Состояние покоя - качественно новый этап растительного организма, в который переходят зимующие растения с наступлением неблагоприятных условий. Характеризуется прекращением видимого роста и сведением к минимуму жизнедеятельности, отмиранием и опадением листьев и надземных органов травянистых многолетников, образованием чешуек на почках, толстого слоя кутикулы и коры на стеблях. В тканях и клетках накопляются ингибиторы, которые тормозят ростовые и формообразовательные процессы, что делает растения неспособными к прорастанию даже в самых благоприятных искусственно созданных условиях, а также во время случайных осенних и раннезимних потеплений.
Различают период (состояние) глубокого, или органического покоя, обусловленного соответствующей подготовкой и внутренним ритмом развития растительного организма, и период вынужденного покоя, в котором растения пребывают после глубокого покоя, когда их рост вынужденно сдерживается еще неблагоприятными условиями - низкой температурой, недостатком питательных веществ. Вынужденный покой легко прервать, создав растению благоприятные условия.
Из состояния глубокого покоя растения выходят с трудом, так как длительность его у большинства из них значительна - до конца января - февраля. Выход растений из этого состояния возможен только после его окончания и свершения в организме соответствующих биохимических и физиологических превращений, вызванных влиянием периода минусовых температур определенной длительности. После окончания периода покоя в растениях заметно увеличивается количество нуклеиновых кислот, исчезают ингибиторы роста и появляются ауксины - стимуляторы ростовых процессов.
Способность переходить в состояние покоя - необходимый этап онтогенеза растений, внутренне обусловленный ритмичностью физиолого-биохимических процессов. Это свойство возникло у растений в процессе эволюции как приспособительная реакция в ответ на периодические изменения температурных условий внешней среды.
Многие растения переходят в состояние покоя не только зимой, но и в летнее время. Это ранневесенние цветущие растения (тюльпаны, крокусы, пролески). Большое количество растений тропических районов, пустынь и полупустынь также переходит в состояние летнего покоя. Состояние покоя разной длительности характерно и для свежесобранных семян и плодов, клубней, луковиц, корнеплодов.
Существуют методы и приемы, с помощью которых можно вывести растения из состояния глубокого покоя. Это теплые ванны (37-39° С), обработка парами эфира, накалывание основы почек иглой и др.
По сравнению с растениями животные обладают более разнообразными возможностями регулировать температуру тела, а именно:
путем химической терморегуляции - активным изменением величины теплопродукции повышением метаболизма;
путем физической терморегуляции - изменением уровня теплоотдачи на основе развития теплозащитных покровов, особыми устройствами кровеносной системы, распределением жировых запасов, особенно в бурой жировой ткани и т.п.
Кроме того, некоторые особенности поведения животных также способствуют существованию их в изменчивых условиях среды: выбор места с благоприятными микроклиматическими условиями - зарывание в песок, в норки, под камни (животные жарких степей и пустынь), активность в определенный период суток (змеи, тушканчики, суслики), сооружение хранилищ, гнезд и др.
Одно из самых важных прогрессивных приспособлений - способность к терморегуляции организма у млекопитающих и птиц, их теплокровность. Благодаря этому экологически важному приспособлению высшие животные относительно независимы от температурных условий среды.
Важное значение для поддержания температурного баланса имеет отношение поверхности тела к его объему, так как количество выработанного тепла зависит от массы тела, а теплообмен осуществляется через покровы.
На связь размеров и пропорций тела животных с температурно-климатическими условиями указывает правило Бергмана, согласно которому из двух близких видов теплокровных, отличающихся размерами, более крупный обитает в более холодном климате, а также правило Аллепа, по которому у многих млекопитающих и птиц северного полушария относительные размеры конечностей и других выступающих частей (ушей, клювов, хвостов) увеличиваются к югу и уменьшаются к северу (для уменьшения теплоотдачи в холодном климате).
