Введение в экофизиологию растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение в экофизиологию растений

Экологическая физиология растений - это наука о способах растений к адаптации в условиям окружающей среды

Адаптация (от лат. adaptio - приспособление) - это совокупность морфологических, физиологических и биохимических приспособительных реакций, обеспечивающие возможность видоспецифического выживания растений под действием вертикальных и горизонтальных биотических связей, а также при неблагоприятных для данного вида условиях среды.

Основной задачей экофизиологии растений является оценка арсенала способов и механизмов, с помощью которых растениям удается выжить в различных сообществах и экосистемах.

В широком смысле под средой (или окружающей средой) понимают совокупность материальных тел, явлений и энергии, влияющих на живые организмы.. Однако разные элементы среды не одинаково воспринимаются живыми организмами, поскольку их значение их для жизни различно. Среди них есть практически безразличные для растений, например инертные газы, содержащиеся в атмосфере. Другие элементы среды, напротив, оказывают существенное влияние на растения. Их называют экологическими факторами.

По происхождению и характеру действия все экологические факторы подразделяют на группу абиотических (факторы неорганической, или неживой, среды) и группу биотических (связанных с влиянием живых существ).

1. Абиотические факторы:

А) климатические - свет, тепло, воздух (его состав и движение), влага (включая осодки в разных формах, влажность почвы, влажность воздуха);

Б) эдафические (или почвенно-грунтовые) - механический и ъхимический состав почв, их физические свойства и т.д.;

В) топографические - условия рельефа.

2. Биотические факторы:

А) фитогенные - влияние растений-сообитателей как прямое (механические контакты, симбиоз, паразитизм, поселение эпифитов), так и косвенное (фитогенные изменения среды обитания для растений);

Б) зоогенные - влияние животных (поедание, вытаптывание и прочие механические воздействия, опыление, распространение зачатков, а также косвенное влияние на среду);

В) антропогенные - влияние человека на растительные организмы.

По характеру воздействия на организмы многие авторы различают экологические факторы прямодействующие (непосредственно влияющие на обмен веществ, формообразовательные процессы, развитие) и косвеннодействующие (влияющие на организм через изменение других факторов). Однако такое разделение не совсем правомерно, поскольку один и тот же фактор может юыть и прямодействующим (например, ействие тепла на рост), и косвеннодействующим (действие тепла на влажность почвы и через нее - на водный режим растения). Поэтому лучше говорить не о разделении самих факторов, а о их прямом и косвенном действии их на растение.

На влияние условий среды (особенно неблагоприятных) живые организмы реагируют определенными действиями или изменением состояния, которые в конечном итоге приводят к выживанию вида. Существуют два основных способа преодоления неблагоприятных влияний: их избегания и приобретение выносливости. Первый в большей степени используется животными, обладающими подвижностью (передвижение из неблагоприятных условий в благоприятные, включая таксисы, миграции и т.д.). Большинство растений лишено такой возможности, за исключением одноклеточный водорослей. Недоступен для растений и такой путь преодоления неблагоприятных условий среды, используемый животными, как выработка определенных форм поведения - усройство жилищ, защитные действия против нападения и т.д. Основная «стратегия жизни» у растений - пластичность структур и функций, выработка приспособительных (адаптивных) изменений строения и процессов жизнедеятельности. Эти изменения могут носить модификационный характер - ненаследственные, исчезающие у особи или ее потомства, как только исчезнут вызвавшие их условия среды, или генетический - наследственно закрепленные.

Морфологические адаптивные изменения растений можно проследить на разных уровня организации - от клеточного и тканевого (формы и размеры клеток и некоторых органелл, развитие специализированных тканей) до уровня целого организма (изменение размеров, формы роста, соотношения разных органов и т.д.).

Физиологическая и биохимическая адаптивная реакция растений проявляется в адаптивном изменении химического состава, интенсивности физиологических процессов и их устойчивости.

В областях с ясно выраженной климатической ритмикой для растений существует еще один путь приспособительных изменений - выработка определенной временной организации жизненных процессов, или сезонной ритмики (чередование активных и покоящихся фаз, изменение сроков и продолжительности разных этапов годичного цикла развития, занятие определенных сезонных экологических ниш).

