Reakcie na nepriaznivé faktory prostredia len za určitých podmienok sú pre živé organizmy škodlivé a vo väčšine prípadov majú adaptačnú hodnotu. Preto tieto reakcie Selye nazval „všeobecný adaptačný syndróm“. V neskorších dielach používal pojmy „stres“ a „všeobecný adaptačný syndróm“ ako synonymá.
Adaptácia- ide o geneticky podmienený proces tvorby ochranných systémov, ktoré zabezpečujú zvýšenie stability a priebeh ontogenézy v pre ňu nepriaznivých podmienkach.
Adaptácia je jedným z najdôležitejších mechanizmov, ktorý zvyšuje stabilitu biologického systému vrátane rastlinného organizmu v zmenených podmienkach existencie. Čím lepšie je organizmus na nejaký faktor adaptovaný, tým je odolnejší voči jeho výkyvom.
Genotypicky určená schopnosť organizmu meniť metabolizmus v určitých medziach v závislosti od pôsobenia vonkajšie prostredie volal reakčná rýchlosť. Je riadený genotypom a je charakteristický pre všetky živé organizmy. Väčšina modifikácií, ktoré sa vyskytujú v medziach reakčnej normy, má adaptačný význam. Zodpovedajú zmenám biotopu a poskytujú lepšie prežitie rastlín v kolísavých podmienkach prostredia. V tomto ohľade majú takéto modifikácie evolučný význam. Termín "rýchlosť reakcie" zaviedol V.L. Johannsen (1909).
Čím väčšia je schopnosť druhu alebo odrody modifikovať sa v súlade s prostredím, tým väčšia je rýchlosť jeho reakcie a tým vyššia je schopnosť prispôsobiť sa. Táto vlastnosť rozlišuje odolné odrody poľnohospodárskych plodín. Mierne a krátkodobé zmeny environmentálnych faktorov spravidla nevedú k výraznému narušeniu fyziologických funkcií rastlín. Je to spôsobené ich schopnosťou udržiavať relatívnu dynamickú rovnováhu. vnútorné prostredie a stabilitu základných fyziologických funkcií v meniacom sa prostredí. Ostré a dlhotrvajúce nárazy zároveň vedú k narušeniu mnohých funkcií rastliny a často k jej smrti.
Adaptácia zahŕňa všetky procesy a adaptácie (anatomické, morfologické, fyziologické, behaviorálne atď.), ktoré zvyšujú stabilitu a prispievajú k prežitiu druhu.
1.Anatomické a morfologické úpravy. U niektorých predstaviteľov xerofytov dosahuje dĺžka koreňového systému niekoľko desiatok metrov, čo umožňuje rastline využívať podzemnú vodu a nezažiť nedostatok vlhkosti v podmienkach pôdy a atmosférického sucha. U iných xerofytov prítomnosť hrubej kutikuly, pubescencia listov a premena listov na tŕne znižujú straty vody, čo je veľmi dôležité v podmienkach nedostatku vlhkosti.
Horiace chlpy a tŕne chránia rastliny pred zjedením zvieratami.
Stromy v tundre alebo vo vysokých horských výškach vyzerajú ako skrčené plazivé kríky, v zime sú pokryté snehom, ktorý ich chráni pred silnými mrazmi.
V horských oblastiach s veľkými dennými teplotnými výkyvmi majú rastliny často podobu sploštených vankúšov s husto rozmiestnenými početnými stonkami. To vám umožní udržať vlhkosť vo vnútri vankúšov a relatívne rovnomernú teplotu počas dňa.
V močiarnych a vodných rastlinách sa vytvára špeciálny vzduchonosný parenchým (aerenchým), ktorý je vzduchojemom a uľahčuje dýchanie častí rastlín ponorených do vody.
2. Fyziologické a biochemické adaptácie. U sukulentov je adaptáciou na pestovanie v púštnych a polopúštnych podmienkach asimilácia CO2 počas fotosyntézy pozdĺž dráhy CAM. Tieto rastliny majú cez deň uzavreté prieduchy. Rastlina tak chráni vnútorné zásoby vody pred vyparovaním. V púšti je voda hlavným faktorom obmedzujúcim rast rastlín. Prieduchy sa otvárajú v noci a v tomto čase CO 2 vstupuje do fotosyntetických tkanív. K následnému zapojeniu CO2 do fotosyntetického cyklu dochádza počas dňa už pri uzavretých prieduchoch.
Fyziologické a biochemické úpravy zahŕňajú schopnosť prieduchov otvárať sa a zatvárať v závislosti od vonkajších podmienok. Syntéza kyseliny abscisovej, prolínu, ochranných proteínov, fytoalexínov, fytoncídov v bunkách, zvýšenie aktivity enzýmov, ktoré pôsobia proti oxidačnému rozkladu organických látok, akumulácia cukrov v bunkách a rad ďalších zmien v metabolizme prispievajú k zvýšenie odolnosti rastlín voči nepriaznivým podmienkam prostredia.
Rovnakú biochemickú reakciu môže uskutočniť niekoľko molekulárnych foriem toho istého enzýmu (izoenzýmov), pričom každá izoforma vykazuje katalytickú aktivitu v relatívne úzkom rozsahu niektorých parametrov prostredia, ako je teplota. Prítomnosť množstva izoenzýmov umožňuje rastline uskutočniť reakciu v oveľa širšom rozsahu teplôt v porovnaní s každým jednotlivým izoenzýmom. To umožňuje rastline úspešne vykonávať životne dôležité funkcie v meniacich sa teplotných podmienkach.
3. Adaptácie správania alebo vyhýbanie sa nepriaznivým faktorom. Príkladom sú efeméry a efemeroidy (mak, hviezdica, krokusy, tulipány, snežienky). Prechádzajú celým cyklom svojho vývoja na jar 1,5-2 mesiacov, ešte pred nástupom tepla a sucha. Tak nejako odchádzajú, alebo sa vyhýbajú pádu pod vplyvom stresora. Podobným spôsobom tvoria skoré odrody poľnohospodárskych plodín úrodu pred nástupom nepriaznivých sezónnych javov: augustové hmly, dažde, mrazy. Preto je výber mnohých poľnohospodárskych plodín zameraný na vytváranie skorých zrelých odrôd. Viacročné rastliny prezimujú ako odnože a cibuľky v pôde pod snehom, ktorý ich chráni pred vymrznutím.
Adaptácia rastlín na nepriaznivé faktory prebieha súčasne na mnohých úrovniach regulácie - od jednej bunky až po fytocenózu. Čím vyššia je úroveň organizácie (bunka, organizmus, populácia), tým väčší je počet mechanizmov súčasne zapojených do adaptácie rastlín na stres.
Regulácia metabolických a adaptačných procesov vo vnútri bunky sa uskutočňuje pomocou systémov: metabolických (enzymatických); genetické; membrána. Tieto systémy spolu úzko súvisia. Vlastnosti membrán teda závisia od aktivity génov a rozdielna aktivita samotných génov je pod kontrolou membrán. Syntéza enzýmov a ich aktivita sú riadené na genetickej úrovni, zároveň enzýmy regulujú metabolizmus nukleových kyselín v bunke.
Na úrovni organizmu k bunkovým mechanizmom adaptácie sa pridávajú nové, odrážajúce interakciu orgánov. Rastliny v nepriaznivých podmienkach vytvárajú a zachovávajú také množstvo ovocných prvkov, ktoré sú v dostatočnom množstve zásobené potrebnými látkami na tvorbu plnohodnotných semien. Napríklad v súkvetiach pestovaných obilnín a v korunách ovocné stromy za nepriaznivých podmienok môže odpadnúť viac ako polovica položených vaječníkov. Takéto zmeny sú založené na konkurenčných vzťahoch medzi orgánmi o fyziologicky aktívne látky a živiny.
V stresových podmienkach sa procesy starnutia a padania spodných listov prudko zrýchľujú. V čom potrebné pre rastliny látky sa z nich presúvajú do mladých orgánov, reagujúc na stratégiu prežitia organizmu. Vďaka recyklácii živín zo spodných listov zostávajú mladšie, horné listy, životaschopné.
Existujú mechanizmy regenerácie stratených orgánov. Napríklad povrch rany je pokrytý sekundárnym kožným tkanivom (periderm rany), rana na trupe alebo konári sa hojí návalmi (mozole). So stratou apikálneho výhonku sa v rastlinách prebúdzajú spiace púčiky a intenzívne sa rozvíjajú bočné výhonky. Jarná obnova lístia namiesto opadaného na jeseň je tiež príkladom prirodzenej regenerácie orgánov. Regenerácia ako biologické zariadenie, ktoré zabezpečuje vegetatívne rozmnožovanie rastlín segmentmi koreňa, podzemku, stélky, stonky a odrezky listov, izolované bunky, jednotlivé protoplasty, má veľký praktický význam pre pestovanie rastlín, ovocinárstvo, lesníctvo, okrasné záhradníctvo a pod.
Hormonálny systém sa podieľa aj na procesoch ochrany a adaptácie na úrovni rastlín. Napríklad pod vplyvom nepriaznivých podmienok v rastline sa prudko zvyšuje obsah rastových inhibítorov: etylénu a kyseliny abscisovej. Znižujú metabolizmus, inhibujú rastové procesy, urýchľujú starnutie, pád orgánov a prechod rastliny do kľudového stavu. Inhibícia funkčnej aktivity pri strese pod vplyvom rastových inhibítorov je charakteristickou reakciou pre rastliny. Zároveň sa znižuje obsah rastových stimulantov v tkanivách: cytokinínu, auxínu a giberelínu.
Na úroveň populácie pridáva sa selekcia, čo vedie k objaveniu sa adaptovanejších organizmov. Možnosť selekcie je daná existenciou vnútropopulačnej variability odolnosti rastlín voči rôznym faktorom prostredia. Príkladom vnútropopulačnej premenlivosti rezistencie môže byť nepriateľský vzhľad semenáčikov na zasolenej pôde a zvýšenie kolísania času klíčenia so zvýšeným pôsobením stresora.
Druh v modernom pohľade pozostáva z veľkého počtu biotypov - menších ekologických jednotiek, geneticky identických, ale vykazujúcich rôznu odolnosť voči environmentálnym faktorom. V rôznych podmienkach nie sú všetky biotypy rovnako vitálne a v dôsledku konkurencie ostávajú len tie z nich, ktoré najlepšie spĺňajú dané podmienky. To znamená, že odolnosť populácie (odrody) voči určitému faktoru je určená odolnosťou organizmov, ktoré tvoria populáciu. rezistentné odrody majú vo svojom zložení súbor biotypov, ktoré poskytujú dobrú produktivitu aj v nepriaznivých podmienkach.
Zároveň sa v procese dlhodobého pestovania pri odrodách mení zloženie a pomer biotypov v populácii, čo ovplyvňuje úrodnosť a kvalitu odrody, často nie k lepšiemu.
Adaptácia teda zahŕňa všetky procesy a úpravy, ktoré zvyšujú odolnosť rastlín voči nepriaznivým podmienkam prostredia (anatomické, morfologické, fyziologické, biochemické, behaviorálne, populačné atď.).
Aby sme si však vybrali najefektívnejší spôsob adaptácie, hlavnou vecou je čas, počas ktorého sa telo musí prispôsobiť novým podmienkam.
Pri náhlom pôsobení extrémneho činiteľa sa reakcia nedá oddialiť, musí nasledovať okamžite, aby sa vylúčilo nezvratné poškodenie rastliny. Pri dlhodobých dopadoch malej sily postupne dochádza k adaptívnym prestavbám, pričom sa zvyšuje výber možných stratégií.
