Меню

Экологические адаптации растений и животных по отношению к свету

Адаптация растений и животных к световому режиму

Экологические группы растений по отношению к свету

По отношению к количеству света, необходимого. для нормального развития, растения подразделяют на три экологические группы.

Светолюбивые, или гелиофиты, с оптимумом развития при полном освещении; сильное затенение действует на них угнетающе. Это растения открытых, хорошо освещенных местообитаний: степные и луговые травы, прибрежные и водные растения (с плавающими листьями), большинство культурных растений открытого грунта, сорняки и др.

Тенелюбивые, или теневые, с оптимальным развитием в пределах 1/10-1/3 от полного освещения, т. е. для них приемлемы области слабой освещенности. К тенелюбам относятся растения нижних затененных ярусов сложных растительных сообществ – темнохвойных и широколиственных лесов, а также водных глубин, расщелин скал, пещер и т. д. Тенелюбами являются и многие комнатные и оранжерейные растения. В лесах Беларуси и России типичными теневыми растениями являются копытень европейский, ветреница дубравная, сныть обыкновенная, чистотел большой, кислица обыкновенная, майник двулистный и др.

Теневыносливыерастения имеют широкую экологическую амплитуду выносливости по отношению к свету. Они лучше растут и развиваются при полной освещенности, но хорошо адаптируются и к слабому свету. К ним относится большинство видов зоны смешанных лесов – ель, пихта, граб, бук, лещина, бузина, брусника, ландыш майский и др.

Адаптация растений и животных к световому режиму

Под влиянием различных условий светового режима у растений выработались соответствующие приспособительные качества. Прежде всего это касается величины листовых пластинок: у гелиофитов по сравнению с теплолюбивыми они обычно более мелкие. Ориентация листьев у светолюбов вертикальная или имеет разный угол по отношению к солнечным лучам, чтобы избежать избыточного света и перегрева. Листья теневыносливых растений, напротив, ориентированы к свету всей поверхностью листовой пластинки и расположены так, чтобы не затенять соседние листья (листовая мозаика).

У многих гелиофитов поверхность листовой пластинки блестящая, покрыта светлым восковым налетом, густо опушена, что способствует отражению палящих солнечных лучей или ослаблению их действия.

Световые и теневые растения имеют четкие различия и по анатомическому строению. Так, у гелиофитов хорошо развиты осевые органы с оптимальным соотношением ксилемы и механических тканей, менее сложные по форме листья с характерной дифференцировкой мезофилла на столбчатый и губчатый, высокой степенью жилкования, большим числом устьиц на единицу поверхности листа. У светолюбивых растений количество хлоропластов, приходящихся на единицу площади листовой пластинки, в несколько раз больше, чем у тенелюбивых. Сами хлоропласты у гелиофитов более мелкие и светлые (с малым содержанием хлорофилла), способные к изменению ориентировки и перемещениям в клетке: на сильном свету они занимают постенное положение и становятся «ребром» к направлению лучей, что защищает хлорофилл от разрушения.

Теневыносливые растения встречаются в местообитаниях с различным световым режимом благодаря увеличению ассимилирующей поверхности, снижению интенсивности дыхания и уменьшению относительной массы нефотосинтезирующих тканей, увеличению размеров хлоропластов и концентрации хлорофилла. Кроме того, в листьях наблюдается слабая дифференцировка на столбчатый и губчатый мезофилл или таковая совсем отсутствует, отмечается сравнительно малое количество устьиц и т. д.

Фотопериодизм

Огромное влияние на жизнедеятельность растений и животных оказывает соотношение светлого (длина дня) и темного (длина ночи) периодов суток в течение года. Реакция организмов на суточный ритм освещения, выражающаяся в изменении процессов их роста и развития, называется фотопериодизмом.

Регулярность и неизменная повторяемость из года в год данного явления позволила организмам в ходе эволюции согласовывать свои важнейшие жизненные процессы с ритмом этих временных интервалов. Под фотопериодическим контролем находятся практически все метаболические процессы, связанные с ростом, развитием, жизнедеятельностью и размножением растений и животных.

