Ботаника

Свет как экологический фактор. Светолюбивые растения и их морфолого­физиологические приспособления   к   различному   режиму   освещения.   Фотопериодизм.   Растения   длинного   и короткого дня. Излучение Солнца выполняет по отношению к живой природе двоякую функцию. Во­первых, это источник   тепла,   от   количества   которого   зависит   активность   жизни   на   данной   территории;   во­ вторых, свет служит сигналом, определяющим активность процессов жизнедеятельности, а также ориентиром при передвижении в пространстве. Свет – один из наиболее важных для жизни растения абиотических факторов местообитания, что определяется его ролью в процессе фотосинтеза. Для растительных организмов большое значение имеют длина волны воспринимаемого излучения, его   интенсивность   и   продолжительность   воздействия   (длина   светового   периода   суток,   или фотопериод).   Видимый,   или   белый   свет,   составляет   около   45%   общего   количества   лучистой энергии,   падающей   на   Землю.   Ультрафиолетовые   лучи   составляют   около   10%   всей   лучистой энергии. Невидимые для человека,  они воспринимаются органами зрения насекомых и служат им для ориентации на местности в сырую погоду. Наибольшее  значение  для организма имеет  видимый  свет  с длинной  волны от 0,4 до 0,75мкм. Энергия видимого света используется для процессов фотосинтеза в клетках растений. При этом листьями особенно сильно поглощаются оранжево­красные (0,66­0,68мкм) и сине­фиолетовые (0,4­ 0,5мкм) лучи. На биосинтез  расходуется от 0,1 до 1% приходящей солнечной энергии, иногда коэффициент   полезного   действия   фотосинтезирующей   растительности   достигает   нескольких процентов. Разнообразие   световых   условий,   при   которых   живут   растения,   очень   велико.   В   разных местообитаниях   неодинаковы   интенсивность   солнечной   радиации,   ее   спектральный   состав, продолжительность   освещения   и   т.д.   У   растений   интенсивность   фотосинтеза   возрастает   с увеличением освещенности до известного предела, называемого уровнем светового насыщения или экологического оптимума. Дальнейшее усиление светового потока не сопровождается увеличением фотосинтеза, а затем приводит к его угнетению. По   отношению   к   свету   различают   три   группы   растений:   светолюбивые,   тенелюбивые   и теневыносливые. У   светолюбивых   растений   экологический   оптимум   находится   в   области   полного   солнечного освещения и затенение действует на них угнетающе. Это растения которые обитают на открытых местах в условиях полного солнечного освещения (степные и луговые травы, культурные растения открытого грунта и многие другие. Но у светолюбивых растений увеличение освещенности сверх оптимальной подавляет фотосинтез. Соответственно   местообитаниям   у   растений   выработались   анатомо­морфологические приспособления к тем или иным условиям светового режима. Одно из самых наглядных различий внешнего   облика   растений   в   разных   световых   условиях   –   неодинаковая   величина   листовых пластинок. У светолюбивых растений листья обычно более мелкие, чем у тенелюбивых. У растений гелиофитов листья обычно ориентированы так, чтобы уменьшить дозу радиации в самые «опасные» дневные   часы:   листовые   пластинки   расположены   вертикально   или   под   большим   углом   к горизонтальной   плоскости,   так   что   днем   листья   получают   лишь   скользящие   лучи.   Так ориентированы листья у эвкалиптов, мимоз, акаций и многих степных растений. У многих гелиофитов поверхность листа имеет особенности,способствующие отражению лучей: блестящая поверхность, многочисленные кристаллические включения, играющие роль «экрана», и т.д. У гелиофитов хорошо развита палисадная ткань, часто состоящая из узких и длинных клеток. Ряд растений­гелиофитов характеризуется изолатеральным типом строения листовой пластинки. В   регуляции   активности   растений   и   их   развитии   большое   значение   имеет   продолжительность освещения   (фотопериод).   Смену   дня   и   ночи,   а   также   изменение   продолжительности   светового периода суток растения используют как сигналы для распределения своих функций во времени и для   программирования   своих   жизненных   циклов   таким   образом,   чтобы   использовать   самые благоприятные   условия.   