V tomto ohľade existujú tri hlavné adaptačné stratégie: evolučné, ontogenetické A súrne. Úlohou stratégie je efektívne využitie dostupných zdrojov na dosiahnutie hlavného cieľa – prežitia organizmu v záťaži. Adaptačná stratégia je zameraná na udržanie štrukturálnej integrity životne dôležitých makromolekúl a funkčnej aktivity bunkových štruktúr, udržanie systémov regulácie životnej aktivity a zásobovanie rastlín energiou.
Evolučné alebo fylogenetické adaptácie(fylogenéza - vývoj biologického druhu v čase) - sú to adaptácie, ktoré vznikajú počas evolučného procesu na základe genetických mutácií, selekcie a sú dedené. Sú najspoľahlivejšie na prežitie rastlín.
Každý druh rastlín v procese evolúcie vyvinul určité potreby pre podmienky existencie a adaptability na ekologickú niku, ktorú zaberá, stabilnú adaptáciu organizmu na životné prostredie. Dlhodobým pôsobením príslušných podmienok sa u konkrétnych druhov rastlín vytvorila odolnosť voči vlhku a tieňu, tepelná odolnosť, mrazuvzdornosť a ďalšie ekologické vlastnosti. Teplomilné a krátkodenné rastliny sú teda charakteristické pre južné zemepisné šírky, menej náročné na teplo a rastliny s dlhým dňom sú charakteristické pre severné zemepisné šírky. Mnohé evolučné adaptácie xerofytných rastlín na sucho sú dobre známe: hospodárne využívanie vody, hlboký koreňový systém, opadanie listov a prechod do kľudového stavu a ďalšie adaptácie.
V tomto ohľade odrody poľnohospodárskych rastlín vykazujú odolnosť práve voči tým environmentálnym faktorom, proti ktorým sa uskutočňuje šľachtenie a výber produktívnych foriem. Ak selekcia prebieha vo viacerých po sebe nasledujúcich generáciách na pozadí neustáleho vplyvu nejakého nepriaznivého faktora, potom sa odolnosť odrody voči nemu môže výrazne zvýšiť. Je prirodzené, že odrody chovných výskumných ústavov poľnohospodárstvo Juhovýchod (Saratov) sú odolnejšie voči suchu ako odrody vytvorené v šľachtiteľských centrách moskovského regiónu. Tak isto sa v ekologických zónach s nepriaznivými pôdnymi a klimatickými podmienkami vytvorili odolné lokálne odrody rastlín a endemické druhy rastlín sú odolné voči stresoru, ktorý sa prejavuje na ich stanovišti.
Charakterizácia odolnosti odrôd jarnej pšenice zo zbierky Všeruského inštitútu rastlinného priemyslu (Semenov et al., 2005)
| Rozmanitosť | Pôvod | Udržateľnosť |
| Enita | Moskovská oblasť | Stredne odolná voči suchu |
| Saratovská 29 | Saratovský región | odolný voči suchu |
| Kométa | Sverdlovská oblasť. | odolný voči suchu |
| Karazino | Brazília | odolný voči kyselinám |
| Predohra | Brazília | odolný voči kyselinám |
| Kolonias | Brazília | odolný voči kyselinám |
| Thrintani | Brazília | odolný voči kyselinám |
| PPG-56 | Kazachstan | soľ tolerantná |
| Osh | Kirgizsko | soľ tolerantná |
| Surkhak 5688 | Tadžikistan | soľ tolerantná |
| Messel | Nórsko | Tolerantná soľ |
V prirodzenom prostredí sa podmienky prostredia zvyčajne veľmi rýchlo menia a čas, počas ktorého stresový faktor dosiahne škodlivú úroveň, nestačí na vytvorenie evolučných adaptácií. Rastliny v týchto prípadoch využívajú nie trvalé, ale stresorom vyvolané obranné mechanizmy, ktorých vznik je geneticky predurčený (determinovaný).
Ontogenetické (fenotypové) adaptácie nie sú spojené s genetickými mutáciami a nie sú zdedené. Tvorba takýchto adaptácií si vyžaduje pomerne dlhý čas, preto sa nazývajú dlhodobé adaptácie. Jedným z takýchto mechanizmov je schopnosť mnohých rastlín vytvoriť cestu fotosyntézy typu CAM šetriacu vodu v podmienkach nedostatku vody spôsobeného suchom, slanosťou, nízkymi teplotami a inými stresormi.
Táto adaptácia je spojená s indukciou expresie génu fosfoenolpyruvátkarboxylázy, ktorý je za normálnych podmienok neaktívny, a génov iných enzýmov CAM dráhy vychytávania CO2, s biosyntézou osmolytov (prolínu), s aktiváciou antioxidantu systémov a so zmenami v denných rytmoch stomatálnych pohybov. To všetko vedie k veľmi úspornej spotrebe vody.
V poľných plodinách, napríklad v kukurici, aerenchým za normálnych podmienok pestovania chýba. Ale v podmienkach zaplavenia a nedostatku kyslíka v tkanivách v koreňoch niektoré bunky primárnej kôry koreňa a stonky odumierajú (apoptóza alebo programovaná bunková smrť). Na ich mieste sa vytvárajú dutiny, cez ktoré sa transportuje kyslík z nadzemnej časti rastliny do koreňového systému. Signálom bunkovej smrti je syntéza etylénu.
Naliehavá adaptácia dochádza pri rýchlych a intenzívnych zmenách životných podmienok. Je založená na vytváraní a fungovaní systémov ochrany proti nárazom. Šokovať ochranné systémy patrí napríklad proteínový systém tepelného šoku, ktorý vzniká ako reakcia na rýchle zvýšenie teploty. Tieto mechanizmy zabezpečujú krátkodobé podmienky prežitia pri pôsobení poškodzujúceho faktora a vytvárajú tak predpoklady na vytvorenie spoľahlivejších dlhodobých špecializovaných adaptačných mechanizmov. Príkladom špecializovaných adaptačných mechanizmov je novotvorba nemrznúcich bielkovín pri nízkych teplotách alebo syntéza cukrov pri prezimovaní ozimín. Súčasne, ak škodlivý účinok faktora presahuje ochranné a reparačné schopnosti tela, potom nevyhnutne nastáva smrť. V tomto prípade organizmus odumiera v štádiu urgentného alebo v štádiu špecializovanej adaptácie v závislosti od intenzity a dĺžky pôsobenia extrémneho faktora.
Rozlišovať špecifické A nešpecifické (všeobecné) reakcie rastlín na stresory.
Nešpecifické reakcie nezávisia od povahy pôsobiaceho faktora. Sú rovnaké pri pôsobení vysokých a nízkych teplôt, nedostatku alebo prebytku vlahy, vysokých koncentrácií solí v pôde alebo škodlivých plynov v ovzduší. Vo všetkých prípadoch sa zvyšuje priepustnosť membrán v rastlinných bunkách, je narušené dýchanie, zvyšuje sa hydrolytický rozklad látok, zvyšuje sa syntéza etylénu a kyseliny abscisovej, inhibuje sa delenie a predlžovanie buniek.
V tabuľke je uvedený komplex nešpecifických zmien vyskytujúcich sa v rastlinách pod vplyvom rôznych faktorov prostredia.
Zmeny fyziologických parametrov u rastlín pod vplyvom stresových podmienok (podľa G.V., Udovenko, 1995)
| Parametre | Povaha zmeny parametrov za podmienok | |||
| suchá | slanosť | vysoká teplota | nízka teplota | |
| Koncentrácia iónov v tkanivách | rastie | rastie | rastie | rastie |
| Aktivita vody v bunke | Padať dole | Padať dole | Padať dole | Padať dole |
| Osmotický potenciál bunky | rastie | rastie | rastie | rastie |
| Kapacita zadržiavania vody | rastie | rastie | rastie | — |
| Nedostatok vody | rastie | rastie | rastie | — |
| Priepustnosť protoplazmy | rastie | rastie | rastie | — |
| Rýchlosť transpirácie | Padať dole | Padať dole | rastie | Padať dole |
| Účinnosť transpirácie | Padať dole | Padať dole | Padať dole | Padať dole |
| Energetická účinnosť dýchania | Padať dole | Padať dole | Padať dole | — |
| Intenzita dýchania | rastie | rastie | rastie | — |
| Fotofosforylácia | Znižuje sa | Znižuje sa | — | Znižuje sa |
| Stabilizácia jadrovej DNA | rastie | rastie | rastie | rastie |
| Funkčná aktivita DNA | Znižuje sa | Znižuje sa | Znižuje sa | Znižuje sa |
| Koncentrácia prolínu | rastie | rastie | rastie | — |
| Obsah vo vode rozpustných bielkovín | rastie | rastie | rastie | rastie |
| Syntetické reakcie | Potlačené | Potlačené | Potlačené | Potlačené |
| Príjem iónov koreňmi | Potlačené | Potlačené | Potlačené | Potlačené |
| Transport látok | Depresívne | Depresívne | Depresívne | Depresívne |
| Koncentrácia pigmentu | Padať dole | Padať dole | Padať dole | Padať dole |
| bunkové delenie | spomaluje | spomaluje | — | — |
| Natiahnutie buniek | Potlačené | Potlačené | — | — |
| Počet ovocných prvkov | Znížený | Znížený | Znížený | Znížený |
| Starnutie orgánov | Zrýchlené | Zrýchlené | Zrýchlené | — |
| biologický zber | Znížená úroveň | Znížená úroveň | Znížená úroveň | Znížená úroveň |
Na základe údajov v tabuľke je vidieť, že odolnosť rastlín voči viacerým faktorom je sprevádzaná jednosmernými fyziologickými zmenami. To dáva dôvod domnievať sa, že zvýšenie odolnosti rastlín voči jednému faktoru môže byť sprevádzané zvýšením odolnosti voči druhému. To bolo potvrdené experimentmi.
Pokusy v Ústave fyziológie rastlín Ruskej akadémie vied (Vl. V. Kuznecov a spol.) ukázali, že krátkodobá tepelné spracovanie rastliny bavlníka je sprevádzané zvýšením ich odolnosti voči následnej salinizácii. A prispôsobenie rastlín slanosti vedie k zvýšeniu ich odolnosti voči vysokým teplotám. Tepelný šok zvyšuje schopnosť rastlín adaptovať sa na následné sucho a naopak, v procese sucha sa zvyšuje odolnosť organizmu voči vysokej teplote. Krátkodobé vystavenie vysokým teplotám zvyšuje odolnosť proti ťažkým kovom a UV-B žiareniu. Predchádzajúce sucho podporuje prežitie rastlín v podmienkach slanosti alebo chladu.
Proces zvyšovania odolnosti organizmu voči danému faktoru prostredia v dôsledku adaptácie na faktor inej povahy sa nazýva tzv. krížová adaptácia.
Na štúdium všeobecných (nešpecifických) mechanizmov rezistencie je veľmi zaujímavá reakcia rastlín na faktory, ktoré spôsobujú nedostatok vody v rastlinách: slanosť, sucho, nízke a vysoké teploty a niektoré ďalšie. Na úrovni celého organizmu reagujú všetky rastliny na nedostatok vody rovnako. Charakterizované inhibíciou rastu výhonkov, zvýšeným rastom koreňového systému, syntézou kyseliny abscisovej a znížením vodivosti prieduchov. Po určitom čase spodné listy rýchlo starnú a pozoruje sa ich smrť. Všetky tieto reakcie sú zamerané na zníženie spotreby vody znížením odparovacej plochy, ako aj zvýšením absorpčnej aktivity koreňa.
Špecifické reakcie sú reakcie na pôsobenie akéhokoľvek jedného stresového faktora. Fytoalexíny (látky s antibiotickými vlastnosťami) sa teda syntetizujú v rastlinách v reakcii na kontakt s patogénmi (patogénmi).
