Содержание
Смена времен года в умеренном поясе влечет значительные изменения в жизни природы, связанные, в первую очередь, с изменением температуры. Приспособления растений и животных, связанные с изменением внешних условий, имеют разную форму и проявления: у млекопитающих отрастает густой подшерсток, перелетные птицы меняют среду обитания, другие птицы покрываются пухом, являющийся плохим проводником тепла и предохраняющий животных зимой от переохлаждения.
Подготовка к зиме
В середине лета рост многих видов растений приостанавливается, уменьшается число цветущих растений, заканчивается размножение птиц. Начинается созревание плодов и семян; становится заметней подготовка к зи ме.
У растений скапливаются запасные питательные вещества в перезимовывающих органах: корнях, корневищах, луковицах, клубнях.
У насекомых в специальных органах — жировых телах — накапливается жир. В подкожной клетчатке многих млекопитающих также откладывается жир. Осенью у птиц и млекопитающих происходит линька. Опадают листья с деревьев и кустарников.
Состояние глубокого покоя
Многие виды организмов приобрели способность переживать неблагоприятные условия (высокую или очень низкую температуру, снижение влажности, отсутствие пищи и др.) в состоянии глубокого покоя. Оно характеризуется снижением физиологических процессов, замедлением газообмена, прекращением питания и неподвижностью у животных.
Температура, вызывающая такое состояние, различна для разных видов. У некоторых насекомых, рыб и земноводных глубокий покой наступает уже при падении температуры до +15°С, у других — при +10°С, у третьих — лишь при температуре, близкой к О°С.
У различных видов растений состояние зимнего покоя переживают различные органы. У луковичных растений — луковицы, у папоротника и ряда других — корневища, у душистого горошка — подземные клубни, у чертополоха — прижатые к земле розетки листьев, у большинства же растений — семена.
Беспозвоночные животные могут перезимовывать на различных стадиях развития. Так, обыкновенный малярийный комар — на стадии взрослого насекомого, родниковый — на стадии личинки, дупляной — на стадии яйца, а бабочка капустница — на стадии куколки.
На протяжении осени и зимы у растений и насекомых увеличивается привыкание к холоду, усиливается стойкость к низким температурам. Это получило название закаливания.
Анабиоз животных и растений
Особой стойкостью к неблагоприятным условиям обладают организмы в состоянии анабиоза. При анабиозе жизненные процессы временно прекращены или настолько снижены, что видимые проявления жизни отсутствуют.
У цветковых растений состояние анабиоза входит в нормальный цикл жизни. Семена в высушенном состоянии сохраняют всхожесть многие годы. У ряда беспозвоночных (простейших, низших ракообразных, коловраток) анабиоз наступает при высыхании луж и болот, в которых они обитают.
Анабиоз лягушки
Другие беспозвоночные впадают в анабиоз при замораживании. Простейшие, некоторые членистоногие (дафнии, циклопы, насекомые) могут вмерзать в лед.
В специально поставленных опытах гусеницы бабочек перенесли замораживание при температуре -7.9°С, а круглые черви -183°С. Споры мхов и папоротников и семена злаков после высушивания были подвергнуты температуре -272°С и сохранили всхожесть.
Установлено, что возвращение к активной жизнедеятельности из состояния анабиоза возможно лишь тогда, когда тканевая жидкость не образует кристаллов, а остается в переохлажденном состоянии. Это связано с тем, что в тканях образуется глицерин, препятствующий промерзанию.
Физиология спячки
Снижение интенсивности обмена веществ, встречающееся у млекопитающих, проявляется в форме спячки. Причинами наступления ее служат понижение температуры, а также отсутствие пищи как зимой, так и летом, когда растительность в степи и пустыне выгорает от зноя.
Хомяки, бурундуки, летучие мыши, ежи, некоторые виды сусликов впадают в зимнюю спячку. У других видов сусликов наблюдается летняя спячка, обычно в засушливую половину лета. Во время спячки снижается активная терморегуляция, температура тела падает почти до температуры окружающей среды, замедляются все функции. Частота сердцебиения у летучих мышей, например, падает с 420 до 16 в минуту.
У некоторых млекопитающих — медведей, барсуков, енотовидных собак, белок — наступает зимний сон, при котором также значительно снижается обмен веществ, но нет падения температуры тела.
Особые приспособления
Для завершения жизненного цикла некоторым растениям, насекомым и ряду других организмов необходимо охлаждение и прохождение зимних стадий покоя. В это время осуществляются определенные физиологические процессы, подготавливающие организм к новой активной жизнедеятельности.
Сообщества подушковидных растений на высоте 3000 м на горе Тейде
Низкие температуры – существенный фактор, определяющий распространение разных представителей флоры. Холод ограничивает продвижение видов на север и вверх в горы и отрицательно влияет на растения зимой: при значительном понижении температуры снижаются темпы роста и развития видов, что может привести к их гибели. В чем же секрет морозоустойчивости растений?