По типу фотопериодической реакции (ФПР) различают следующие основные группы растений:

1. растения короткого дня, которым для перехода к цветению требуется 12 часов светлого времени и менее в сутки (конопля, капуста, хризантемы, табак, рис);

2. растения длинного дня; для цветения и дальнейшего развития им нужна продолжительность беспрерывного светового периода более 12 часов в сутки (пшеница, лен, лук, картофель, овес, морковь);

3. фотопериодически нейтральные; для них длина фотопериода безразлична и цветение наступает при любой длине дня, кроме очень короткой (виноград, томаты, одуванчики, гречиха, флоксы и др.).

Растения длинного дня произрастают преимущественно в северных широтах, растения короткого дня – в южных.

Фотопериодическая реакция свойственна растениям. Например, цветковые растения переходят от вегетативного к генеративному размножению (цветение и плодоношение) только в том случае, если фотопериод их развития имеет определенную критическую величину. При этом каждому виду свойственен свой критический фотопериод. Оказалось, что растения способны «измерять» его продолжительность с довольно большой точностью. Так, для белены при 22,5 °С критическая длина дня, обеспечивающая цветение, составляет 10 ч 20 мин, но уже при 10-часовом фотопериоде при этой же температуре растение цвести не будет. У сорняка дурнишника пенсильванского необходимая длина дня лежит между 15ч и 15 ч 30 мин.

Важно подчеркнуть, что на ФПР заметное влияние оказывают условия среды. Например, при 28,5°С для цветения белены требуется не менее 11,5 ч света, в то время как при 15,5°С – лишь 8,5 ч.

2. Температура как экологический факторРазличают организмы с непостоянной температурой тела – пойкилотермные и организмы с постоянной температурой тела – гомойтермные.Растения – пойкилотермные организмы, т. е. их собственная температура уравнивается с температурой окружающей их среды. Однако это соответствие неполное. Конечно, тепло, выделяемое при дыхании и используемое при синтезах, вряд ли играет какую-либо экологическую роль, но все же температура надземных частей растения может значительно отличаться от температуры воздуха в результате энергообмена с окружающей средой. Благодаря этому, например, растения Арктики и высокогорий, которые заселяют места, защищенные от ветра, или растут вплотную к почве, имеют более благоприятный тепловой режим и могут достаточно активно поддерживать обмен веществ и рост, несмотря на постоянно низкие температуры воздуха.

Для характеристики тепловых условий жизни растений важно знать не только общее количество тепла, но и его распределение во времени, от которого зависят возможности вегетационного периода. Годовую динамику тепла хорошо отражает ход среднемесячных (или среднесуточных) температур, неодинаковый на разных широтах и при разных типах климата, а также динамика максимальных и минимальных температур.

Границы вегетационного сезона определяются продолжительностью безморозного периода, частотой и степенью вероятности весенних и осенних заморозков. Естественно, порог вегетации не может быть одинаковым для растений с разным отношением к теплу; для холодостойких культурных видов условно принимают 5 °С, для большинства культур умеренной зоны 10 °С, для теплолюбивых 15 °С. Считают, что для естественной растительности умеренных широт пороговая температура начала весенних явлений составляет 5 °С.

Жизнедеятельность растений в значительной степени зависит от температуры окружающей среды. По потребности к количеству тепла их разделяют на три экологические группы: теплолюбивые, мезотермные и холодостойкие.

Теплолюбивые растения произрастают в тропическом, субтропическом поясах и хорошо прогреваемых местообитаниях умеренного пояса. У теплолюбивых растений выработались адаптации к действию высоких температур.

Мезотермныеи холодостойкие растения, населяющие умеренный и холодный пояса, вынуждены адаптироваться к низким температурам.

Все адаптации растений к температуре можно разделить на три типа: биохимические, физиологические и морфологические.

| следующая лекция ==>
Растительные зоны и пояса | Морфологические адаптации

Дата добавления: 2018-06-28 ; просмотров: 4161 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Свет как экологический фактор. Адаптации животных и растений к световому режиму.

Всем живым организмам для осуществления процессов жизнедеятельности необходима энергия, поступающая извне. Основным источником ее является солнечная радиация, на которую приходится около 99,9 % в общем балансе энергии Земли.