Špecifickosť alebo nešpecifickosť reakcií implikuje na jednej strane postoj rastliny k rôznym stresorom a na druhej strane špecifickosť reakcií rastlín. rôzne druhy a odrody pre rovnaký stresor.
Prejav špecifických a nešpecifických reakcií rastlín závisí od sily stresu a rýchlosti jeho rozvoja. Špecifické reakcie sa vyskytujú častejšie, ak sa stres vyvíja pomaly a telo má čas na prebudovanie a prispôsobenie sa mu. Nešpecifické reakcie sa zvyčajne vyskytujú s kratším a silnejším účinkom stresora. Fungovanie mechanizmov nešpecifickej (všeobecnej) rezistencie umožňuje rastline vyhnúť sa veľkým energetickým výdavkom na vytvorenie špecializovaných (špecifických) adaptačných mechanizmov v reakcii na akúkoľvek odchýlku od normy v ich životných podmienkach.
Odolnosť rastlín voči stresu závisí od fázy ontogenézy. Najstabilnejšie rastliny a rastlinné orgány v kľudovom stave: vo forme semien, cibúľ; drevité trvalky – v stave hlbokého pokoja po opadaní listov. Rastliny sú najcitlivejšie v mladom veku, pretože v stresových podmienkach sa poškodzujú predovšetkým rastové procesy. Druhým kritickým obdobím je obdobie tvorby gamét a oplodnenia. Vplyv stresu v tomto období vedie k zníženiu reprodukčnej funkcie rastlín a zníženiu úrody.
Ak sa stresové podmienky opakujú a majú nízku intenzitu, prispievajú k otužovaniu rastlín. To je základom metód na zvýšenie odolnosti voči nízkym teplotám, teplu, slanosti a zvýšenému obsahu škodlivých plynov vo vzduchu.
Spoľahlivosť rastlinného organizmu je určená jeho schopnosťou predchádzať alebo eliminovať zlyhania na rôznych úrovniach biologickej organizácie: molekulárnej, subcelulárnej, bunkovej, tkanivovej, orgánovej, organizačnej a populačnej.
Aby sa predišlo narušeniam života rastlín pod vplyvom nepriaznivých faktorov, zásady nadbytok, heterogenita funkčne ekvivalentných komponentov, systémy na opravu stratených štruktúr.
Redundancia štruktúr a funkčnosti je jedným z hlavných spôsobov zabezpečenia spoľahlivosti systémov. Nadbytočnosť a nadbytočnosť má viacero prejavov. Na subcelulárnej úrovni k zvýšeniu spoľahlivosti rastlinného organizmu prispieva rezervácia a duplikácia genetického materiálu. To zabezpečuje napríklad dvojitá špirála DNA, zvýšením ploidie. Spoľahlivosť fungovania rastlinného organizmu v meniacich sa podmienkach podporuje aj prítomnosť rôznych mediátorových molekúl RNA a tvorba heterogénnych polypeptidov. Patria sem izoenzýmy, ktoré katalyzujú rovnakú reakciu, ale líšia sa svojimi fyzikálno-chemickými vlastnosťami a stabilitou molekulárnej štruktúry v meniacich sa podmienkach prostredia.
Na bunkovej úrovni je príkladom redundancie nadbytok bunkových organel. Zistilo sa teda, že časť dostupných chloroplastov je dostatočná na to, aby rastline poskytla produkty fotosyntézy. Zvyšné chloroplasty takpovediac zostávajú v rezerve. To isté platí pre celkový obsah chlorofylu. Redundancia sa prejavuje aj veľkou akumuláciou prekurzorov pre biosyntézu mnohých zlúčenín.
Na organizačnej úrovni sa princíp redundancie prejavuje tvorbou a kladením v rôznych časoch väčšieho počtu výhonkov, kvetov, kláskov, ako je potrebné na zmenu generácií, v obrovskom množstve peľu, vajíčok, semien.
Na populačnej úrovni sa princíp redundancie prejavuje u veľkého počtu jedincov, ktorí sa líšia odolnosťou voči určitému stresovému faktoru.
Opravné systémy tiež fungujú na rôznych úrovniach – molekulárnej, bunkovej, organizmovej, populačnej a biocenotickej. Reparačné procesy prebiehajú s výdajom energie a plastových látok, preto je oprava možná len pri zachovaní dostatočnej rýchlosti metabolizmu. Ak sa metabolizmus zastaví, zastaví sa aj reparácia. V extrémnych podmienkach vonkajšieho prostredia je dôležité najmä zachovanie dýchania, keďže práve dýchanie poskytuje energiu pre reparačné procesy.
Redukčná schopnosť buniek adaptovaných organizmov je určená odolnosťou ich proteínov voči denaturácii, konkrétne stabilitou väzieb, ktoré určujú sekundárnu, terciárnu a kvartérnu štruktúru proteínu. Napríklad odolnosť zrelých semien voči vysokým teplotám je zvyčajne spojená s tým, že po dehydratácii sa ich bielkoviny stanú odolnými voči denaturácii.
Hlavným zdrojom energetického materiálu ako substrátu pre dýchanie je fotosyntéza, preto zásobovanie bunky energiou a súvisiace reparačné procesy závisia od stability a schopnosti fotosyntetického aparátu zotaviť sa z poškodenia. Na udržanie fotosyntézy v extrémnych podmienkach v rastlinách sa aktivuje syntéza zložiek tylakoidnej membrány, inhibuje sa oxidácia lipidov a obnoví sa ultraštruktúra plastidu.
Na organizačnej úrovni je príkladom regenerácie vývoj náhradných výhonkov, prebudenie spiacich púčikov pri poškodení rastových bodov.
Ak nájdete chybu, zvýraznite časť textu a kliknite Ctrl+Enter.
Vo vyšších rastlinách je voda prijímaná z pôdy koreňovým systémom, prenášaná spolu s rozpustenými látkami do jednotlivých orgánov a buniek a vylučovaná transpirácia. V metabolizme vody vo vyšších rastlinách pri fotosyntéze sa spotrebuje asi 5 % vody, zvyšok ide na kompenzáciu vyparovania a udržiavanie osmotického tlaku.
Voda prichádzajúca z pôdy do rastlín sa takmer úplne vyparí cez povrch listov. Tento jav sa nazýva transpirácia. transpirácia - ojedinelý jav v suchozemských ekosystémoch, ktorý zohráva významnú úlohu v energetike ekosystémov. Rast rastlín vo veľkej miere závisí od transpirácie. Ak je vlhkosť vzduchu príliš vysoká, ako napríklad v tropickom lese, kde sa relatívna vlhkosť blíži k 100 %, stromy omráčia. V týchto lesoch je väčšina vegetácie zastúpená epifytmi, zrejme kvôli nedostatku „transpiračného ťahu“.
Pomer rastu rastlín (čistá produkcia) k množstvu transpirovanej vody sa nazýva účinnosť transpirácie. Vyjadruje sa v gramoch sušiny na 1000 g transpirovanej vody. Pre väčšinu druhov poľnohospodárskych plodín a voľne rastúcich druhov rastlín je účinnosť transpirácie rovná alebo menšia ako 2. U rastlín odolných voči suchu (cirok, proso) je to 4. V púštnej vegetácii nie je oveľa vyššia, keďže ich adaptácia je neprejavuje sa v znížení transpirácie, ale v schopnosti zastaviť rast v neprítomnosti vody. V období sucha tieto rastliny zhadzujú listy alebo, podobne ako kaktusy, blízko denná stomata.
Rastliny suchého podnebia sa prispôsobujú morfologickým zmenám, redukcii vegetatívnych orgánov, najmä listov.
Adaptácie zvierat
|
Zvieratá strácajú vlhkosť odparovaním, ako aj vylučovaním konečných produktov metabolizmu. Strata vody u zvierat je kompenzovaná jej príjmom s jedlom a nápojmi. (n napr. väčšina obojživelníkov, niektorý hmyz a roztoče). Väčšina púštnych zvierat nikdy nepije, svoje potreby uspokojujú vodou z potravy. Iní ho absorbujú cez kožu tela v kvapalnom alebo parnom stave.. |
|
V nepriaznivých podmienkach si zvieratá často samy regulujú svoje správanie tak, aby sa vyhli nedostatku vlahy: sťahujú sa na miesta chránené pred vysychaním, vedú nočný spôsob života. Mnohé živočíchy neopúšťajú podmáčané biotopy. Ostatné zvieratá dostávajú vodu v procese oxidácie tukov. Napríklad ťava, a hmyz - ryža a chochlačka a iné. |
Klasifikácia organizmov vo vzťahu k vlhkosti prostredia
Hydatofyty sú vodné rastliny.
Hydrofyty sú suchozemsko-vodné rastliny.
Hygrofyty sú suchozemské rastliny, ktoré žijú v podmienkach vysokej vlhkosti.
Mezofyty sú rastliny, ktoré rastú v miernej vlhkosti.
Xerofyty sú rastliny, ktoré rastú s nedostatočnou vlhkosťou. Tie sa zase delia na:
Sukulenty sú sukulentné rastliny (kaktusy).
Sklerofyty sú rastliny s úzkymi a malými listami a zložené do tubulov.
zrážky,úzko súvisia s vlhkosťou vzduchu, sú výsledkom kondenzácie a kryštalizácie vodnej pary vo vysokých vrstvách atmosféry. V povrchovej vrstve vzduchu sa tvorí rosa a hmla a pri nízkych teplotách sa pozoruje kryštalizácia vlhkosti - padá mráz.
Jednou z hlavných fyziologických funkcií každého organizmu je udržiavanie primeranej hladiny vody v tele. V procese evolúcie si organizmy vyvinuli rôzne úpravy na získavanie a hospodárne využívanie vody, ako aj na obdobie sucha. Niektoré púštne živočíchy získavajú vodu z potravy, iné oxidáciou včas uložených tukov (napríklad ťava, schopná zo 100 g tuku biologickou oxidáciou získať 107 g metabolickej vody); zároveň majú minimálnu vodnú priepustnosť vonkajšej vrstvy tela, prevažne nočný spôsob života a pod. Pri periodickej suchosti je charakteristický prechod do kľudového stavu s minimálnou rýchlosťou metabolizmu. Pozemné rastliny získavajú vodu hlavne z pôdy. Nízke zrážky, rýchle odvodnenie, intenzívne vyparovanie alebo kombinácia týchto faktorov vedie k vysychaniu a nadmerná vlhkosť vedie k podmáčaniu a podmáčaniu pôd.
Vlahová bilancia závisí od rozdielu medzi množstvom zrážok a množstvom vody odparenej z povrchov rastlín a pôdy, ako aj transpiráciou.
4. Vplyv koncentrácie biogénnych prvkov, slanosti, pH, plynného zloženia prostredia, prúdov a vetra, gravitácie, elektromagnetických polí na organizmy.
Biogénne prvky chemické prvky, ktoré sú neustále zahrnuté v zložení organizmov a majú určitý biologický význam. V prvom rade je to kyslík (tvorí 70 % hmotnosti organizmov), uhlík (18 %), vodík (10 %), vápnik, dusík, draslík, fosfor, horčík, síra, chlór, sodík a železo. Tieto prvky sú súčasťou všetkých živých organizmov, tvoria ich objem a zohrávajú dôležitú úlohu v životných procesoch.
