Адаптация растений к окружающим факторам среды

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………..…………………………….……………………3-4

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ АДАПТАЦИИ РАСТЕНИЙ.

1. Понятие адаптации…………………………………………….5-6
2. Типы адаптаций растений……………………………………..7-8
3. Температурные адаптации растений………………………..9-10

                1.4 Адаптация растений к водному режиму…………………..11-12

ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ АДАПТАЦИИ РАСТЕНИЙ.

                2.1 Методика выращивания фасоли………………..……………...13

                2.2 Создания стрессовых условий для фасоли…………………....14

                2.3 Процесс прорастания семян………………………………...15-16

                2.4 Анализ выращенной фасоли……………………………………17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………..18

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………..19

ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………………20-27

ВВЕДЕНИЕ

Адаптация – процесс приспособления строения и функций растений и их органов к условиям среды. Приспосабливаемость даёт растениям возможность существовать в новой среде обитания. Как мы знаем, на данный момент биосфера имеет довольно стабильный климат, условия окружающей среды не меняются, но если и происходят изменения, то они цикличны (например, смена времени года). Растения уже давно приспособились к тем условиям, в которых они существуют. Ведь, чтобы температура, климат, почвы стали стабильными, понадобился большой промежуток времени. На уроках биологии часто упоминается тема «Адаптация», ведь это важный аспект развития растений. В учебниках описывают факторы, к которым приспосабливались растения, а именно:

1. Влага (один из самых главных аспектов для развития растений, к которому растениям тоже нужно было приспособиться, ведь на каких-то территориях Земли был постоянный недостаток воды, засуха, а где-то переизбыток, наводнения);
2. Состав почвы, на которой росли растения (в каких-то почвах было недостаточно компонентов, которые нужны были для развития растений)
3. Освещение (главный источник света – солнце, на некоторых территориях был переизбыток солнца или недостаток);
4. Осадки;
5. Температура воздуха / климат;
6. Состав атмосферы (воздуха);

Все эти факторы связаны между собой и оказывали большое влияние на развитие растений.

Но наглядного примера адаптации мы увидеть не можем из-за стабильности аспектов, влияющих на жизнь растений. Так как изменения факторов, влияющих на существование растений, происходят чаще всего незаметно, и они не такие глобальные, по сравнению с переменами климата/влаги/температуры воздуха/осадков/освещения в прошлом.  Именно поэтому мы решили изучить умение растений приспосабливаться к условиям и наглядно рассмотреть их адаптацию.

Цель: доказать, что растения не утеряли способность к адаптации в стрессовых условиях.

Для реализации цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Изучить научную литературу и интернет-источники по проблеме исследования.
2. Теоретически показать особенности адаптации растений.
3. Вырастить семена фасоли в стрессовых условиях.
4. Проанализировать результат выращивания семян.
5. Выяснить влияние факторов окружающей среды на растение.

Методы исследования:

1. Аналитический (наблюдения, сравнения, выводы, гипотезы, полученные в ходе эксперимента).
2. Исследовательский (определение способностей адаптации растений).

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ АДАПТАЦИИ РАСТЕНИЙ

1.1 Понятие адаптации

Адаптация - это развитие любого признака, который способствует выживанию вида и его размножению. Под адаптацией понимается способность растений приспосабливаться к конкретным условиям окружающей среды в местах их обитания: температурным колебаниям, составу атмосферы и почвы, количеству влаги в них, освещенности. В процессе своей жизнедеятельности растения адаптируются к различным биотическим и климатическим факторам и т.д. Все растения постоянно адаптируются к окружающей среде. Чтобы понять, как это происходит, необходимо рассматривать растение в целом, но и генетическую основу адаптации [1].