Тактика действий
Чтобы освоиться в условиях северных зим, в растениях заложены две основные тактики выживания: избегать охлаждения или адаптироваться к действию холода. Для этого они используют разные способы защиты от низких температур, которые связаны с динамикой биоритмов роста и развития с учетом сезонных изменений погоды и долготы дня
Мы не часто задумываемся над тем, что в наших лесах встречаются такие стойкие к сильным морозам растения, как:
- бузина красная ( Sambucus racemosa );
Бузина красная (Sambucus racemosa)
- береза пушистая ( Betula pubescens ) ;
Береза пушистая (Betula pubescens)
- ель обыкновенная ( Picea abies );
Ель обыкновенная (Picea abies)
- сосна обыкновенная ( Pinus sylvestris ).
Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris)
Это неудивительно, так как комплекс процессов подготовки к зиме у них происходит на физиологическом уровне – незаметно для глаз, хотя отдельные признаки мы все же замечаем. Целый ряд важных приспособлений, позволяющих видам шагнуть на север, связан с динамикой биоритмов роста и развития с учетом сезонных изменений погоды и долготы дня.
Смотрите также:
Зимние проблемы деревьев
Сильные морозы (для определенных пород), а также резкая смена температур вызывают нарушение физиологических процессов у растений.
Следует различать свойства растений, характеризующие реакцию растений в холодных условиях:
- холодостойкость – реакция на низкие температуры;
- морозостойкость – реакция на отрицательные температуры;
- зимостойкость – весь комплекс факторов, с которыми растение встречается зимой.
Листопад
Это один из важных механизмов приспособления к холоду. С наступлением осени в основании черешка образуется специальный отделительный слой, и листья опадают. Как правило, к этому времени они уже не способны выполнять свою главную функцию – фотосинтез.
Листопад — один из важных механизмов приспособления к холоду
После разрушения главной фабрики фотосинтеза – хлорофилла – пластиды меняют свой цвет с зеленого на оранжевый, красный, желтый. Растения готовятся к зимнему покою, у них замедляются все физиологические процессы, даже дыхание переходит на экономный режим.
Листопад позволяет деревьям и кустарникам уменьшить испарение и сохранить влагу, которую невозможно добыть из холодной и тем более мерзлой почвы. Именно поэтому лиственные растения, способные сбрасывать листву, дальше продвигаются на север. Самые морозоустойчивые среди хвойных – листопадные лиственница сибирская (Larix sibirica) и лиственница Гмелина (Larix gmelinii). Эти растения составляют основу древостоев северной тайги, растут на вечной мерзлоте.
Одна из самых морозостойких хвойных пород – лиственница сибирская – сбрасывает свою хвою на зиму
У брусники и черники почки укрыты листовым опадом и мхом
Закаливание растений
Одновременно с погружением в состояние покоя идет еще один важный процесс – закаливание. Он происходит в растениях постепенно с наступлением холодов. Закаливание связано с подготовкой к воздействию отрицательных температур: клетки растения обогащаются сахарами и постепенно выводят лишнюю воду из своих протопластов (содержимого растительной клетки).
На высоте 2500 м в Альпах бодяк колючейший принимает розеточную форму роста
Делается это для того, чтобы предотвратить образование кристаллов льда, способных нанести необратимые повреждения клетке. Именно поэтому обезвоженные к зиме деревья так страдают от иссушающего действия мороза и ветра. Получается, что для деревьев страшен не только мороз сам по себе, но и угроза высохнуть на морозе.
Солнце также вызывает трудности у растения зимой: вынуждает его активнее жить, дышать и терять при этом влагу. Из-за этого появляются солнечные ожоги. Особенно чувствительны к таким процессам вечнозеленые и зимнезеленые виды. Чтобы пережить солнечную активность зимой им нужен снежный покров.
Смотрите также:
Уход за деревьями зимой
Уход за деревьями зимой так же важен, как и в остальные времена года: низкие температуры представляют высокую опасность для древесных растений.
Неравномерный нагрев ствола дерева с южной и северной стороны, а также внутри и снаружи, еще больше усугубляет действие мороза – в результате на стволе образуются вертикальные трещины. Морозоустойчивые деревья и кустарники часто имеют хорошо развитый защитный слой коры. Он служит изолятором, сглаживающим перепады температур в стволе.
Как растения защищают почки
Чувствительность органов растения зимой уменьшается неравномерно:
- максимальное снижение наблюдается в почках (причем цветочные почки более чувствительны, чем вегетативные);
- далее идут цветки и листья, корневища и корни, стебли и камбий в стволе.
Вегетативные почки – основа для дальнейшего развития растения – уязвимы в морозный период. По стратегии их защиты растения делятся на несколько групп.
- фанерофиты – высокие формы древесных растений (деревья и кустарники), у которых почки находятся высоко над землей. Поэтому часто они покрыты чешуями или опушены, как у рябины, или клейкой смолой, как у многих хвойных или у каштана.
Кинопособие содержит методический аппарат, обеспечивающий помощь учителю на всех этапах проведения уроков.
Приспособления растений к высоким температурам.
Первая группа- нехолодостойкие растения
Вторая группа — неморозостойкие растения.
Третья группа — лъдоустойчивые
Тип учебного занятия; изучения и первичного закрепления новых знаний
Дидактическая цель; создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации.