Mnohé prvky majú veľký význam len pre určité skupiny živých bytostí (napríklad bór je potrebný pre rastliny, vanád pre ascidiánov atď.). Obsah určitých prvkov v organizmoch závisí nielen od ich druhovej charakteristiky, ale aj od zloženia prostredia, potravy (najmä u rastlín - od koncentrácie a rozpustnosti niektorých pôdnych solí), ekologických vlastností organizmu a iných faktory. Prvky, ktoré sú neustále obsiahnuté v organizmoch cicavcov, možno podľa ich vedomostí a významu rozdeliť do 3 skupín: prvky tvoriace biologicky aktívne zlúčeniny (enzýmy, hormóny, vitamíny, pigmenty), sú nepostrádateľné; prvky, ktorých fyziologická a biochemická úloha je málo pochopená alebo neznáma.
Slanosť
Výmena vody je úzko spojená s výmenou soli. Má osobitný význam pre vodné organizmy ( hydrobionty).
Všetky vodné organizmy sa vyznačujú prítomnosťou vodopriepustných vrstiev tela, preto je rozdiel v koncentrácii solí rozpustených vo vode a solí, ktoré určujú osmotický tlak v bunkách tela, prúd. vytvára osmotický Smeruje k väčšiemu tlaku .
Hydrobionty žijúce v morských a sladkovodných ekosystémoch vykazujú výrazné rozdiely v prispôsobení sa koncentrácii solí rozpustených vo vodnom prostredí.
Vo väčšine morských organizmov je koncentrácia intracelulárnej soli blízka koncentrácii v morskej vode.
Akákoľvek zmena vonkajšej koncentrácie vedie k pasívnej zmene osmotického prúdu.
Vnútrobunkový osmotický tlak sa mení podľa zmeny koncentrácie solí vo vodnom prostredí. Takéto organizmy sú tzv poikiloosmotický.
Patria sem všetky nižšie rastliny (vrátane modrozelených rias, siníc), väčšina morských bezstavovcov.
Rozsah tolerancie voči zmenám koncentrácie soli v týchto organizmoch je malý; sú spravidla bežné v morských ekosystémoch s relatívne konštantnou slanosťou.
Do ďalšej skupiny vodných organizmov patria tzv homoiosmotický.
Sú schopné aktívne regulovať osmotický tlak a udržiavať ho na určitej úrovni bez ohľadu na zmeny koncentrácie solí vo vode, preto sa nazývajú aj tzv. osmoregulátory.
Patria sem vyššie raky, mäkkýše, vodný hmyz. Osmotický tlak vo vnútri ich buniek nezávisí od chemickej povahy solí rozpustených v cytoplazme. Je to spôsobené celkovým množstvom rozpustených častíc (iónov). Aktívna regulácia iónov zabezpečuje v osmoregulátoroch relatívnu stálosť vnútorného prostredia, ako aj schopnosť selektívne extrahovať jednotlivé ióny z vody a akumulovať ich v bunkách tela.
Úlohy osmoregulácie v sladkej vode sú opačné ako úlohy v morskej vode.
o sladkovodné organizmy koncentrácia vnútrobunkových solí je vždy vyššia ako v prostredí.
Osmotický prúd je vždy nasmerovaný dovnútra buniek a tieto typy sú homoiosmotický.
Dôležitým mechanizmom na udržanie ich homeostázy voda-soľ je aktívny prenos iónov proti koncentračnému gradientu.
U niektorých vodných živočíchov sa tento proces uskutočňuje na povrchu tela, ale hlavné miesto pre takýto aktívny transport je špeciálne útvary – žiabre.
V niektorých prípadoch krycie útvary bránia prenikaniu vody cez kožu, napríklad šupiny, škrupiny, hlien; potom dochádza k aktívnemu odstraňovaniu vody z tela pomocou špecializovaných vylučovacích orgánov.
Metabolizmus voda-soľ u rýb je zložitejší proces, ktorý si vyžaduje samostatné zváženie. Tu len poznamenávame, že sa to deje podľa nasledujúcej schémy:
Voda sa do tela dostáva osmoticky cez žiabre a sliznicu tráviaceho traktu a prebytočná voda sa vylučuje obličkami. Filtračno-reabsorpčná funkcia obličiek sa môže meniť v závislosti od pomeru osmotických tlakov vodného prostredia a telesných tekutín. Vďaka aktívnemu transportu iónov a schopnosti osmoregulácie, mnoho sladkovodných organizmov, vrátane rýb , prispôsobené životu v brakickej a dokonca aj morskej vode.
Suchozemské organizmy majú v tej či onej miere špecializované štrukturálne a funkčné formácie, ktoré zabezpečujú metabolizmus voda-soľ. Sú známe mnohé varianty zariadenia na zloženie soli prostredia a jeho zmeny u obyvateľov súše. Tieto prispôsobenia sa stávajú rozhodujúcimi, keď je voda limitujúcim faktorom života. Napríklad obojživelníky, žijú vo vlhkých suchozemských biotopoch kvôli zvláštnostiam metabolizmu voda-soľ, ktoré sú podobné výmene u sladkovodných živočíchov. Tento typ adaptácie sa zrejme zachoval v priebehu evolúcie pri prechode z vodného prostredia na suchozemský.
Pre rastliny V suchých (suchých) zónach má vysoký obsah soli v pôde veľký význam v xerofytických podmienkach.
Tolerancia soli sa u rôznych druhov rastlín výrazne líši. Žijú na slaných pôdach halofyty- rastliny, ktoré znášajú vysoké koncentrácie solí.
V tkanivách akumulujú až 10% solí, čo vedie k zvýšeniu osmotického tlaku a prispieva k efektívnejšiemu vstrebávaniu vlhkosti zo zasolených pôd.
Niektoré rastliny odstraňujú prebytočné soli prostredníctvom špeciálnych útvarov na povrchu listu, iné majú schopnosť viazať soli s organickými látkami.
pH strednej reakcie
Rozmiestnenie a počet organizmov výrazne závisí od reakcie pôdy alebo vodného prostredia.
Znečistenie ovzdušia spaľovaním fosílnych palív (najčastejšie oxidu siričitého) má za následok usadzovanie suchých acidogénnych častíc a zrážky, čo je v podstate slabá kyselina siričitá. Spad takýchto „kyslých dažďov“ spôsobuje acidifikáciu rôznych environmentálnych objektov. Teraz sa problém „kyslých dažďov“ stal globálnym.
Účinok okyslenia sa zníži na nasledujúce:
Pokles pH pod 3, ako aj zvýšenie nad 9 má za následok poškodenie koreňovej protoplazmy väčšiny cievnatých rastlín.
Zmena pH pôdy spôsobuje zhoršenie nutričných podmienok : dostupnosť biogénnych prvkov pre rastliny klesá.
Pokles pH na 4,0 - 4,5 v pôdnych alebo dnových sedimentoch vo vodných ekosystémoch spôsobuje rozklad ílových hornín (hlinitosilikátov), v dôsledku čoho sa prostredie stáva toxickým v dôsledku prenikania hliníkových iónov (Al) do vody.
Železo a mangán, potrebné pre normálny rast a vývoj rastlín, sa pri nízkom pH stávajú toxickými v dôsledku prechodu na iónovú formu.
Hranice odolnosti voči okysleniu pôdy sa líšia od rastliny k rastline, ale len niekoľko rastlín môže rásť a rozmnožovať sa pri pH pod 4,5.
Pri vysokých hodnotách pH, teda pri alkalizácii, sa vytvárajú aj nepriaznivé podmienky pre život rastlín. V alkalických pôdach sú železo, mangán a fosfáty prítomné vo forme zle rozpustných zlúčenín a sú pre rastliny zle dostupné.
Acidifikácia vodných ekosystémov má prudký negatívny vplyv na biotu. Zvýšená kyslosť pôsobí negatívne v troch smeroch:
porušenie osmoregulácie, aktivity enzýmov (majú optimálne pH), výmena plynov;
toxické účinky kovových iónov;
poruchy v potravinových reťazcoch, zmeny v stravovaní a dostupnosti potravín.
V sladkovodných ekosystémoch hrá vápnik rozhodujúcu úlohu v reakcii prostredia, ktoré spolu s oxidom uhličitým určuje stav karbonátového systému vodných útvarov.
Prítomnosť iónov vápnika je dôležitá aj pre správanie ďalších zložiek, ako je železo.
Vstup vápnika do vody je spojený s anorganickým uhlíkom uhličitanových hornín, z ktorých sa vyplavuje.
Plynové zloženie biotopu
Pre mnohé druhy organizmov, tak baktérie, ako aj vyššie živočíchy a rastliny, je limitujúcim faktorom koncentrácia kyslíka a oxidu uhličitého, ktorých je v atmosférickom vzduchu 21 % a 0,03 % objemu.
Zároveň je v suchozemských ekosystémoch zloženie vnútorného vzdušného prostredia – atmosférického vzduchu – relatívne konštantné. .
Vo vodných ekosystémoch sa množstvo a zloženie plynov rozpustených vo vode značne líši.
KYSLÍK
Vo vodných útvaroch – jazerách a nádržiach bohatých na organické látky – sa kyslík stáva faktorom obmedzujúcim oxidačné procesy, a preto nadobúda prvoradý význam.
Voda obsahuje oveľa menej kyslíka ako atmosférický vzduch a rozdiely v jej obsahu sú spojené s výraznými výkyvmi teploty a rozpustených solí.
Rozpustnosť kyslíka vo vode sa zvyšuje s klesajúcou teplotou a klesá so zvyšujúcou sa slanosťou. .
Celkové množstvo kyslíka vo vode pochádza z dvoch zdrojov:
z atmosférického vzduchu (difúziou)
z rastlín (ako produkt fotosyntézy).
Fyzikálny proces difúzie zo vzduchu je pomalý a závisí od pohybu vetra a vody.
Prísun kyslíka pri fotosyntéze je určený intenzitou difúzneho procesu, ktorá závisí predovšetkým od osvetlenia a teploty vody.
Z týchto dôvodov sa množstvo kyslíka rozpusteného vo vode veľmi mení počas dňa, v rôznych ročných obdobiach a tiež sa líši v rôznych fyziografických a klimatických podmienkach.
OXID UHLIČITÝ
Oxid uhličitý nie je vo vodných ekosystémoch taký dôležitý ako kyslík.
Jeho rozpustnosť vo vode je vysoká.
Vzniká v dôsledku dýchania živých organizmov, rozkladu mŕtvych zvyškov zvierat a rastlín.
Kyselina uhličitá vznikajúca vo vode reaguje s vápencami, pričom vznikajú uhličitany a hydrogénuhličitany.
Uhličitanový systém oceánov slúži ako hlavný zásobník oxidu uhličitého v biosfére a ako nárazník, ktorý udržuje koncentráciu vodíkových iónov na úrovni blízkej neutrálnej.
Vo všeobecnosti sú pre všetky živé bytosti kyslík a oxid uhličitý nepochybne limitujúce faktory existencie. Rozsahy hodnôt týchto faktorov, ktoré sa vyvinuli v priebehu evolúcie, sú pomerne úzke.
Koncentrácie kyslíka potrebné na dýchanie sú celkom konštantné a v priebehu vývoja boli pevne stanovené.
Homeostáza je zabezpečená stálosťou parametrov vnútorného prostredia organizmov; obsah kyslíka a oxidu uhličitého v rôznych tkanivách a orgánoch sa udržiava na relatívne konštantnej úrovni.
Uhličitanový systém telesných tekutín slúži ako dobrý nárazník pre homeostázu.
prúdenie, vietor
vodné prúdy:
Globálne (morské) a miestne.
globálne:
Podieľať sa na distribúcii organizmov.
Určite klimatické podmienky v mnohých oblastiach planéty (golfský prúd)
Miestne:
Ovplyvňujú zloženie plynu média (vody) (zvyšuje sa koncentrácia kyslíka).
Zvýšený prietok vo vodných útvaroch spôsobuje zvýšenie produktivity komunity. Tichá voda vytvára stresujúce podmienky, zatiaľ čo tečúca voda vytvára dodatočný zdroj energie, ktorý zvyšuje produktivitu.