У каждого вида программа развития признаков заложена в генетическом материале. Материал и закодированная в нем программа передаются от одного поколения другому, оставаясь относительно неизменными, благодаря чему представители того или иного вида выглядят и ведут себя почти одинаково. Однако в популяции организмов любого вида всегда присутствуют небольшие изменения генетического материала и, следовательно, вариации признаков отдельных особей. Именно из этих разнообразных генетических вариаций процесс приспособления отбирает те признаки или благоприятствует развитию таких признаков, которые в наибольшей степени увеличивают шансы на выживание и тем самым на сохранение генетического материала. Адаптация, таким образом, может рассматриваться как процесс, посредством которого генетический материал повышает свои шансы на сохранение в последующих поколениях [2].

При действии неблагоприятных условий снижение физиологических процессов может достигать критических уровней, нарушаются энергетический обмен, системы регуляции, белковый обмен и другие жизненно важные функции растения. При воздействии неблагоприятных факторов в растении возникает напряженное состояние, отклонение от нормы - стресс. Стресс - это общая неспецифическая адаптационная реакция организма на действие любых неблагоприятных факторов. Внешние факторы, вызывающие стресс, принято называть стрессорами, а стресс рассматривать как состояние организма, формирующееся в ответ на их воздействие. Лишь при определенных условиях реакция растения на стрессовые условия бывает патологической, обычно она имеет адаптивное значение [1].

1.2 Типы адаптации растений

Все адаптации растений к температурным условиям среды по характеру можно разделить на три типа: биохимические, физиологические и морфологические.

К биохимическим адаптациям относятся изменения химического состава цитоплазмы или клеточного сока в экстремальных температурных условиях. При высокой температуре в цитоплазме клеток теплолюбивых растений увеличивается содержание защитных веществ (органических кислот, солей, слизи). Они препятствуют нарушению цитоплазмы и обезвреживают токсические вещества, образующиеся под действием высокой температуры.

У холодостойких растений при низких температурах происходит накопление углеводов (в основном глюкозы) в клеточном соке, что снижает точку замерзания воды.

Физиологические адаптации заключаются в изменении процессов жизнедеятельности и продолжительности жизненных циклов в зависимости от температурного режима среды. Эффективной защитой растений от перегрева служит усиленная транспирация (испарение воды при отсутствии дефицита), благодаря большому количеству устьиц в листьях.

У растений пустынь и степей короткий цикл развития позволяет избегать действия высоких температур. Вся вегетация происходит ранней весной, а летнюю жару они переживают в состоянии семян или подземных побегов. Экологическую группу травянистых однолетних растений с очень коротким вегетационным периодом называют эфемерами (веснянка). Существуют также подобные эфемерам многолетние растения — эфемероиды, у которых отмирает лишь надземная часть (тюльпан, подснежники). А при наступлении благоприятных условий их жизнь возобновляется за счет питательных веществ, накопленных в подземной части.

Крайней мерой в борьбе с холодом или жарой является переход растений в состояние анабиоза (обратимая приостановка жизненных процессов) вследствие обезвоживания. Например, мхи и лишайники могут длительное время находиться в таком состоянии.

К морфологическим адаптациям относятся особенности строения тканей и органов, а также разнообразие жизненных форм при обитании в разных температурных условиях. Действие высоких температур на растения субтропического и тропического поясов снижается за счет усиления отражения солнечных лучей и уменьшения светопоглощающей поверхности. Повышению отражения солнечного света способствует светлая окраска листьев, их блестящая или опушенная поверхность. Уменьшение поглощения света достигается благодаря видоизменению листовых пластинок. Это могут быть колючки (кактусы), уменьшение размера (саксаул), рассеченность (пальмы), сворачивание (ковыль) листьев. Противодействует перегреву растений вертикальное по отношению к солнечным лучам расположение листьев. Может происходить изменение угла их наклона поворотом листовой пластинки.

Адаптации у растений холодного климата проявляются в виде формирования карликовых (березы, ивы), стелющихся (стланик кедровый, можжевельник туркестанский) и подушковидных (высокогорные и арктические растения-подушки) жизненных форм. Такие растения меньше подвержены воздействию ветра, лучше укрыты снегом зимой, полнее используют тепло почвы летом.