4. Адаптации организмов к воде (влажности)
а) Экологические группы водных организмов (гидробионтов). Толща воды заселена организмами, которые обладают способностью плавать или удерживаться в определенных слоях. В связи с этим, водные организмы подразделяются на группы.
Нектон (nektos - плавающий) - это совокупность пелагических активно передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с дном. Это главным образом крупные животные, которые способны преодолевать большие расстояния и сильные течения воды. Они имеют обтекаемую форму тела и хорошо развитые органы движения. К типичным нектонным организмам относятся рыбы, кальмары, киты, ластоногие. К нектону в пресных водах кроме рыб относятся земноводные и активно перемещающиеся насекомые.
Планктон (planktos - блуждающий, парящий) - это совокупность пелагических организмов, которые не обладают способностью к быстрым активным передвижениям. Как правило, это мелкие животные -зоопланктон и растения - фитопланктон, которые не могут противостоять течениям. В состав планктона включают и «парящие» в толще воды личинки многих животных.
Плейстон (от греч. pleusis - плавание) - организмы, которые пассивно плавают на поверхности воды или ведут полупогруженный образ жизни получили название. Часто они используют как опору пленку поверхностного натяжения или образуют воздушные полости и другие поплавки. Типичными плейстонными животными являются сифонофоры, некоторые моллюски и др. Из растительных организмов к плейстону относятся саргассовые водоросли, ряски.
Бентос (benthos - глубина) - это совокупность организмов, обитающих на дне (на грунте и в грунте) водоемов. Он подразделяется на зообентос и фитобентос. Большей частью представлен прикрепленными, или медленно передвигающимися, или роющими в грунте животными. На мелководье он состоит из организмов, синтезирующих органическое вещество (продуценты), потребляющих его (консументы) и разрушающих (ре-дуценты). На глубинах, где нет света, фитобентос (продуценты) отсутствует. В морском зообентосе доминируют фораминифоры, губки, кишечно-полостные, черви, плеченогие, моллюски, асцидии, рыбы и др. Более многочисленны бентосные формы на мелководьях. Их общая биомасса здесь может достигать десятков килограммов на 1 м2.
Нейстон (от греч. neustos - плавающий) - сообщество организмов, обитающих у поверхностной пленки воды. Организмы, обитающие сверху поверхностной пленки - эпинейстон, снизу - гипонейстон. К нейстону относят также обитателей верхнего пятисантиметрового слоя воды. Нейстон составляют некоторые простейшие, одноклеточные водоросли, мелкие легочные моллюски, водомерки, вертячки, личинки комаров и др.
Перифитон (от греч. peri - около и phyton - растение). Обрастатели, совокупность организмов, которые поселяются на подводных предметах или растениях и образуют так называемые обрастания на природных или искусственных твердых поверхностях - камнях, скалах, подводных частях судов, сваях, гидротехнических сооружениях (водоросли, усоногие раки, моллюски, мшанки, губки и др.).б) Экологические группы наземных организмов. По отношению к водному режиму среди наземных растений выделяются:
Гигрофиты - обитающие на влажных местах (тропические растения, росянка, злаки, осоки).
Мезофиты - растения умеренно увлажненных местообитаний (многие лесные травы, лиственные деревья, большинство сельскохозяйственных культур).
Ксерофиты - растения сухих местообитаний, способные хорошо переносить засухи. Разделяются насуккулентов (способных накапливать в тканях большое количество воды - кактусы, алоэ, очиток молодило) и склерофитов (сухие, жесткие кустарники или травы - саксаул, верблюжья колючка, ковыли).
Среди наземных животных по отношению к водному режиму можно также выделить три экологические группы:
Гигрофилы - влаголюбивые, нуждаются в высокой влажности (мокрицы, комары, наземные моллюски, амфибии).
Ксерофилы - сухолюбивые животные, не переносящие высокой влажности (верблюды, пустынные пресмыкающиеся).
Мезофилы - животные, предпочитающие умеренную влажность (многие птицы, млекопитающие).