Prispieť ku vzniku komplexu morfologických úprav, ktoré stoja proti toku (?).
Vzduchové prúdy (vetry):
Vietor je limitujúcim faktorom, ktorý obmedzuje šírenie mnohých živočíchov (hmyz).
Hrá dôležitú úlohu pri migrácii hmyzu. Vzostupné prúdy vzduchu zachytávajú malý hmyz na 1-2 km a potom ich vietor prenáša na veľké vzdialenosti.
Čím silnejší je vietor, tým viac sa smer migrácie zhoduje so smerom vetra (jastraby, vošky a kvetinové muchy na Svalbarde).
Vietor ovplyvňuje rozšírenie hmyzu po biotope (čistinky, okraje, za kríkmi, za stromami, vietor je slabší).
Určuje možnosť letu a aktivitu väčšiny lietajúcich živočíchov (hmyz, vtáky). Útočná aktivita dvojkrídlovcov sajúcich krv.
Ovplyvňuje distribúciu látok používaných zvieratami ako stimulanty sexuálneho správania (najmä feromóny u hmyzu). Vôňa samičky atď.
Obmedzuje rast rastlín (trpasličie rastliny v tundre alebo na vysokohorských lúkach). Ale vplyv má aj teplota.
Určuje znaky migračného a trofického správania vtákov (vzletný let, migrácia malých vtákov).
Gravitačná sila
Gravitácia ovplyvňuje formovanie a fyziológiu veľkých zvierat (biomechanika). Jeden z určujúcich faktorov pre existenciu života na Zemi.
Gravitácia môže slúžiť ako signálny faktor hmyzu, ako ukazovateľ smeru v otvorenom priestore. ( negatívny geotropizmus). Zdvíhanie stonky (proti gravitačnému gradientu - to je túžba po svetle, teple, slobode (najmä po lietaní). Pokusy s hladnými kobylkami v klietkach, kde je potrava na dne (za potravou sa potopili až po niekoľkých hodinách) .
Pozitívny geotropizmus pozorované u pôdnych zvierat (Gilyarovove pokusy s hmyzom v suchej a vlhkej pôde v klietkach. Hoci bola pôda suchá, aj tak sa plazili dole a tam uhynuli).
Geotropizmus sa môže sezónne meniť v závislosti od biotopov a podmienok zimovania (podkôrové ploštice teraz dole, potom hore).
ELEKTROMAGNETICKÉ POLIA ZEME
1. Veľa zemných chrobákov využíva na navigáciu a navigáciu v noci zemské magnetické pole.
2. Mnohí sa orientujú a pohybujú pod uhlom alebo rovnobežne s geomagnetickými čiarami, pričom ich využívajú na orientáciu (včely, chrobáky, chrobáky májové.
3. Za normálnych podmienok sa aktivujú vizuálne a iné orientačné body a v prípade ich absencie mechanizmy magnetickej orientácie.
5. Pojem limitujúcich faktorov. „Zákon J. Liebiga“. Zákon tolerancie. Závislosť celkového metabolizmu a jeho intenzity od telesnej hmotnosti. Pravidlo Allena, Bergmana, Glogera. Klasifikácia zdrojov. ekologická nika. Vlastnosti výklenku.
V oceánoch je napríklad rozvoj života limitovaný najmä nedostatkom dusíka a fosforu. Preto každý výstup na povrch spodných vôd obohatených o tieto minerálne prvky má priaznivý vplyv na rozvoj života. Toto je obzvlášť výrazné v tropických a subtropických oblastiach.
J. Liebigov zákon minima
Živý organizmus v prírodných podmienkach je súčasne vystavený vplyvu nie jedného, ale mnohých environmentálnych faktorov. Okrem toho telo vyžaduje akýkoľvek faktor v určitých množstvách / dávkach. Liebig zistil, že vývoj rastliny alebo jej stav nezávisí od tých chemických prvkov, ktoré sú v pôde prítomné v dostatočnom množstve, ale od tých, ktorých nestačí. Ak
z ktorejkoľvek, aspoň jedna zo živín v pôde je menej, ako tieto rastliny vyžadujú, potom sa bude vyvíjať abnormálne, pomaly alebo má patologické odchýlky.
Zákon minima J. LIBICHA je koncept, podľa ktorého existenciu a výdrž organizmu určuje najslabší článok v reťazci jeho ekologických potrieb.
Životné možnosti organizmov sú podľa zákona minima limitované tými faktormi prostredia, ktorých množstvo a kvalita sa blížia minimu požadovanému organizmom alebo ekosystémom.
Shelfordov zákon tolerancie- zákon, podľa ktorého existenciu druhu určujú obmedzujúce faktory, ktoré sú nielen v minime, ale aj v maxime.
Zákon tolerancie rozširuje Liebigov zákon minima.
Znenie
„Obmedzujúcim faktorom prosperity organizmu môže byť minimum aj maximum vplyvu prostredia, pričom rozmedzie medzi nimi určuje stupeň odolnosti (tolerancie) organizmu voči tomuto faktoru.
Akýkoľvek nadbytok alebo nedostatok obmedzuje rast a vývoj organizmov a populácií.
Zákon tolerancie doplnil v roku 1975 Y. Odum.
Organizmy môžu mať široký rozsah tolerancie pre jeden faktor a úzky rozsah pre iný.
Organizmy so širokým rozsahom tolerancie voči všetkým faktorom prostredia sú zvyčajne najčastejšie.
Ak podmienky pre jeden environmentálny faktor nie sú pre daný druh optimálne, potom sa rozsah tolerancie môže zúžiť vo vzťahu k iným environmentálnym faktorom (napríklad ak je obsah dusíka v pôde nízky, potom je pre obilniny potrebné viac vody)
Rozsahy tolerancie k jednotlivým faktorom a ich kombináciám sú rôzne.
Obdobie rozmnožovania je kritické pre všetky organizmy, preto práve v tomto období narastá počet limitujúcich faktorov.
Závislosť celkového metabolizmu a jeho intenzity od telesnej hmotnosti
Allenovo pravidlo - v ekológii - zákon, podľa ktorého sú vyčnievajúce časti tela teplokrvných živočíchov v chladnom podnebí kratšie ako v teplom, takže do okolia vydávajú menej tepla. Čiastočne platí Allenovo pravidlo aj pre výhonky vyšších rastlín.
Bergmanovo pravidlo- v ekológii - zákon, podľa ktorého u teplokrvných živočíchov podliehajúcich geografickej premenlivosti je telesná veľkosť jedincov štatisticky väčšia v populáciách žijúcich v chladnejších častiach druhového areálu.
Glogerovo pravidlo - v ekológii - zákon, podľa ktorého geografické preteky zvieratá v teplých a vlhkých oblastiach sú viac pigmentované ako v chladných a suchých oblastiach. Glogerovo pravidlo má v taxonómii zvierat veľký význam.
Zdroje - kvantitatívne vyjadrené zložky jeho životnej činnosti. Všetko, čo telo spotrebuje. Zdroje môžu byť organického a anorganického charakteru (živé a neživé). Dostupné a nedostupné. Nora, dutina, žena - to všetko sú zdroje. Zároveň sa kvantitatívne a kvalitatívne neustále mení dostupná zásoba všetkého, čo telo využíva a čo ho obklopuje. Toto všetko bude zdrojom.
Zdroje- látky, z ktorých sa telesá skladajú, energia využívaná pri procesoch, miesta, kde prebiehajú ich životné etapy. Existujú zdroje jedlo, sú tam energetické, priestorové.
Klasifikácia zdrojov (podľa Tilman -Tilman, 1982):
1. Základné zdroje
Ani jedno nemôže nahradiť to druhé. Rýchlosť rastu, ktorú možno dosiahnuť s prísunom zdroja 1, je výrazne obmedzená množstvom zdroja 2. Oligofágy.
(-1, +1, 0 – rýchlosť rastu biomasy)
2. Vymeniteľné zdroje. Ktorýkoľvek z nich môže byť úplne nahradený iným. Polyfágy. Pri akomkoľvek tempe rastu je vždy potrebné množstvo akéhokoľvek zdroja. Keď jeden klesá, treba viac druhého a naopak.
3. Doplnkové (komplementárne) Pri spoločnej spotrebe týchto zdrojov organizmom sú potrebné menej ako pri samostatnej spotrebe (na dosiahnutie rovnakého tempa rastu).
4. Antagonistický. Pri spoločnej spotrebe je tempo rastu menšie ako pri oddelenej spotrebe zdrojov. Jedovaté rastliny sú potravou bylinožravcov.
5. Inhibičný. Sú to nenahraditeľné zdroje, no pri vysokých koncentráciách sú antagonistami
Úloha 1. Adaptácia rastlín na šírenie semien
Zistite, ako sa rastliny prispôsobili šíreniu semien hmyzom, vtákmi, cicavcami a ľuďmi. Vyplňte tabuľku.
Adaptácie rastlín na šírenie semien
|
№ p/p |
rastlinné druhy |
Hmyz |
Vtáky |
Cicavec výživné |
Ľudské |
|
kultúrne | |||||
|
cítil | |||||
|
tripartita | |||||
|
nezabudni na mňa | |||||
|
Lopúch obyčajný |
Aké vlastnosti majú semená rastlín uvedených v tabuľke, ktoré prispievajú k šíreniu semien metódami, ktoré ste našli? Uveďte konkrétne príklady.
Interakciu dvoch populácií možno teoreticky znázorniť ako párové kombinácie symbolov „+“, „-“, „0“, kde „+“ znamená prínos pre obyvateľstvo, „-“ – zhoršenie stavu populácie, tj. , poškodenie a "0" - absencia významných zmien v interakcii. Pomocou navrhovanej symboliky definujte typy interakcie, uveďte príklady vzťahov a vytvorte tabuľku v notebooku.
Biotické vzťahy
|
vzťahy |
Symbolické označenie |
Definícia vzťahy |
Príklady vzťahy tohto typu |
1. Pomocou didaktického materiálu vytvorte potravnú sieť ekosystému jazera.
2. Za akých podmienok sa jazero dlho nezmení?
3. Aké činy ľudí môžu viesť k rýchlej deštrukcii ekosystému jazera?
Individuálna úloha k modulu „Od ekológie organizmov k ekológii ekosystémov“ 6. možnosť
Úloha 1. Adaptácia živých organizmov na extrémne životné podmienky
Mnohé organizmy počas svojho života pravidelne zažívajú vplyv faktorov, ktoré sú veľmi odlišné od optima. Musia znášať extrémne horúčavy, mrazy, letné suchá, vysychanie vodných plôch a nedostatok potravy. Ako sa adaptujú na takéto extrémne podmienky, keď je bežný život veľmi ťažký? Uveďte príklady hlavných spôsobov prispôsobenia sa prenosu nepriaznivých životných podmienok
Úloha 2. Biotické vzťahy.
Určte z grafov, k akým dôsledkom môže viesť vzťah medzi dvoma blízko príbuznými druhmi organizmov žijúcimi v rovnakej ekologickej nike? Ako sa volá tento vzťah? Vysvetlite odpoveď.