Если принять солнечную энергию, достигающую Земли, за 100 %, то примерно 19 % ее поглощается при прохождении через атмосферу, 34 % отражается обратно в космическое пространство и 47 % достигает земной поверхности в виде прямой и рассеянной радиации (рис. 23).

Рис. 23. Пути расходования солнечной энергии на поверхности Земли (по Э. Оорту, 1972)

Действие разных участков спектра солнечного излучения на живые организмы.Среди ультрафиолетовых лучей (УФЛ) до поверхности Земли доходят только длинноволновые (290–380 нм), а коротковолновые, губительные для всего живого, практически полностью поглощаются на высоте около 20–25 км озоновым экраном – тонким слоем атмосферы, содержащим молекулы О3. Длинноволновые ультрафиолетовые лучи, обладающие большой энергией фотонов, имеют высокую химическую активность. Большие дозы их вредны для организмов, а небольшие необходимы многим видам.

Видимый свет для фототрофных и гетеротрофных организмов имеет разное экологическое значение.

Зеленым растениям свет нужен для образования хлорофилла, формирования гранальной структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, активизирует ряд ферментов, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот. Свет влияет на деление и растяжение клеток, ростовые процессы и на развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения, оказывает формообразующее воздействие. Но самое большое значение имеет свет в осуществлении процесса фотосинтеза. С этим связаны основные адаптации растений по отношению к свету.

Фотоавтотрофы способны ассимилировать СО2, используя лучистую энергию Солнца и преобразуя ее в энергию химических связей в органических соединениях. Водоросли и высшие зеленые растения поглощают свет в диапазоне, близком к видимому человеческим глазом.

3.2.2. Экологические группы растений по отношению к свету и их адаптивные особенности

Световой режим любого местообитания определяется интенсивностью прямого и рассеянного света, количеством света (годовой суммарной радиацией), его спектральным составом, а также альбедо – отражательной способностью поверхности, на которую падает свет.

Перечисленные элементы светового режима очень переменчивы и зависят от географического положения, высоты над уровнем моря, от рельефа, состояния атмосферы, характера земной поверхности, растительности, от времени суток, сезона года, солнечной активности и глобальных изменений в атмосфере.

У растений возникают различные морфологические и физиологические адаптации к световому режиму местообитаний.

По требованию к условиям освещения принято делить растения на следующие экологические группы:

1) светолюбивые (световые), или гелиофиты, – растения открытых, постоянно хорошо освещаемых местообитаний;

2) тенелюбивые (теневые), или сциофиты, – растения нижних ярусов тенистых лесов, пещер и глубоководные растения; они плохо переносят сильное освещение прямыми солнечными лучами;

3) теневыносливые, или факультативные гелиофиты, – могут переносить большее или меньшее затенение, но хорошо растут и на свету; они легче других растений перестраиваются под влиянием изменяющихся условий освещения.

Можно отметить некоторые общие приспособительные особенности, свойственные растениям каждой экологической группы.

Гелиофиты часто имеют побеги с укороченными междоузлиями, сильно ветвящиеся, нередко розеточные. Листья гелиофитов обычно мелкие или с рассеченной листовой пластинкой, с толстой наружной стенкой клеток эпидермы, нередко с восковым налетом или густым опушением, с большим числом устьиц на единицу площади, часто погруженных, с густой сетью жилок, с хорошо развитыми механическими тканями.

Сциофиты– это растения, постоянно находящиеся в условиях сильного затенения.

Листья у сциофитов располагаются горизонтально, нередко хорошо выражена листовая мозаика. Листья темно-зеленые, более крупные и тонкие. Клетки эпидермы крупнее, но с более тонкими наружными стенками и тонкой кутикулой, часто содержат хлоропласты. Клетки мезофилла крупнее, палисадная паренхима однослойная или имеет нетипичное строение и состоит не из цилиндрических, а из трапециевидных клеток. Площадь жилок вдвое меньше, чем у листьев гелиофитов, число устьиц на единицу площади меньше. Хлоропласты крупные, но число их в клетках невелико.

Факультативные гелиофиты, или теневыносливые растения, в зависимости от степени теневыносливости имеют приспособительные особенности, сближающие их то с гелиофитами, то со сциофитами. К этой группе можно отнести некоторые луговые растения, лесные травы и кустарники, растущие и в затененных участках леса, и на лесных полянах, опушках, вырубках.