Вода в жизни растений. Вода расходуется на фотосинтез, всего около 0,5% всасывается клетками, а 97--99% ее уходит на испарение через листья. При достатке воды и питательных веществ рост растений пропорционален испарению, а ее эффективность будет наивысшей. Основная форма адаптации к засушливым условиям - не снижение испарения воды, а прекращение роста в период засухи.
в) Экологические группы растений по отношению к воде.В зависимости от способов адаптации растений к влажности окружающей среды выделяют несколько экологических групп:
гигрофиты - наземные растения, живущие в очень влажных почвах и в условиях повышенной влажности. Для гигрофитов характерно отсутствие приспособлений, ограничивающих расход воды, и неспособность переносить даже незначительную ее потерю. Характерные структурные черты гигрофитов - тонкие листовые пластинки, рыхлое сложение тканей листа, слабое развитие водопроводящей системы, тонкие слаборазветвленные корни.
Ксерофиты - растения сухих степей и пустынь. Делятся на:
o суккуленты (алоэ, кактусы и др.) - растения, способные накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях;
o склерофиты - обладающие большой всасывающей силой корней и способные снижать испарение с узкими мелкими листьями;
Структурные и физиологические особенности ксерофитов нацелены на преодоление недостатка влаги в почве или воздухе. Решение данной проблемы осуществляется следующими способами:
1. эффективным добыванием (всасыванием) воды
2. экономным ее расходованием
3. способностью переносить большие потери воды. Интенсивное добывание воды из почвы достигается ксерофитами благодаря хорошо развитой корневой системе. Экономное расходование влаги обеспечивается тем, что листья у них мелкие, узкие, жесткие, поэтому даже при большой потере воды листья не теряют упругости. Высокая водоудерживающая способность клеток и тканей позволяет переносить глубокое обезвоживание без потери жизнеспособности.
4. мезофиты - занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Способны переносить незначительную засуху (древесные растения различных климатических зон, травянистые растения дубрав, большинство культурных растений и др.). Распространены в умеренно влажных зонах с умеренно теплым режимом и достаточно хорошей обеспеченностью минеральным питанием.
адаптация растение биологический температура
5. Биологические ритмы, биологические часы, адаптации организма к сезонным изменениям. Жизненные формы
В процессе исторического развития у растений выработались различные морфологические и биологические приспособления к условиям среды обитания. Эти приспособительные особенности придают растениям определенный вид. В систематике растений исследователь имеет дело с видами растений, а в экологии -- с отдельными жизненными формами. Каждая жизненная форма характеризуется не только определенным внешним видом, но и определенным ритмом развития. К одной и той же жизненной форме могут относится виды разных родов и даже разных семейств.
Жизненная форма -- это внешний облик растительного организма, возникающий исторически при воздействии окружающей среды. Таким образом, жизненная форма -- понятие экологическое. На формирование жизненной формы растения, прежде всего, влияют такие факторы, как температура и осадки. Существует несколько классификаций жизненных форм растений. Первые классификации основывались на внешнем виде растений, определяющем ландшафт местности. Это так называемые физиономические классификации.
б) классификация жизненных форм растений по И.Г Серебрякову. Использовав и обобщив предложенные в разное время классификации, отечественный ботаник И.Г. Серебряков предложил называть жизненной формой своеобразный габитус определенных групп растений, возникающий в результате роста и развития в определенных условиях - как выражение приспособленности к этим условиям.
В основу своей классификации И.Г. Серебряков положил признак продолжительности жизни всего растения и его скелетных осей. Он выделил следующие жизненные формы растений:
А. Древесные растения
Б. Полудревесные растения
В. Наземные травы
Поликарпические травы (многолетние травы, цветут много раз). Монокарпические травы (живут несколько лет, цветут один раз и отмирают)
Г. Водные травы
Различие между деревьями, кустарниками, кустарничками, полукустарниками, полукустарничками и травянистыми растениями состоит, помимо разной степени одревеснения их стеблей, в продолжительности жизни и характере смены скелетных побегов в общей побеговой системе.