Например,   в   умеренных   зонах   выше   и   ниже   экватора   цикл   развития растений приурочен к определенным сезонам года. Подготовка к зиме осуществляется не на основе изменения температурных условий, которые весьма изменчивы, а вследствие сокращения длины дня, которая в отличие от других сезонных характеристик всегда одинакова в определенное время года   в   данном   месте.   Изменения   фотопериода   служит   пусковым   сигналом,   включающим физиологические процессы. Весной, с удлинением светового периода, начинается рост и цветение у растений.   Укорочение   светового   периода   осенью  служит   сигналом   растениям   для   сбрасывания листьев. Изменение длины дня воспринимаются специальными пигментами у растений. Способность   организмов   воспринимать   время,   наличие   у   них   «биологических   часов»   –   важное физиологическое приспособление, повышающее шансы на выживание в данных условиях среды. Там,   где   нет   выраженных   сезонных   изменений   климата,   большинство   видов   не   обладает фотопериодизмом. Например, у многих тропических деревьев цветение и плодоношение растянуто во времени, и на дереве одновременно встречаются и цветки, и плоды. Длиннодневные растения преимущественно северных широт для цветения нуждаются в длине дня 12ч.   и   выше   (лен,   рожь,   овес,   лук,   морковь   и   др.);   короткодневные   растения   тропического происхождения   переходят   к   цветению,   когда   продолжительность   дня   становится   менее   12ч. (георгины, хризантемы, просо, конопля и др.). Значение особенностей фотопериодической реакции необходимо при введении растения в культуру. Инфракрасное   излучение   составляет   примерно   45%   от   общего   количества   солнечной   энергии, притекающей к Земле. Инфракрасные лучи поглощаются тканями растений, объектами неживой природы, в том числе водой. Любая поверхность, имеющая температуру выше нуля, испускает длинноволновые инфракрасные (тепловые) лучи. Поэтому растения получают тепловую энергию не только от Солнца, но и от предметов окружающей среды. 13.Отдел   зеленые   водоросли.   Одноклеточные,   колониальные   и   многоклеточные   зеленые водоросли. Классификация, особенности строения, питания, размножения. Представители. Роль в природе и хозяйстве. Водоросли – обширная группа растительных организмов, включающая несколько отделов и около  30 тыс. видов. Размеры водорослей зависят от уровня их организации. Их тело может быть  представлено одной клеткой или колонией клеток, или многоклеточным слоевищем. Настоящих  тканей нет. Вегетативные органы также отсутствуют. Зеленые водоросли – самый многочисленный из всех отделов водорослей. Он насчитывает от 13 до 20   тыс.   видов   и   включает   одноклеточные,   колониальные   и   многоклеточные   организмы. Представители отдела большей частью обитают в пресных водах, хотя имеются морские и наземные виды. Все они отличаются чистым зеленым цветом своих слоевищ, сходным с окраской высших растений   и   обусловленным   преобладанием   хлорофиллов   над   другими   пигментами.   Из ассимиляционных пигментов у них обнаружены хлорофиллы a и b, ά­ и β­каротины. Хлоропласты окружены оболочкой  из   двух   мембран.   Пиреноид   отсутствует   или   имеется.   Ундулиподии   у подвижных   форм   в   числе   двух,   четырех,   реже   многих;   они   одинаковой   длины   и   одинакового строения. Клетки одноядерные и многоядерные, в большенстве покрыты целлюлозной и пектиновой оболочкой, редко голые. Наблюдаются изо­ и гетероморфная смены поколений. Запасной продукт – крахмал, откладывающийся внутри хлоропластов, редко масло. Вследствие   разнообразия   строения   зеленые   водоросли   делят   на   пять   классов,   в   том   числе вольвоксовые  (основная форма вегетативного тела – подвижные  жгутиковые клетки и колонии таких   клеток),   протококковые   (основная   форма   вегетативного   тела   –   неподвижные   клетки   с плотной   оболочкой   и   колонии   таких   клеток),   улотриксовые   (многоклеточные   нитчатые   и пластинчатые формы). К зеленым водорослям примыкают наиболее сложно устроенные харовые водоросли, произошедшие от зеленых и выделяемые ныне в самостоятельный отдел. Большой   род   зеленых   водорослей  хламидомонада   (Clamydomonas)  включает   около   320   видов одноклеточных организмов. Виды этого рода обитают в лужах, канавах и других пресных водоемах. При   массовом   их   развитии   вода   нередко   принимает   зеленую   окраску.   