У деревьев и кустарников теневая или световая структура листа часто определяется условиями освещения предыдущего года, когда закладываются почки: если закладка почек идет на свету, то формируется световая структура, и наоборот.

Если в одном и том же местообитании закономерно периодически изменяется световой режим, растения в разные сезоны могут проявлять себя то как светолюбивые, то как теневыносливые.

Наиболее общая адаптация растений к максимальному использованию ФАР – пространственная ориентация листьев. При вертикальном расположении листьев, как, например, у многих злаков и осок, солнечный свет полнее поглощается в утренние и вечерние часы – при более низком стоянии солнца. При горизонтальной ориентации листьев полнее используются лучи полуденного солнца. При диффузном расположении листьев в разных плоскостях солнечная радиация в течение дня утилизируется наиболее полно. Обычно при этом листья нижнего яруса на побеге отклонены горизонтально, среднего направлены косо вверх, а верхнего располагаются почти вертикально.

3.2.3. Свет как условие ориентации животных

Для животных солнечный свет не является таким необходимым фактором, как для зеленых растений, поскольку все гетеротрофы в конечном счете существуют за счет энергии, накопленной растениями. Тем не менее и в жизни животных световая часть спектра солнечного излучения играет важную роль. Разные виды животных нуждаются в свете определенного спектрального состава, интенсивности и длительности освещения. Отклонения от нормы подавляют их жизнедеятельность и приводят к гибели. Различают виды светолюбивые (фотофилы) и тенелюбивые (фотофобы); эврифотные, выносящие широкий диапазон освещенности, и стенофотные, переносящие узкоограниченные условия освещенности.

Свет для животных необходимое условие видения, зрительной ориентации в пространстве. Полнота зрительного восприятия окружающей среды зависит у животных в первую очередь от степени эволюционного развития. Примитивные глазки многих беспозвоночных – это просто светочувствительные клетки, окруженные пигментом, а у одноклеточных – светочувствительный участок цитоплазмы. Наиболее совершенные органы зрения – глаза позвоночных, головоногих моллюсков и насекомых. Они позволяют воспринимать форму и размеры предметов, их цвет, определять расстояние.

Понятие видимого света в некоторой мере условно, так как отдельные виды животных сильно различаются по способности воспринимать разные лучи солнечного спектра. Для человека область видимых лучей – от фиолетовых до темно-красных.

Некоторые животные, например гремучие змеи, видят инфракрасную часть спектра и ловят добычу в темноте, ориентируясь при помощи органов зрения. Кроме эволюционного уровня группы, развитие зрения и его особенности зависят от экологической обстановки и образа жизни конкретных видов (рис. 25, 26).

Жизнь при сумеречном освещении приводит часто к гипертрофии глаз. Огромные глаза, способные улавливать ничтожные доли света, свойственны ведущим ночной образ жизни лемурам, обезьянам лори, долгопятам, совам и др.

Животные ориентируются с помощью зрения во время дальних перелетов и миграций. Птицы с поразительной точностью выбирают направление полета, преодолевая иногда тысячи километров от гнездовий до мест зимовок (рис. 27).

Доказано, что при таких дальних перелетах птицы хотя бы частично ориентируются по солнцу и звездам, т. е. астрономическим источникам света. При вынужденном отклонении от курса они способны к навигации, т. е. к изменению ориентации, чтобы попасть в нужную точку Земли. При неполной облачности ориентация сохраняется, если видна хотя бы часть неба. В сплошной туман птицы не летят или, если он застает их в пути, продолжают лететь вслепую и часто сбиваются с курса.

Навигационная способность птиц врожденная. Она не приобретается за счет жизненного опыта, а создается естественным отбором как система инстинктов. Точные механизмы такой ориентации еще плохо изучены. Гипотеза ориентации птиц в перелетах по астрономическим источникам света в настоящее время подкреплена материалами опытов и наблюдений.

Способность к подобного рода ориентации свойственна и другим группам животных. Среди насекомых она особенно развита у пчел. Пчелы, нашедшие нектар, передают другим информацию о том, куда лететь за взятком, используя в качестве ориентира положение солнца.