Формы проведения занятия; лекция, учебный фильм
Летний покой. Жаровыносливые растения. Закалка растений. Нехолодостойкие, неморозостойкие, лъдоустойчивые растения. Морозобойные трещины
Вопросы для обсуждения
1.Почему во время жары растениям важно испарять больше воды, чем в прохладное время?
2.Чем опасен перегрев для растений?
3.Как приспособлены растения к высоким температурам?
4.Где растут нехолодостойкие растения? Приведите примеры.
Приспособления растений к высоким температурам.
В горячих источниках обнаружены сине-зеленые водоросли и бактерии. Водоросли обитают в воде с температурой 85 С, а бактерии — 90 °С.
Некоторые виды сине-зеленых водорослей могут жить на почве в пустынях при температуре 70 . 80 °С. В жару их скопления превращаются в сухие, ломкие, почти черные корочки, они находятся в состоянии глубокого покоя. После дождя эти корочки набухают, клетки оживают, в них происходит фотосинтез. Это жаровыносливые растения.
Во всех жарких пустынях растениям грозит опасность перегрева. Чем он опасен? При сильном нагреве растения теряют много воды, обезвоживаются, иссушаются, могут появиться ожоги. Разрушается хлорофилл, возможно нарушение фотосинтеза и дыхания, обмена веществ в целом, растение погибает.
Чтобы выдерживать высокие температуры, у растений выработались разнообразные приспособления. Растения сильнее испаряют воду, это охлаждает и защищает от перегрева. Проделали такой опыт. Листья некоторых пустынных растений смазали вазелином со стороны устьиц. Они не могли испарять воду и очень быстро погибали от перегрева и ожогов.
Высокие температуры и состояние покоя. Не только водоросли, но также семена и целые растения лучше переносят жару в состоянии покоя. Сухие семена могут переносить нагревание до 100 . 120 °С, а сырые и прорастающие семена такую жару не выносят.
Многие травянистые пустынные растения в самое жаркое время переходят в состояние летнего покоя. Они как бы прячутся от жары в почве. Надземные побеги отмирают, а в почве остаются подземные органы — корни, корневища, клубни с некоторым запасом воды, питательных веществ. После жары, особенно если пройдут дожди, почки трогаются в рост и развивают новые надземные побеги.
Жители пустынных районов Южной Африки, где очень мало воды, иногда в засуху выкапывают клубни, измельчают их, отжимают влагу и пьют.
Особенности строения растений, уменьшающие нагревание. У некоторых степных и пустынных растений листовая пластинка повернута ребром к горячим полуденным лучам. Лучи скользят по листу, он меньше нагревается. Например, листья у дикого салата (его называют латук) расположены в одной вертикальной плоскости и ориентированы с севера на юг, поэтому латук называют “компасное растение” (рис. 1).
Рис. 1. Дикий салат — «компасное Рис.2. Коровяк
растение» «медвежье ухо»
В степях, а в лесной зоне на сухих склонах обитает один из видов коровяка, который называют “медвежье ухо”. Это травянистое растение до 1,5-2 м в высоту, с крупными листьями и густым соцветием со множеством желтых цветков (рис.2). В жаркие дни растение целый день находится под палящими лучами солнца, так как его не спасает тень от соседних более низких растений. Но “медвежье ухо” хорошо защищено от перегрева: все растение густо покрыто сильно ветвящимися светлыми волосками. Как шерсть покрывает ухо медведя и делает его мягким на ощупь, так и густой покров из волосков делает листья тоже мягкими на ощупь (отсюда название растения). Светлые волоски рассеивают и отражают солнечные лучи, и растение не так сильно нагревается.
Приспособления растений к низким температурам. Растения испытывают воздействие низких температур зимой, а также во время весенних, осенних, а иногда и летних заморозков. Чтобы выдержать сильные морозы, растения получают естественную закалку. Перед наступлением зимы в живых клетках растений увеличивается содержание сахаров и жиров. Это защищает их от замерзания в период глубокого покоя зимой, когда все жизненные процессы приостанавливаются.
В период весенних заморозков в растениях вырабатываются особые вещества, помогающие растениям перенести кратковременные холода. Они придают молодым побегам растений красную, красно-фиолетовую или красно-бурую окраску. Например, листья щавелей и луговой герани становятся ярко-красными, дуба — красно- бурого цвета.
Отдельные органы тундровых растений имеют темную окраску. Например, у одного из видов астрагала чашечка цветка совершенно черная, покрытая черными волосками. Она сильнее нагревается солнцем, и цветок оказывается в более благоприятных тепловых условиях, что немаловажно для растения тундры. При более высокой температуре цветки развиваются быстрее, раньше опыляются, плоды и семена успевают созреть.
Группы растений по отношению к теплу и холоду
Первая группа — нехолодостойкие растения, переносят довольно высокие температуры, но могут серьезно пострадать при небольших положительных температурах. Это растения
Рис.3. Шоколадное дерево, или дерево какао, с цветками
Источники информации: А.М. Былова, Н.И. Шорина, 1999 (209стр.)