Хламидомонады   имеют эллипсоидальную   форму   клетки   с   небольшим   бесцветным   «носиком»   на   переднем   конце,   от которого   отходят   два   разных   по   длине   ундулиподия.   Оболочка   обычно   плотно   прилегает   к протопласту.   Протопласт   содержит   одно   ядро,   обычно   чашевидный   хлоропласт,   в   который погружены   переноид,   пигментный   «глазок»   и   пульсирующие   вакуоли,   находящиеся   в   передней части клетки (рис.1). При подсыхании водоема хламидомонады теряют ундулиподии, стенки их ослизняются, и в таком неподвижном состоянии они размножаются. Стенки дочерних клеток также ослизняются, и таким образом получается система вложенных друг в друга слизистых обверток, в которых группами расположены   неподвижные   клетки.   При   перенесении   в   воду   клетки   снова   вырабатывают ундулиподии и возвращаются к монадному состоянию. При половом размножении у большинства видов хламидомонад в клетках образуются одинаковые гаметы (изогаметы), похожие на зооспоры, но меньших размеров и в большем числе. Для некоторых видов характера гетерогамия или оогамия. К классу вольвоксовых  относятся наиболее примитивные представители отдела, имеющие жгутики и сохраняющие подвижность в течение всей жизни. Произошли   вольвоксовые   от   примитивных   амебоидных   форм.   Большинство   вольвоксовых   – одноклеточные организмы, но некоторые виды представляют собой колонии (рис 2).  Клетки одноклеточных и колониальных форм содержат одно ядро. Размножение – бесполым и половым путем. При половом размножении в результате слияния гамет образуется диплоидная зигота. Зигота делится путем митоза. Последующее деления приводят к образованию шаровидного тела вольвокса, состоящего из гаплоидных клеток. Вольвокс   (Volvox)   (рис.2)     –  колониальная   водоросль,   имеющая   шаровидную   форму   (2­3мм   в диаметре).   Колонии   вольвокса   состоят   из   многих   (500­60   000)   клеток,   расположенных   по периферии шара в один слой. Внутренняя полость шара занята слизью. Каждая клетка снабжена двумя ундулипоидами, направленными кнаружи шара, и по своему строению напоминают клетку хламидомонады.   Это   вегетативные   клетки,   выполняющие   функции   питания   и   движения,   но   не способные к размножению. Движение колоний вольвокса вполне координированное, так как клетки не изолированы друг от друга, а соединены с помощью цитоплазматических тяжей, проходящих через клеточные стенки. Кроме вегетативных имеются специализированные клетки, отличающиеся более   крупными   размерами   и   отсутствием   ундулиподий,   выполняющие   функции   полового размножения.   Вегетативное   размножение   у   вольвоксов   осуществляется   с   помощью   дочерних колоний, образующихся в материнских клетках путем последовательных продольных делений их протопластов.   Затем   дочерние   колонии   выпадают   внутрь   материнского   шара   и   освобождаются лишь после его разрушения.  При половом размножении часть специализированных клеток преобразуется в женские оогонии, в которых   развиваются   яйцеклетки.   В   других,   также   специализированных   клетках,   развивается большое   число   мужских   гамет   –   сперматозоидов.   Группа   сперматозоидов   отделяется   от материнского организма, подплывает к другой особи и распадается на отдельные сперматозоиды, которые, проникая в оогонии, оплодотворяют яйцеклетки. В результате слияния гамет образуется диплоидная зигота, называемая ооспорой. Ооспора прорастает (обычно весной): содержимое  ее претерпевает мейоз, а затем – многократное деление. В результате возникает пластинка гаплоидных клеток, после чего постепенно формируется новое шаровидное тело вольвокса. Таким образом, у вольвокса основной цикл развития проходит  в гаплоидной фазе, диплоидна лишь зигота. Представители рода  хлорелла  также широко распространены в пресных водах, морях, на сырой земле,   коре   деревьев.   