Есть морфологические адаптации, которые защищают растения как от высоких, так и от низких температур. Ими являются: развитие мощной корки (наружной части коры) у деревьев, перидермы у молодых побегов, защитных чешуй у почек, прочной кожуры у семян [7].

1.3 Температурные адаптации растений

Функциональная деятельность живых биологических систем существенно зависит от температурного уровня окружающей среды. В первую очередь это касается организмов, не способных поддерживать постоянную температуру тела. Именно у таких организмов (пойкилотермных) повышение температуры до определенного предела значительно ускоряет физиологические процессы: темпы роста, прорастание семян, рост листьев и побегов, цветение и т. д.

Чрезмерное повышение температуры вызывает гибель организмов вследствие тепловой денатурации белковых молекул, необратимых изменений структуры биологических коллоидов клетки, нарушения деятельности ферментов, резкого усиления гидролитических процессов, дыхания и др. С другой стороны, заметное снижение температуры ниже О °С может вызвать гибель клеток и всего организма [6].

В природных условиях температура очень редко держится на уровне, благоприятном для жизни. Ответом на это является возникновение у растений и животных специальных приспособлений, которые ослабляют вредное действие колебаний температуры. Это, в частности, комплекс свойств и адаптивных приспособлений, которые формируют соответствующий уровень зимостойкости и морозоустойчивости растений.

Зимостойкость - стойкость растений к комплексу неблагоприятных факторов зимнего периода (чередования морозов и оттепелей). Обусловливается и обеспечивается переходом растений в состояние органического покоя, размещением почек в защищенных местах, накоплением энергетического материала (крахмала, жиров), сбрасыванием листьев, адаптивными реакциями организмов.

Морозоустойчивость - способность клеток, тканей и целых растений без повреждений переносить действие морозов. Благодаря многим физиолого-биохимическим приспособлениям и свойствам у морозоустойчивых растений образование льда происходит при более низкой температуре, чем у менее морозоустойчивых, и сопровождается меньшими повреждениями.

Холодостойкость - свойство ранневесенних растений (эфемеров и эфемероидов) успешно произрастать при низких плюсовых температурах. Этот термин используется также для характеристики теплолюбивых растений (кукуруза, огурцы, арбузы) [5].

1.4 Адаптация растений к водному режиму

Вода — важнейшее условие жизни растений. Благодаря воде в растении совершаются жизненно необходимые физиологические и биохимические процессы. Она участвует в образовании органического вещества в процессе фотосинтеза. Вода служит средством связи растения с внешней средой, так как в ней растворяются нужные минеральные соли, что обеспечивает их поступление из почвы в растение через его корни. С помощью воды внутри растения передвигаются поглощенные корнями минеральные вещества и образующиеся в листьях органические вещества [2].

Вода поддерживает все ткани растения в состоянии тургора (напряжения), что является важнейшим условием его нормальной жизнедеятельности. Наконец, вода входит в состав всех частей клеток и тканей растения. Процент содержания воды в разных частях растения колеблется в широких пределах, но везде он достигает весьма значительной величины.

При недостатке влаги вода из вакуолей оттягивается, что приводит к утрате тургора и завяданию листьев. Некоторые растения отращивают длинные сильные корни, которые достают до влажных слоев почвы и грунтовых вод, а также в условиях недостатка влаги, приспособились получать влагу из воздуха и росы. Для этого они используют наземные части (листья, ствол). Растения, которые приспособились к меньшему количеству воды называют ксерофитами.

При переизбытке влаги у растений в процессе адаптации возникает особая форма листьев, образуются желобки по краю листа, также у растений можно заметить продольно-складчатую поверхность листа. Чтобы избавиться от лишней внутренней влаги организмы могут использовать гидатоды (устьица, которые выделяют влагу в виде капель на поверхность листьев). Адаптировавшиеся растения к избытку воды называют гигрофитами.

Так как вода играет большую роль для жизнедеятельности растений, при переизбытке или недостатки у растений какие-то органы становятся более активные, а некоторые пассивнее [4].