Дата добавления: 2015-01-29 ; просмотров: 86 ; Нарушение авторских прав

Источник

Экологические адаптации растений и животных по отношению к свету

половина общей радиации) и видимые (

45%) лучи. Остальные

5% составляют УФЛ с длиной волны 290-380 нм. УФЛ с большой энергией фотонов и длиной волны являются очень активными, оказывая на живые организмы химическое и бактерицидное воздействие. У растений это проявляется в синтезе некоторых витаминов, пигментов, у представителей фауны – витамина D. У человека – является причиной загара, как защитной реакцией кожи, а также синтеза витамина D.

• формирования структуры хлоропластов;

• биологического синтеза белков;

• синтеза простых и сложных нуклеиновых кислот;

• регуляции работы устьичного аппарата;

• изменения меры активности светочувствительных ферментов;

• процесса деления клеток;

Кроме того, солнечный свет отвечает за цветение и плодоношение. В то же время параметры светового режима местообитания обусловлены:

• высотой над уровнем моря;

• мерой солнечной активности;

В связи с этим на планете имеет место быть значительное разнообразие световых условий. Наряду с сильно освещенными высокогорьями, пустынями и степями существуют области сумеречного освещения (глубоководные впадины, гроты). Меняются также интенсивность света, его волновой (спектральный) состав, продолжительность действия, пространственно-временное распределение и т.д. Животные и растения имеют разные степени приспособленности к световому режиму с привязкой к нормальному их развитию. При этом представители флоры подразделяются на следующие экологические группы:

Светолюбивые (гелиофиты) наилучшим образом развиваются при полном освещении. Встречаются на хорошо освещаемых открытых местностях. К ним относятся: сорняки, степные травы, луговые травы, водные растения, множество культурных растений открытого грунта.

Тенелюбивые (теневые). Оптимум развития достигается при 1:10–1:3 полного освещения. Это представители флоры нижних затененных ярусов темнохвойных и широколиственных лесов, морских глубин, расщелин скал, пещер. Допустим, на территории нашей необъятной Родины характерными представителями теневых являются чистотел большой, кислица обыкновенная, копытень европейский, ветреница дубравная, майник двулистный и др.

Теневыносливые растения обладают значительной экологической стойкостью по отношению к свету. Их оптимум – полная освещенность, однако они прекрасно адаптируются к слабому свету. К таким относятся: граб, пихта, бук, бузина, брусника, лещина и др.

Световая адаптация растений и ее механизмы

С целью обеспечения максимально благоприятных условий существования, у растений существуют определенные механизмы приспособления, что отражается на их строении и поведении. У гелиофитов по сравнению с тенелюбивыми листовые пластинки обычно более мелкие, поверхность листовой пластинки, зачастую, блестит, с восковым налетом, густой опушкой. Таким образом реализована защита от палящих лучей солнца. Ориентация листьев светолюбов – вертикальная или под произвольным углом к солнечным лучам (это позволяет избежать перенасыщения светом и перегрева). Листья же теневыносливых растений постоянно направлены к свету всей поверхностью листа и расположены мозаикой, чтобы не затенять другие листья.

Эти две группы растений имеют присущие только им различия в строении. У гелиофитов наиболее развитыми являются осевые органы. Соотношение ксилемы и механических тканей – оптимальное. Форма листьев – простая с типичным делением мезофилла на столбчатый и губчатый, со значительной степенью жилкования, большим числом устьиц, отнесенных к единице площади листа. В целом, удельное количество хлоропластов в разы больше, нежели у теневых.

Сами хлоропласты у солнцелюбивых куда мельче и светлее из-за невысокого содержания хлорофилла. Они обладают способностью перемещаться в клетке и изменять ориентирование по отношению к солнечным лучам с целью защиты хлорофилла от распада.

Теневыносливые представители флоры отлично выживают в местах с вариативным режимом освещенности благодаря увеличению поглощающей поверхности, понижению частоты дыхания, увеличению размеров хлоропластов, уменьшению количества тканей, неспособных к фотосинтезу, повышению концентрации хлорофилла. Также в листьях сравнительно мало устьиц. Таким образом, способность воспринимать длину светового дня и реагировать на нее указывает на то, что живые организмы обладают «биологическими часами», что позволяет им ощущать суточные, приливные, лунные и годичные циклы и заранее готовиться к предстоящим изменениям внешней среды.