Их   шаровидные   клетки   одеты   гладкой   оболочкой,   содержат   обычно чашевидный хлоропласт и одно ядро. При бесполом размножении содержимое клетки распадается на   четыре   или   более   частей   –   автоспор,   которые   еще   внутри   оболочки   материнской   клетки одеваются   собственными   оболочками.   Освобождаются   автоспоры   после   разрыва   стенки материнской клетки. Половой процесс отсутствует. Хлорелла  характеризуется очень быстрыми темпами размножения. Относится  к числу  полезнейших  водорослей,  так как в сухом веществе содержит   до   50   полноценных   белков,   жирных   масел,   витамины   В,   С   и   К.   Существуют промышленные установки по разведению хлореллы для получения дешевого корма. Вследствие  широкого распространения    и способности  к быстрому размножению вольвоксовые играют существенную роль в круговороте веществ в природе. Они активно участвуют в очистке загрязненных и стоячих вод, в формировании озерного ила – сапропеля, служат источником пищи для многих видов мелких беспозвоночных животных.  Произошли   вольвоксовые   от   примитивных   амебоидных   форм.   Большое   значение   имеют   два направления   эволюции   вольвоксовых.   Первые   –   усложнение   строения   слоевища   путем дифференциации   клеток   на   вегетативные   и   репродуктивные.   Это   один   из   возможных   путей возникновения  многоклеточных организмов. Второй – утрата подвижности в вегетативной фазе жизненного цикла. Эта линия эволюции привела к формированию протококковых водорослей, а от них – через нитчатые и пластинчатые многоклеточные водоросли – к наземным зеленым растениям. Многочисленные виды спирогер обитают в пресных водах и примечательны половым процессом типа   конъюгации.   Их   нитчатый   таллом,   плавающий   на   поверхности   воды,   состоит   из   крупных клеток. Растет  спирогера  за счет деления  клеток, которое происходит  обычно ночью. Сначала делится   ядро,   затем   как   бы   перешнуровывается   сама   клетка.   Вегетативное   размножение осуществляется путем разрыва нитей на отдельные участки, иногда даже на отдельные клетки. При половом   размножении   обычно   две   нити   располагаются   параллельно   друг   другу.   Супротивные клетки образуют выросты, направленные друг к другу и срастающиеся концами. Оболочки их в месте   соприкосновения   растворяются   и   получается   сквозной   канал,   через   который   сжавшееся содержимое одной клетки в течение нескольких минут перемещается в другую и сливается с ее протопластом,   тоже   сжавшимся   к   этому   времени.   Образовавшаяся   в   результате   слияния протопластов   конъюгирующих   клеток   зигота   округляется,   формируется   толстая   трехслойная оболочка   и   вся   клетка   переходит   в   состояние   покоя.   При   проростании   зиготы   происходит редукционное деление. Таким образом, спирогира проходит жизненный цикл в гаплоидной фазе, диплоидна у нее только зигота (рис.3). Особое   строение   имеют   некоторые   зеленые   водоросли,   относящиеся   к   классу   сифоновых, характеризующиеся   сифональным   типом   тела.   Отличительная   черта   –   отсутствие   клеточных перегородок в теле растения. Внешне сифоновые нередко имитируют листостебельные растения. Таллом часто крупных размеров, иногда достигает 25­50см в длину, одет толстой оболочкой, под которой находится постенный слой цитоплазмы, изнутри граничащий с непрерывной вакуолью и содержащий много ядер. Эволюция зеленых водорослей в водной среде не привела к образованию сложно устроенных и крупных   слоевищ   с   дифференциацией   их   на   ткани.   Это   произошло   при   освоении   зелеными водорослями суши и развитии высших наземных растений. 19.Отдел   настоящие   грибы.   Класс   зигомицеты.   Особенности   строения,   питания, размножения. Роль в природе. Хозяйственное значение.  Царство грибы.  Это своеобразная группа организмов, которую долгое время расматривали как часть мира растений. В настоящее время грибы, насчитывающие около 100 тыс. видов, признают самостоятельным   царством   эукариотических   организмов,   существенно   отличающимся   как   от растений, так и от животных. Для грибов характерны следующие особенности: хорошо выраженная клеточная   оболочка,   наличие   у   многих   представителей   дикарионтической   фазы   развития; гетеротрофный   способ   питания   путем  всасывания   –  адсорбции;   неподвижность   в   вегетативном состоянии   и   неограниченный   рост.   