерій до високих температур

    Матеріал з Vladimir
    Нежаростойкие види — це рослини, які пошкоджуються вже при +30…+40оС. Наприклад, водні квіткові рослини.

    Матеріал з Vladimir
    Жаровыносливые види — це рослини сухих місцезростань з сильною інсоляцією (степи, савани, пустелі). Такі рослини переносять півгодинне нагрівання до +50…+60оС.

    Матеріал з Vladimir
    Жаростійкі види. Термофільні бактерії і ціанобактерії можуть жити в гарячих джерелах при температурі +85…+90оС.

    Рис. 9. Класифікація рослин за їх стійкості до середніх температур

    Особливості теплообміну у тварин

    На відміну від рослин, тварини виробляють набагато більше власного тепла і володіють різноманітними можливостями регулювати температуру власного тіла.

    В залежності від виду теплообміну розрізняють два типи тварин: пойкилотермный і гомойотермный.

    Матеріал з Vladimir
    Пойкилотермные (грец. poikilos — «різноманітний») тварини не мають постійної температури тіла, механізми терморегуляції не розвинені.

    До них відносяться безхребетні, риби, амфібії, рептилії, температура тіла яких змінюється зі зміною температури навколишнього середовища. Пойкилотермным тваринам складно протистояти як надлишку тепла, так і його нестачі. З пониженням температури вони впадають у заціпеніння і в такому неактивному стані володіють високою холодостійкістю, яка забезпечується в основному біохімічними адаптаціями.

    Матеріал з Vladimir
    Гомойотермные (грец. homoios — «однаковий») тварини мають розвинуті механізми хімічної і фізичної терморегуляції, що забезпечують відносно постійну температуру тіла.

    До гомойотермным відносяться птахи і ссавці.

    Рис. 10. Класифікація тварин

    Додатковий матеріал

    Вищі рослини помірного поясу эвритермны. Вони переносять в активному стані коливання температур в 60оС, а з урахуванням латентного стану — до 90оС (наприклад, даурська модрина). Рослини дощових тропічних лісів стенотермны. Навіть позитивні температури до +5…+8оС для них згубними. Стенотермны криофильные (грец. kryos — «холод» і phileo — «люблю»), або холодолюбиві, зелені та діатомові водорості полярних льодів і високогір’їв, а також термофільні (грец. therme — тепло), або теплолюбні, водорості гарячих джерел. Рослини не мають власної температурою тіла: їх анатомо-морфологічні та фізіологічні механізми терморегуляції спрямовані на захист організму від шкідливого впливу несприятливих температур. До фізіологічним пристосуванням рослин, що знижує рівень впливу високих і низьких температур, можуть бути віднесені інтенсивність випаровування (транспірації), накопичення в клітинах солей, що змінюють температуру зсідання плазми, та ін

    Гетеротермные тварини. Правила К. Бергмана і Д. Аллена

    Проміжне положення між пойкилотермными і гомойотермными займають гетеротермные тварини. У них в активному стані підтримується відносно висока і постійна температура тіла, а в неактивному — температура тіла мало відрізняється від температури навколишнього середовища. У цих тварин під час сплячки, або глибокого сну, рівень обміну речовин падає і температура тіла незначно перевищує температуру середовища. До гетеротермным тварин ставляться колібрі, летючі миші, їжаки, ховрахи, качкодзьоби, єхидни та ін.

    У тварин є певні морфологічні адаптації, спрямовані на захист організмів від несприятливого впливу температур. Відомі адаптації отримали назву правил. Згідно з правилом німецького зоолога Карла Бергмана (1847), у межах виду або досить однорідної групи близьких видів гомойотермные організми з більш великими розмірами тіла поширені в більш холодних областях. Існує певна закономірність, відома як » правило поверхні Рубнера.

    Правило поверхні Рубнера. при збільшенні розмірів тіла його відносна поверхня зменшується, що знижує тепловтрати.

    Рис. 11. Правило Бергмана. Правило Аллена

    Цим пояснюється спостерігається і у широко поширених видів гомойотермных тварин збільшення розмірів північних підвидів порівняно з південними. Наприклад, маса бурих ведмедів у Закавказзі досягає 150 кг, а на о. Кадьяк (Аляска) — до 800 — 1000 кг. Вовк в Кизилкумах має масу до 40 кг, а полярний вовк — до 78 — 80 кг. Звичайна лисиця в Туркменії важить до 3,2 кг, а на півночі — до 14 кг.

    Температура середовища має й істотне формотворну вплив на тварин. Американський зоолог Джоел Аллен (1877) встановив, що у багатьох ссавців і птахів, що мешкають в холодних зонах Північної півкулі, відносні розміри виступаючих частин тіла (кінцівки, хвостів, дзьоби, мордочок, вух) зменшуються. Таким чином знижуються можливі тепловтрати. Подовження ж виступаючих частин тіла збільшує загальну поверхню тіла, а отже, і його тепловіддачу. На півдні зустрічається вухатий їжак, який відрізняється від звичайного їжака великими вухами.

    З цього правила існує багато винятків. К. Бергман зазначав, що ця закономірність проявляється лише в тому випадку, якщо види не розрізняються іншими пристосуваннями до терморегуляції. Наприклад, донні ссавці не підкоряються правилу, так як добре захищені від холоду. Для них вирішальним чинником, що впливає на розмір тіла, служить кількість доступної в зимовий час їжі.

    Короткий опис статті: холодолюбиві рослини назви

    Джерело: Абіотичні фактори. Вплив світла і температури на живі організми. — Vladimir

    Також ви можете прочитати