Obr.11. Nárast počtu dvoch typov nálevníkov (1 - papučka s chvostom, 2 - papučka zlatá):
A - pri pestovaní v čistých kultúrach s veľkým množstvom potravy (baktérie); B - v zmiešanej kultúre, s rovnakým množstvom potravy
Úloha 3. Prírodné ekosystémy južného Uralu
1. Tvorí potravinovú sieť riečneho ekosystému.
2. Za akých podmienok sa rieka dlho nezmení?
3. Aké činy ľudí môžu viesť k rýchlej deštrukcii riečneho ekosystému?
4. Opíšte trofickú štruktúru ekosystému pomocou ekologických pyramíd hojnosti, biomasy a energie.
(podľa N. Greena a kol., 1993)
| Adaptácia | Príklady | ||
| Zníženie straty vody | |||
| Listy sú premenené na ihličie alebo ostne Ponorené prieduchy Listy zvinuté do valca Hrubá vosková kutikula Hrubá stonka s skvelý prístup objem na povrch Chlpaté listy Opadanie listov počas sucha Prieduchy otvorené v noci a zatvorené cez deň Účinná fixácia CO2 v noci, keď nie sú prieduchy úplne otvorené Vylučovanie dusíka vo forme kyseliny močovej Predĺžená Henleho slučka v obličkách Tkanivá sú tolerantné vysokých teplôt v dôsledku zníženého potenia alebo transpirácie Zvieratá sa ukrývajú v norách Dýchacie otvory pokryté ventilmi | Cactaceae, Euphorbiaceae (pryšec), ihličnaté stromy Pinus, Ammophila Ammophila Listy väčšiny xerofytov, hmyz Cactaceae, Euphorbiaceae („sukulenty“) Mnoho vysokohorských rastlín Fouguieria splendens Crassulaceae C-4 rastliny, napr Zea mays Hmyz, vtáky a niektoré plazy Púštne cicavce, púštne rastliny ťava Mnoho malých púštnych cicavcov, ako napríklad púštna krysa Mnoho hmyzu | ||
| Zvýšte absorpciu vody | |||
| Rozsiahly plytký koreňový systém a hlboko prenikajúce korene Dlhé korene Kopanie chodieb k vode | Niektoré Cactaceae, ako napríklad Opuntia a Euphorbiaceae Mnohé vysokohorské rastliny, ako napríklad plesnivec (Leontopodium alpinum) termity | ||
| skladovanie vody | |||
| V slizniciach a bunkových stenách v špecializovanom močovom mechúre Vo forme tuku (voda je produktom oxidácie) | Cactaceae a Euphorbiaceae Púštna žaba Púštna krysa | ||
| Fyziologická odolnosť voči strate vody | |||
| Viditeľná dehydratácia zostáva životaschopná Strata významnej časti telesnej hmotnosti a rýchle zotavenie pomocou dostupnej vody | Niektoré epifytické papraďorasty a machovky, veľa machorastov a lišajníkov, ostrica Carex physoides Lumbricus terrestris (stratí až 70 % hmoty), ťava (stratí až 30 %) | ||
Koniec tabuľky 4.9
Kombinované pôsobenie teploty
A vlhkosť
Zohľadňovanie jednotlivých environmentálnych faktorov nie je konečným cieľom ekologického výskumu, ale spôsobom, ako pristupovať k zložitým environmentálnym problémom, poskytnúť komparatívne hodnotenie dôležitosti rôznych faktorov pôsobiacich spoločne v reálnych ekosystémoch.
Teplota a vlhkosť sú hlavnými klimatickými faktormi a úzko spolu súvisia (obr. 4.19).
Ryža. 4.19. Vplyv teploty na relatívnu vlhkosť
vzduch (podľa B. Nebela, 1993)
Pri konštantnom množstve vody vo vzduchu sa relatívna vlhkosť zvyšuje s poklesom teploty. Ak sa vzduch ochladí pod bod nasýtenia vodou (100 %), dochádza ku kondenzácii a zrážaniu. Pri zahrievaní klesá jeho relatívna vlhkosť. Kombinácia teploty a vlhkosti často zohráva rozhodujúcu úlohu pri rozmiestnení vegetácie a živočíchov. Interakcia teploty a vlhkosti závisí nielen od relatívnej, ale aj od ich absolútnej hodnoty. Napríklad teplota má výraznejší vplyv na organizmy v podmienkach vlhkosti blízkej kritickej, to znamená, ak je vlhkosť veľmi vysoká alebo veľmi nízka. Vlhkosť tiež zohráva kritickejšiu úlohu pri teplotách blízkych extrémom. Preto rovnaké druhy organizmov v rôznych geografických oblastiach uprednostňujú rôzne biotopy. Áno, podľa predvláda, zriadil V. V. Alekhin (1951) pre vegetáciu, na juhu rozšírené druhy rastú na severných svahoch a na severe ich nájdeme len na južných (obr. 4.20).
Ryža. 4.20. Schéma pravidla očakávania (podľa V.V. Alekhina, 1951):
1 - severný druh žijúci na pahorkatine, na juhu prechádzajúci do svahov severnej expozície a do trámov; 2 - južný druh, vyskytujúci sa na severe na najteplejších svahoch južnej expozície
Princípy odhalené pre zvieratá zmena biotopu(G. Ya. Bei-Bienko, 1961) a princíp zmeny úrovne(M. S. Gilyarov, 1970), kde sú mezofilné druhy v strede areálu, na severe si vyberajú suchšie miesta a na juhu - vlhkejšie miesta alebo sa presúvajú z suchozemského životného štýlu do podzemného, ako mnoho fytofágneho hmyzu. Čím slabší vplyv podnebia sa prejavuje v konkrétnych biotopoch, ktoré si druh vyberie, tým väčšiu má schopnosť žiť v rôznych klimatických podmienkach. Druh si vyberá kombináciu faktorov najvhodnejších pre jeho ekologickú valenciu zmenou svojho biotopu, a tak prekonáva klimatické hranice.
Vzťah medzi teplotou a vlhkosťou dobre odzrkadľujú klimatické diagramy zostavené podľa Walther-Gossen metóda, na ktorej sa v určitej mierke porovnáva ročný chod teploty vzduchu s priebehom zrážok (obr. 4.21).
Ryža. 4.21. Klimatický diagram podľa Waltera-Gossena pre Odesu
(podľa G. Waltera, 1968):
a - výška nad hladinou mora; b - počet rokov pozorovania teploty (prvá číslica) a zrážok (druhá číslica); c - priemerná ročná teplota; d - priemerné ročné zrážky v mm, d - priemerné denné minimum najchladnejšieho mesiaca; e je absolútne minimum; w - priemerné denné maximum najteplejšieho mesiaca; h - absolútne maximum; a - krivka priemerných mesačných teplôt; k - krivka priemerných mesačných zrážok (pomer 10°=20 mm); l - rovnaké (pomer 10°=30 mm); m - obdobie sucha; n - polosuché obdobie; o - obdobie mokra; n - mesiace s priemernou dennou minimálnou teplotou pod 0°C; p - mesiace s absolútnou minimálnou teplotou pod 0°C, c - obdobie bez mrazu. Na úsečke - mesiace
Klimatické diagramy je možné zostaviť pre jednotlivé roky a ich postupným a súvislým usporiadaním za sebou získate klimatogram. Extrémne suché alebo extrémne chladné roky sa dajú ľahko vysledovať na klimatogramoch, čo je veľmi užitočné pri určovaní vhodnosti kombinácií teploty a vlhkosti v oblastiach, kde sa očakáva výskyt rastlín alebo lovnej zveri.
Atmosféra
Ako už bolo uvedené, naša planéta Zem sa líši od ostatných planét prítomnosťou vzduchového obalu, atmosféry a atmosférického vzduchu. Atmosférický vzduch je zmesou rôznych plynov. Obsahuje 78,08 % dusíka, 20,9 % kyslíka, 0,93 % argónu, 0,03 % oxidu uhličitého, ostatné plyny (hélium, metán, neón, xenón, radón atď.) asi 0,01 %.
Význam atmosférického vzduchu pre živé organizmy je obrovský a rôznorodý. Je zdrojom kyslíka pre dýchanie a oxidu uhličitého pre fotosyntézu. Chráni živé organizmy pred škodlivým kozmickým žiarením, pomáha uchovávať teplo na Zemi.
Atmosféra je dôležitou súčasťou ekosféry, s ktorou ju spájajú biogeochemické cykly vrátane plynných zložiek. Sú to cykly uhlíka, dusíka, kyslíka a vody. Tiež veľký význam fyzikálne vlastnosti atmosféru. Vzduch teda kladie len nepatrný odpor pohybu a nemôže slúžiť ako opora pre suchozemské organizmy, ktoré priamo ovplyvňovali ich štruktúru. V tom istom čase začali niektoré skupiny zvierat využívať let ako dopravný prostriedok. Treba si hlavne uvedomiť, že v atmosfére prebieha neustála cirkulácia vzdušných hmôt, ktorej energiu dodáva Slnko (obr. 4.22).
Ryža. 4.22. Zjednodušená schéma všeobecného obehu
vzduchové hmotnosti atmosféry:
1 - teplý vzduch; 2 - chladený vzduch; 3 - zóny vysoký tlak; CE - pasáty; SD - prevládajúce juhozápadné vetry; GH - polárne severovýchodné vetry
Výsledkom cirkulácie je prerozdelenie vodných pár, keďže ich atmosféra na jednom mieste (kde sa voda vyparuje) zachytáva, na inom mieste (kde padajú zrážky) odovzdáva a odovzdáva. Ak sa do atmosféry dostanú plyny, vrátane škodlivín, ako je oxid siričitý v priemyselných oblastiach, potom ich systém atmosférickej cirkulácie prerozdelí a budú vypadávať na iných miestach rozpustené v dažďovej vode (obr. 4.23).
Vietor v interakcii s inými faktormi prostredia môže ovplyvniť vývoj vegetácie, predovšetkým stromov rastúcich na otvorených plochách. To zvyčajne vedie k zastaveniu rastu a sklonu k vetru.
Vietor zohráva významnú úlohu pri šírení spór, semien a pod., rozširuje možnosti šírenia imobilných organizmov – rastlín, húb a niektorých baktérií. Vietor môže ovplyvniť aj migráciu lietajúcich zvierat.
Ryža. 4.23. Hydrologický cyklus a skladovanie vody
(podľa E. A. Kriksunova a kol., 1995)
Ďalšou črtou atmosféry je jej tlak, ktorý s nadmorskou výškou klesá. Evolúcia živých organizmov na našej planéte prebiehala pri atmosférickom tlaku 760 mm Hg na hladine mora a považuje sa to za „normálne“. S nárastom výšky, napríklad keď ľudia lezú na hory, môže dôjsť k stavu v dôsledku nedostatočného nasýtenia krvi kyslíkom. hypoxia alebo anoxie. Vzniká tak, že so stúpajúcou nadmorskou výškou klesá parciálny tlak kyslíka, ale aj ostatných plynov obsiahnutých v atmosférickom vzduchu. V nadmorskej výške 5450 m je atmosférický tlak polovičný ako pri hladine mora. A hoci tu vzduch obsahuje rovnaké percento kyslíka, jeho koncentrácia na jednotku objemu je polovičná.
V rastlinách sa za týchto podmienok zvyšuje transpirácia, čo si vyžadovalo rozvoj adaptácií na šetrenie vodou, ako napríklad v mnohých vysokohorských rastlinách.
Topografia
Topografia(reliéf) sa vzťahuje na orografické faktory a úzko súvisí s inými abiotickými faktormi, aj keď nepatria k takým priamym faktorom prostredia ako svetlo, teplo, voda a pôda. Hlavným topografickým (orografickým) faktorom je výška. S nadmorskou výškou klesajú priemerné teploty, zvyšuje sa denný teplotný rozdiel, zvyšuje sa množstvo zrážok, rýchlosť vetra a intenzita žiarenia, klesá atmosférický tlak a koncentrácia plynov. Zvýšenie úrovne terénu na každých 100 m je teda sprevádzané poklesom teploty vzduchu asi o 0,6 ° C.