Запасное   вещество   –   гликоген.   В   обмене   веществ   грибов присутствует мочевина, что сближает их с животными. По способу питания – путем всасывания, а не заглатывания, по неограниченному росту они приближаются к растениям. Грибы древняя группа организмов. В ископаемом состоянии остатки грибов впервые наблюдаются с силура и девона, причем все известные ископаемые грибы очень напоминают современные.  Класс зигомицеты. Почти все представители этого класса ведут наземный образ жизни. Среди них есть как сапротрофы, так и паразиты высших грибов, насекомых, других животных и человека. Мицелий в основном неклеточный, хорошо развит. У некоторых в зрелом состоянии он разделяется на отдельные клетки или с самого начала многоклеточный. Клеточные стенки содеожат хитин. Наиболее   известен   род   мукор.   Мукоровые   грибы   питаются   сапротрофно   на   навозе,   за   счет растительных остатков; некоторые паразитируют на животных, растениях и человеке. Эти грибы образуют белый или серый налет (плесени) на пищевых продуктах (хлебе, варенье, овощах). Многие виды рода обладают высокой ферментативной активностью, благодаря чему находят практическое применение (в частности, в странах Азии для получения «соевого сыра» из семян сои, спирта из клубней картофеля и др.). Некоторые мукоровые грибы вызывают микозы (мукоромикозы) легких (ложный   туберкулез),   головного   мозга   и   других   органов   человека   и   сельскохозяйственных животных. Размножаются   грибы   вегетативно,   бесполым   или   половым   путем.   Вегетативное   размножение осуществляется   частями   мицелия   или   почкованием   (у   одноклеточных   дрожжевых   грибов). Бесполое   размножение   происходит   при   помощи   специализированных   клеток   –   спор.   Споры развиваются в особых выростах мицелия или на концах специализированных гиф. Они обазуются в больших количествах (например, у шампиньонов16 млрд.) и переносятся ветром на растояния в сотни и даже 1000км. Половой   процесс   представлен   разными   формами   и   заключается   в   формировании   мужских   и женских гамет и последующем их слиянии. В жизненном цикле грибов выделяют гаплоидную и диплоидную фазы. Есть грибы, у которых клетки вегетативног тела гаплоидны (гаплобионты), а диплоидна только зигота. При ее прорастании происходит редукционное деление и в дальнейшем мицелий растет за счет размножения гаплоидных клеток. Другие грибы на протяжении всей жизни диплоидны   и   только   при   образовании   гамет   происходит   редукционное   деление.   Существует   и промежуточная группа, у которой гаплоидная и диплоидная фазы равны по продолжительности. Перед   образованием   спор   бесполого   размножения   диплоидные   ядра   редукционно   делятся   и образующиеся споры, таким образом, гаплоидны. Широкое разнообразие и повсемесное распространение грибов обусловливют их важную роль в природе и в жизни человека. Грибы участвуют в разрушении остатков растений и животных и тем самым в образовании плодородного слоя почвы. Многие грибы поражают культурные растения или их плоды. Так, некоторые виды пенициллов вызывают гниение яблок, цитрусовых и др. Широко распространено обусловленное грибами увядание (вилт) или усыхание растений. Большой ущерб народному хозяйству приносит вилт хлопчатника, плодовых культур. Некоторые виды аспергилла, поселяясь в условиях высокой влажности на пищевых продуктах (арахис, семена льна и хлопка, рыба и т. д.), выделяют ядовитые вещества и могут быть причиной тяжелых отравлений. Известны грибы – возбудители болезней человека (стригущий лишай, парша и др.). Вместе с тем грибы широко используются человеком. В России  произрастает около 150 видов съедобных шляпочных грибов. Некоторые из них (шампиньоны) культивируют. Плесневые грибы рода пеницилл служат источником антибиотика, широко применяемого в медицине. Грибы находят применение в хлебопекарной промышленности (дрожжи), в изготовлении сыров, в виноделии и т. д.  Грибы   –   сборная   группа   организмов.   Разные   их   классы   имеют   независимое   происхождение   от разных групп бесцветных жгутиковых и безжгутиковых амебоидных простейших.