Сочетание перечисленных форм приспособительных изменений, происходящих в процессе длительной эволюции в определенных условиях, приводят к тому, что растение достигает состояния адаптации. Адаптивная организация обеспечивает не только выживание индивидуума, но и успешное существование вида. Следовательно, она должна обеспечивать прохождение всего жизненного цикла, включая генеративные фазы, а также уровень биологической продуктивности, необходимый для поддержания численности вида и его положения в биогеоценозе. Критерием эффективности адаптации на популяционном уровне может служить повышение коэффициента размножения и снижение коэффициента смертности. Этим адаптивные изменения отличаются от изменений, являющихся прямым следствием воздействия среды (таких, как уменьшение размеров растений при голодании или повышения испарения воды листьями при большой сухости).

Структура адаптивной реакции растений

экологический физиология растение

У растений, также как и у животных, наблюдается раздражимость. Раздражимость - это способность живых организмов и их клеток отвечать на изменения во внешней и внутренней среде адаптивными, т.е. приспособительными, реакциями. Так как условия внешней среды постоянно меняются, любой организм для получения достаточного количества пищи и нормального функционирования должен оценить качественные и количественные изменения во внешней и внутренней среде и реагировать на эти изменения таким образом, чтобы выжить. Если бы организмы не обладали этим свойством, то они не имели бы на малейших шансов сохраниться в борьбе за существование. Поэтому совершенно ясно, что если растению недостает какого-то фактора жизнеобеспечения, например света как компонента воздушного питания, то оно не остается пассивным: включаются механизмы, способствующие удлинению стебля, причем настолько, насколько это необходимо. То же наблюдается и у корней.

Адаптивную реакцию растений можно представить по следующей схеме: восприятие внешнего сигнала (рецепция) - переработка полученной информации (т.е. перевод на «внутренний» язык биохимии клетки - передача возбуждения - формирование адекватного ответа, повышающего вероятность выживания в изменившихся условиях.

Первым элементарным звеном в адаптивной структуре растений является реакция в рецепторной клетке. Она состоит из восприятия стимула рецептором и возбуждения рецепторной клетки. Конечный результат возбуждения рецепторной клетки заключается в генерации рецепторного сигнала. Это может быть секреция гормонов, например, ИУК (как в случае с тропизмами проростков) или генерация ПД (например, при раздражении листьев стыдливой мимозы). В следующих клетках, служащих для проведения сигнала, весь этот элементарный микроцикл повторяется: сигнал воспринимается, клетка возбуждается и генерирует новый сигнал. Так происходит распространение возбуждения. В рабочем органе, который обладает особой чувствительностью к передающемуся сигналу, опять же срабатывает указанное выше элементарное клеточное звено раздражимости: восприятие сигнала и перевод в возбужденное, т.е. функционально активное состояние. Осуществляется ответная реакция на внешний стимул органа растения или всего растения.

Раздражимость как интегральная реакция клетки на раздражение подчиняется следующим законам:

Закон силы раздражения: чем больше радражение, тем сильнее (до известных пределов) ответная функциональная реакция клеток и организма. Минимальная сила раздражения, необходимая для индукции ответной реакции, называется порогом возбуждения. Действие чрезмерно сильных (супермаксимальных) воздействий приводит к угнетению функциональной активности и, наконец, к гибели клеток.

Закон длительности раздражения: чем длительнее раздражение, тем сильнее (до известных пределов) ответная реакция реакция клеток и организма. Максимальное время, необходимое для запуска реакции, называется временем презентации. При чрезмерно длительном раздражении чувствительность клеток к раздражителю снижается.

Закон количества раздражения: чем больше сила раздражителя, тем меньше время презентации, необходимое для индукции порогового возбуждения (и наоборот).

Закон градиента раздражения: чем выше крутизна нарастания силы раздражителя во времени, т.е. градиента раздражения, тем больше (до известных пределов) реакция клеток и организма. Медленно нарастающее раздражение оказывает меньший физиологический эффект, чем в случае, когда стимул достигает своей полной силы мгновенно.

Таким образом, реакция клетки и целого организма на воздействие раздражителя зависит от его силы, длительности и градиента нарастания.

Размещено на Allbest.ru