V závislosti od veľkosti foriem je topografia alebo reliéf rozdelená do niekoľkých rád: makroreliéf(hory, medzihorské nížiny, nížiny), mezoreliéf(kopce, rokliny, hrebene, ponory, stepné „talíre“ atď.) a mikroreliéf(malé priehlbiny, nepravidelnosti, vyvýšenia pri stonke a pod.), to všetko má vplyv na rastliny a živočíchy. V dôsledku toho sa vertikálne zónovanie stalo samozrejmosťou (obrázok 4.24).
Ryža. 4.24. Diagram znázorňujúci zhodu medzi po sebe idúcimi
vertikálne a horizontálne vegetačné pásma:
1 - tropický, pásmo (zóna tropického lesa); 2 - mierne pásmo (pásmo listnatých a ihličnaté lesy); 3 - alpínske pásmo (pásmo bylinnej vegetácie, machov a lišajníkov); 4 - polárna zóna (zóna snehu a ľadu)
Pohoria môžu slúžiť ako klimatické bariéry. Vlhký vzduch sa pri stúpaní nad hory ochladzuje a spôsobuje zrážky Vysoké číslo zrážky na náveterných svahoch.
Na záveternej strane pohoria sa vytvára takzvaný „dažďový tieň“, je tu suchší vzduch, padá menej zrážok, vytvárajú sa púštne podmienky, keď sa vzduch zostupuje, ohrieva sa a absorbuje vlhkosť z pôdy.
Ovplyvňuje živé organizmy. Pre väčšinu stavovcov je horná hranica života asi 6,0 km. Pokles tlaku s výškou má za následok zníženie prísunu kyslíka a dehydratáciu zvierat v dôsledku zvýšenia dychovej frekvencie. O niečo odolnejšie sú článkonožce (chvosty, roztoče, pavúky), ktoré sa vyskytujú na ľadovcoch nad hranicou vegetácie. Vysokohorské rastliny sa vyznačujú squatovým rastom. Vo všetkých vysokohorských oblastiach zemegule prevládajú poddimenzované plazivé kry a kríky (obr. 4.25), poduškovité a rozetové trváce trávy, bahnité trávy a ostrice, machy a lišajníky.
Ryža. 4.25. Juniper Turkestan - na svahoch hrebeňa
Terekei-Alatau (podľa I. G. Serebryakova, 1955):
A - stromovitá forma (lúčno-lesný pás, 2900 m n. m.); B - elf (subalpínsky pás, 3200 m n. m.)
Charakteristickým morfologickým znakom mnohých alpínskych podrepníkov, ako sú kríky a trpasličí kroviny, je výrazná prevaha podzemnej hmoty oproti nadzemnej.
Nízky vzrast vysokohorských rastlín súvisí s adaptáciou na nízke teploty a s formujúcim účinkom žiarenia, ktoré je bohaté na krátkovlnnú časť spektra, ktorá brzdí rastové procesy. V anatomickej štruktúre alpských rastlín existuje množstvo znakov, ktoré prispievajú k ochrane pred nadmerným žiarením, sú spojené s povahou vodného režimu a metabolizmu v horských oblastiach: zhrubnutie krycích tkanív, ktoré odolávajú silnému vetru atď. Rastliny žijúce na skalách prechádzajú zmenami smerom k xeromorfóze: veľkosť buniek sa znižuje a hustota tkaniva sa zvyšuje, počet prieduchov na jednotku povrchu listu sa zvyšuje, ich veľkosť sa zmenšuje. U druhov žijúcich blízko roztopená voda alebo iných zdrojov vlhkosti, listy sú väčšie a xeromorfné znaky sú menej výrazné.
Nízke teploty a silné svetlo podporujú tvorbu veľkého množstva antokyanov, preto sú kvety hlboké, bohaté tóny farby. Kombinácia malých listov s malým vzrastom a veľkými pestrofarebnými kvetmi je charakteristickým znakom mnohých vysokohorských rastlín.
Charakteristickým znakom fyziológie a biochémie vysokohorských rastlín je zvýšenie intenzity oxidačno-redukčných procesov, zvýšenie aktivity enzýmov, ktoré sa na nich podieľajú (kataláza, peroxidáza atď.), A nižšie teplotné optimum pre ich prácu. než v nížinných rastlinách.
Dýchanie vysokohorských rastlín je odolné voči nepriaznivým účinkom, spravidla dochádza k zvýšeniu dýchania a následne k zvýšeniu energie uvoľnenej pri rozklade komplexných zlúčenín. Podľa moderných koncepcií ide o jeden z fyziologických základov adaptácie rastlín na extrémne podmienky.
Pri výstupe do hôr sa mení aj sezónny vývoj rastlín. Takže na jar, pri výstupe na hory, je možné vidieť vývoj toho istého druhu v nasledujúcom poradí: v nízkohorskej zóne - kvitnutie, v priemere - pučenie, ešte vyššie - začiatok vegetačného obdobia a, nakoniec už len vzhľad po roztopení snehu. Na jeseň pri výstupe do hôr pozorujeme zrýchlený nástup jesenných fenofáz: sfarbenie olistenia, opad listov, odumieranie nadzemných častí. U rastlín je zreteľné skrátenie vegetačného obdobia.
Spolu s nadmorskou výškou má pre živé organizmy veľký význam aj expozícia a strmosť svahov.
Na severnej pologuli južne orientované horské svahy dopadá viac slnečného žiarenia, intenzita svetla a teplota sú tu vyššie ako na dne doliny a na svahoch severnej expozície. Na južnej pologuli je situácia opačná. To má výrazný vplyv na prirodzenú vegetáciu aj na pôdu využívanú ľuďmi. Napríklad široké štrbiny medzi skalami nad Dunajom vo východnom Srbsku, chránené pred vetrom a s hydratačným účinkom rieky, prispeli k zachovaniu mnohých vzácnych, reliktných a endemických druhov rastlín, medzi nimi aj „lieska medvedia“ – Corylus colurna, Orech- Juglans regia, orgován (divoká forma) - Syringa vulgaris atď.
Strmé svahy sa vyznačujú rýchlym odvodňovaním a eróziou pôdy. Pôdy sú tu zvyčajne riedke a suchšie, s xeromorfnou vegetáciou. Pri sklone presahujúcom 35 ° sa netvorí pôda, nie je tam žiadna vegetácia, sutiny sú vytvorené zo sypkého materiálu.
Iné fyzikálne faktory
Medzi ďalšie fyzikálne faktory obklopujúce živé organizmy na Zemi patrí hlavne atmosférická elektrina, oheň, hluk, magnetické pole Zeme, ionizujúce žiarenie.
atmosférickej elektriny pôsobí na živé organizmy výbojmi a ionizáciou vzduchu. Známy je napríklad ničivý účinok blesku, keď zasiahne veľké stromy a zvieratá. Existujú určité vzorce vo frekvencii poškodenia rôznych druhov stromov bleskom. To je spojené ako s tvarom koruny, tak aj s elektricky vodivými vlastnosťami kôry, napríklad s rýchlosťou jej zmáčania. Podľa frekvencie úderov bleskom sú na prvom mieste smrek a borovica, potom breza a oveľa zriedkavejšie je poškodzovaná osika. Blesk spôsobuje mechanické poškodenie stromov (rozštiepenie kmeňov, praskliny), stratu veľkých stromov, čím ovplyvňuje štruktúru lesného porastu, často spôsobuje požiare. Asi 21 % lesných požiarov v Rusku vzniká v dôsledku bleskov počas búrok.
Úloha atmosférických elektrických výbojov spočíva aj v tom, že počas búrky syntetizujú oxidy dusíka zo vzdušného dusíka a kyslíka, ktoré sa dostávajú do pôdy s dažďovou vodou a hromadia sa v nej od 4 do 10 kg za rok na 1 hektár vo forme dusičnanov. a kyselina dusičná.
Vplyv ionizácie vzduchu na ľudí, zvieratá a rastliny ešte nie je dostatočne preskúmaný. Zároveň bol spoľahlivo stanovený priamy vzťah medzi blahom človeka a prítomnosťou ľahkých iónov vo vzduchu. Existuje názor, že ionizácia vzduchu slúži materiálnej schopnosti niektorých rastlín „predpovedať počasie“ (pokles fotosyntézy a dýchania, uzavretie prieduchov a zastavenie transpirácie pred búrkou dlho pred pádom atmosferický tlak). Experimentálne bol dokázaný vplyv slabého prúdu na koreňový systém niektorých rastlín. Napríklad u sadeníc smreka a borovice sa fytomasa zvyšuje o 100-120%. Zistilo sa, že pôsobením smerovaného elektrického poľa je možné regulovať rýchlosť pohybu látok vo vnútri stromu a tým aj rýchlosť jeho rastu.
Oheň v živote rastlín a zvierat - pomerne zriedkavý, ale veľmi účinný faktor. Požiare, napríklad v lesoch, ako už bolo spomenuté, sa môžu vyskytnúť prirodzene v dôsledku úderu blesku, ako aj vinou človeka, jeho činností. Preto sa oheň pripisuje prírodným environmentálnym faktorom aj antropogénnym faktorom.
Vážne následky majú nielen korunové lesné požiare, ktoré pokrývajú celý lesný porast, ale aj lesné požiare, ktoré ničia prízemnú vegetáciu, podrast, spodné konáre stromov, často aj koreňový systém. Zvieratá umierajú. Požiare spôsobujú okrem škôd priamo od požiaru aj znehodnocovanie lesného porastu. Rast sa znižuje. Oslabené stromy sú náchylnejšie na huby, ako je hniloba dreva, ktoré ľahko prenikajú cez „rany od ohňa“ a sú napadnuté škodcami.
Lesné požiare výrazne menia životné podmienky rastlín a živočíchov. Počas požiaru v ihličnatých lesoch teplota dosahuje 800-900 ° C, v pôde v hĺbke 3,5 cm - až 95 ° C, v hĺbke 7 cm - až 70 "C. V suchých lesoch sa používa odpad a pôdny humus takmer úplne vyhorí.minerálne častice vrchnej vrstvy pôdy sú spekané Vznikajú hrudky alebo sklovitá kôra, ktoré ťažko prenikajú do vzduchu, vody a koreňov Pôda je silne zhutnená Horením organických kyselín a uvoľňovanie zásad, kyslosť pôdy prudko klesá, v horných horizontoch hodnota pH často dosahuje silne zásadité Od vysokej teploty sa vrchné vrstvy pôdy sterilizujú - odumiera pôdna mikroflóra, v hlbších vrstvách sa mení jej zloženie, skupiny najdôležitejšie pre život rastlín sú vyčerpané. V pôdach ihličnatých lesov po požiaroch tak prevláda činnosť mikroorganizmov, ktoré spôsobujú fermentáciu kyseliny maslovej a denitrifikáciu.
Po lesných požiaroch dochádza k prudkej zmene podmienok v rastlinných spoločenstvách (presvetlenie, zmeny teplôt a iných faktorov mikroklímy), najmä pri zániku lesného porastu, čo vedie k tomu, že v budúcnosti sa vyhorené plochy osídľujú druhovo živých organizmov s rôznymi adaptačnými vlastnosťami, ktoré pomáhajú znášať oheň a prežiť na kopcoch. Takže v rastlinách sú to hlboké podzemné púčiky obnovy, schopnosť semien zostať v pôde po dlhú dobu a odolávať vysoká teplota, mrazuvzdornosť, vysoká svetelná odolnosť a pod.
Zarastanie v spálených oblastiach má svoje vlastné charakteristiky. Pionierske machy sa objavujú na spálených miestach od spór nafúkaných vetrom, po troch až piatich rokoch je z machov najpočetnejší „ohnivý mach“ - Funaria hygrometrica. Z vyšších rastlín oheň rýchlo osídľuje Ivan-chai (Chamaenerion angustifolion). Postupné osídľovanie vyhorených plôch nastáva aj drevinovým porastom - vŕba, breza, osika a pod. (obr. 4.26).
Ryža. 4.26. Vplyv ohňa na vegetáciu stromových "kolíkov"
Transuralská lesostep (podľa D. F. Fedyunina, 1953):
A - pred požiarom; B - po požiari; B - jeden rok po požiari; 1 - vŕba; 2 - breza, 3 - osika
Stepné požiare ("popáleniny") môžu byť viac-menej pravidelné, spojené s ľudskou činnosťou a zohrávajú podstatnú úlohu v živote živých organizmov, niekedy pozitívne pre reguláciu rastu, obnovu, selekciu druhov a udržiavanie stáleho zloženia bylín.
Hluk ako prirodzený environmentálny faktor pre živé organizmy je nevýznamný, ale môže mať významný vplyv aj so zvýšenými antropogénnymi vplyvmi (hluk vznikajúci pri prevádzke vozidiel, zariadení priemyselných a domácich podnikov, ventilačných a plynových turbín a pod.) .
Hodnota akustického tlaku sa mení a normalizuje v decibeloch. Celý rozsah zvukov počuteľných pre ľudí je do 150 dB. Na našej planéte sa život organizmov odohráva vo svete zvukov. Ľudský sluchový orgán je napríklad prispôsobený určitým stálym alebo opakujúcim sa zvukom (sluchová adaptácia). Človek stráca schopnosť pracovať bez obvyklých zvukov. Silný hluk je pre ľudské zdravie ešte škodlivejší. Ľudia žijúci a pracujúci v nepriaznivých akustických podmienkach vykazujú známky zmien vo funkčnom stave centrálneho nervového a kardiovaskulárneho systému.
Štúdie preukázali vplyv hluku na rastlinné organizmy. Rastliny v blízkosti letísk, z ktorých neustále štartujú prúdové lietadlá, teda pociťujú inhibíciu rastu a dokonca je zaznamenané vymiznutie jednotlivých druhov. Množstvo vedeckých prác preukázalo tlmiaci účinok hluku (asi 100 dB s frekvenciou zvuku od 31,5 do 90 tis. Hz) na tabakové rastliny, kde sa zistilo zníženie intenzity rastu listov, predovšetkým u mladých rastlín. Pozornosť vedcov púta aj pôsobenie rytmických zvukov na rastliny. Štúdie o vplyve hudby na rastliny (kukurica, tekvica, petúnie, cínia, nechtík), ktoré v roku 1969 uskutočnil americký hudobník a spevák D. Retolak, ukázali, že rastliny pozitívne reagovali na Bachovu hudbu a indické hudobné melódie. Ich habitus, suchá hmotnosť biomasy boli najvyššie v porovnaní s kontrolou. A čo je najprekvapujúcejšie je, že ich stonky sa skutočne natiahli smerom k zdroju týchto zvukov. Zelené rastliny zároveň reagovali na rockovú hudbu a nepretržité rytmy bubnov znížením veľkosti listov a koreňov, znížením hmoty a všetky sa odklonili od zdroja zvuku, akoby sa chceli dostať preč od ničivého efekt hudby (obr. 4.27).
Ryža. 4.27. Druh rastlín po pôsobení rôznej hudby:
A - indické melódie (R. Shankar); B - hudba J.-S. Bach; B - rocková hudba (experimenty D. Retoláka, 1969)
Rastliny, rovnako ako ľudia, reagujú na hudbu ako integrálny živý organizmus. Ich citlivými „nervovými“ vodičmi sú podľa viacerých vedcov zväzky floému, meristém a excitabilné bunky nachádzajúce sa v rôznych častiach rastliny, prepojené bioelektrickými procesmi. Pravdepodobne aj táto skutočnosť je jedným z dôvodov podobnosti reakcie na hudbu u rastlín, zvierat a ľudí.
Magnetické pole Zeme. Naša planéta Zem má magnetické vlastnosti. Ihla kompasu je vždy orientovaná pozdĺž magnetického poludníka, pričom na jednom konci ukazuje na sever a na druhom na juh. Magnetológovia ukázali, že na vytvorenie pozorovateľného geomagnetického poľa v strede Zeme je potrebné umiestniť obrovský valcový magnet s priemerom 200 km a dĺžkou 4000 km. Os zemského magnetu je umiestnená v uhle 1,5" k osi rotácie Zeme, takže magnetické póly sa nezhodujú s geografickými. Časom magnetické póly menia svoju polohu. Zistilo sa, že severný magnetický pól sa pohybuje nad povrchom Zeme o 20,5 m za deň alebo 7,5 km za rok a južný - o 30 m (11 km za rok).Ako každý magnet, aj magnetické siločiary Zeme vychádzajú z jeden pól a uzatvárajú sa cez blízkozemský priestor v druhom póle. V dôsledku tohto javu sa v blízkosti Zeme vytvára magnetosféra (obr. 4.28).
Ryža. 4.28. Meridiálne úseky magnetosféry Zeme:
1 - slnečný vietor; 2 - predná časť nárazu; 3 - magnetická dutina; 4 - magnetopauza; 5 - horná hranica magnetosférickej medzery; 6 - plazmový plášť; 7 - vonkajší radiačný pás; 8 - vnútorný radiačný pás alebo plazmová sféra; 9 - neutrálna vrstva; 10 - plazmová vrstva
Spomaľuje tok slnečných nabitých častíc nazývaných plazma alebo slnečný vietor, čím im bráni dostať sa na povrch planéty. Slnečný vietor takpovediac obieha okolo Zeme a posúva sa na nočnú stranu, pričom ťahá magnetické siločiary rovnakým smerom. Deformácia magnetických siločiar je spôsobená tým, že prúdy slnečnej plazmy so sebou nesú akoby „zamrznuté“ magnetické pole, ktoré interaguje s magnetosférou Zeme. Za posledných 600 tisíc rokov paleomagnetológovia zaznamenali 12 epoch zvratu geomagnetického poľa (tabuľka 4.10).
Šírenie rastlín po celej planéte je proces, ktorý príroda neustále zdokonaľuje. Všetky rastlinné kultúry, ktoré sa nachádzajú na Zemi, majú svoje spôsoby rozmnožovania, na ktorých sa môžu podieľať iné rastliny, živočíchy, prírodné javy atď.. Zaujímavé sú najmä niektoré spôsoby rozmnožovania rastlín plodmi a semenami. Takéto metódy sa môžu zdať takmer zázračné aj tým najvytrvalejším skeptikom. Povedzme si o možnostiach prírody v tejto veci trochu podrobnejšie.
Po vytvorení semien alebo plodov na kultúre tieto dozrievajú a oddeľujú sa od materskej rastliny. Botanici tvrdia, že čím ďalej je takýto sadivový materiál, tým menšia bude konkurencia zo strany rodiča. Okrem toho so širokým rozšírením majú rastliny šancu kolonizovať nové územia a zvýšiť veľkosť populácie.
Distribúcia plodov a semien rastlín
Distribúcia zvieratami
Predpokladá sa, že distribúcia ovocia a semien zvieratami je celkom spoľahlivá, pretože rôzne zvieratá aktívne navštevujú oblasti s vysokou plodnosťou, kde semená dobre rastú. Mnohé plody majú tŕne alebo špeciálne háčiky, ktoré sa prichytia na kožu alebo srsť zvierat, ktoré sú v blízkosti, čo prispieva k ich prenosu na značnú vzdialenosť, po ktorej „skôr či neskôr“ spadnú do zeme alebo sa odtrhnú, ale stále spadnúť do neho.
Živé príklady takýchto rastlín zahŕňajú lopúch, húževnatý slamník, mrkva, sukcesia, ranunculus, štrk a tiež repík.
Takže gravilat má na stĺpe špeciálne háčiky a plody lopúcha sú obklopené háčikovitými listami obalu, majú tiež malé, dosť tuhé chĺpky, ktoré môžu preniknúť do pokožky a vyvolať podráždenie (to vedie k česaniu a následnému vypadávaniu ovocie). Sliepka, mrkva a masliaky majú oplodie obklopené výrastkami podobnými prívesu. A séria má muchu na ovocí, ako púpava, ale s pomerne silnými hrotmi.
Do tejto skupiny rastlín môžeme zaradiť aj plodiny so šťavnatým ovocím, napríklad černice, slivky, paradajky, jablone a jahody. Po zjedení zvieratami semená prechádzajú tráviacim traktom a vylučujú sa výkalmi. Po páde na úrodnú pôdu takýto sadivový materiál bez problémov vyklíči.
šírenie vetra
V tých rastlinách, ktorých plody a semená nesie vietor, sú špeciálne zariadenia uľahčenie tohto procesu. Patria sem letáky, možno ich vidieť na semenách vŕby, ohnivca, púpavy, bavlny. Okrem toho je takéto zariadenie charakteristické aj pre javor, hrab, jaseň atď.
V niektorých kultúrach ovocie vyzerá ako krabica, ktorá je umiestnená na nohe a kýva sa vo vetre, čo vedie k rozptýleniu mnohých malých semien. Takéto rastliny sú zastúpené makom, nigellou, náprstníkom atď.
U niektorých predstaviteľov flóry sú semená také malé a ľahké, že ich môže prenášať vietor bez toho, aby na to mali ďalšie zariadenia. Do tejto skupiny patria orchidey. V takýchto rastlinách semená vypadávajú po prasknutí švu medzi plodolistami. V tomto prípade sa sadivový materiál z nich vysunie dostatočne silným tlakom. Okrem toho môžu mať niektoré rastliny na semenách zariadenia na prenášanie vetra, ako je napríklad ohnivá burina.
Šírené vodou
Pomerne málo rastlín má plody alebo semená, ktoré sú špeciálne prispôsobené na šírenie vo vode. Takýto sadivový materiál obsahuje malé vzduchové dutiny, ktoré ho držia na povrchu nádrže. Príkladom je kokosový orech, čo je kôstkovica s vláknitým obalom a značným počtom vzduchových dutín. Do tejto skupiny rastlín patrí aj lekno, ktorého semeno má hubovitú membránu, ktorá pochádza zo stopky vajíčka.
náhodné spready
Botanici striktne nerozdeľujú semená a plody do kategórií v závislosti od spôsobu ich distribúcie. Mnohé plodiny možno množiť niektorým z vyššie uvedených spôsobov, ak nie všetkými. Najdôležitejším faktorom náhodného šírenia je človek, pretože semená môžu byť ľahko prenášané na odeve, priľnú k nákladom a tým pádom spadnú v značnej vzdialenosti od materskej rastliny. Mnohé obilniny sú posiate semenami buriny. Okrem toho sa sadivový materiál môže náhodne rozšíriť hurikánmi, záplavami atď.
Väčšina zaujímavé spôsobyšírenie semien rastlín
Jedným zo zvláštnych príkladov takejto distribúcie je proces rozhadzovania semien. úžasná rastlina striekajúca uhorka. Jeho plody sú vzhľadovo podobné bežnej uhorke a po dosiahnutí úplnej zrelosti sa z jeho dužinatých pletív obklopujúcich semená stáva slizká hmota. Po oddelení plodu od stopky nastáva tlak na jeho obsah, porovnateľný s princípom tryskového ťahu, vďaka ktorému sa semená rozsypú na veľkú plochu. Stáva sa to ako výstrel z dela. Oxalis obyčajný má tiež podobný spôsob šírenia semien.
Strukoviny sú schopné vytlačiť semená na dosť veľkú vzdialenosť a escholcia odhodí celé ovocie od seba spolu s dozretými semenami.
Existuje teda niekoľko spôsobov, ako zabezpečiť rozmnožovanie a šírenie rastlín po našej planéte.