С экономической точки зрения оптимизация условий содержания растений и животных с целью их приближения к оптимальным ритмам жизни позволяет существенно повысить их удельную продуктивность без значительных капиталовложений.

Термины «фотопериод» и «фотопериодизм» были введены в мировую науку американскими физиологами растений У. Гарнером и Г.А. Аллардом (1920–1923).

Под фотопериодизмом подразумевают ритмичные изменения морфологических, биохимических и физиологических свойств и функций под воздействием чередования длительности световых и темновых интервалов.

Фототаксис же – двигательная реакция подвижных микроскопических организмов на световой раздражитель.

По механизму реакции фототаксис подразделяется на неспециализированный и специализированный. При неспециализированном фототаксисе фоторецептором служит фотосинтетический аппарат хлоропластов. При смене положения организма происходит изменение скорости первичных процессов фотосинтеза, что становится причиной формирования управленческого сигнала. Специализированный же фототаксис обеспечивается за счет специального аппарата. Например, у эвглены зеленой он состоит из парафлагеллярного тела, пространственно связанного со жгутиком. При движении клетка осуществляет вращение вдоль продольной оси. Если при текущем виде освещения фоторецептор парафлагеллярного тела затенен, возникает сигнал о необходимости корректировки направления движения. Сигнал в фоторецепторе формируется за счет электрического потенциала, который существует до тех пор, пока клетка не примет параллельное световому потоку положение. Описанное устройство является образцом биосистемы с адаптивным регулированием.

Механизм фототаксиса подразумевает три основные стадии. Сначала происходят поглощение света и первичная реакция на него фоторецептора. Затем происходятформирование сигнала и его передача исполнительному органу, после чего происходит изменение направления движения жгутиков.

Интересно, что фототаксис бывает положительным (клетки двигаются к источнику света) и отрицательным (клетки направленно движутся от источника света). Положительный фототаксис препятствует переходу клеток на более затемненный участок, вызывая их скопление в «световое пятно» (эффект световой ловушки).

Отрицательный фототаксис вызывает концентрацию клеток в менее освещенных местах. Таким образом фототаксис является важной приспособительной реакцией, обеспечивая выбор оптимальных условий жизнедеятельности клеток и фотосинтеза.

Очевидно, что фототаксис является промежуточным звеном между фотосинтезом растений и зрением и относится к области смежных интересов таких наук, как биофизика, биология, бионика, молекулярная биология, механохимия, клеточная физиология.

Свет и человеческий глаз

В вопросах световой чувствительности выделяют две основных характеристики: светоощущение и световую адаптацию.

Светоощущением называется способность глаза воспринимать свет и распознавать степени его яркости. Под световой адаптацией подразумевают способность глаза привыкать к разной яркости освещения.

Установлено, что человек, обладающий хорошим зрением, ночью может увидеть пламя свечи на удалении в несколько километров от нее.

Палочки глаза приобретают максимальное значение световой чувствительности после сравнительно долгой адаптации к темноте. Её степень определяют под воздействием светового потока в телесном угле 50° при длине волны 500 нм (максимум чувствительности глаза). Чувствительность глаза зависит от полноты адаптации, интенсивности источника света, его угловых размеров и длины волны, времени действия раздражителя. С возрастом наблюдается ее снижение вследствие изменения в худшую сторону оптических свойств склеры и зрачка, а также рецепторного звена восприятия.

Максимальные изменения площади зрачка здорового человека – 1,8-7,5 мм (минимальное значение освещенности меньше максимального в 17 раз). Однако, диапазон изменения освещённости сетчатки в реальности находится на уровне 10:1, а не 17:1, поскольку освещённость сетчатки является пропорциональной произведению площади зрачка на яркость объекта и коэффициент пропускания глазных сред. Вклад зрачка в регулировку чувствительности глаза мал. Воспринимаемый нашим зрительным механизмом диапазон яркостей составляет от 10−6 кд•м−2 (глаз полностью адаптирован к темноте) до 106 кд•м−2 (глаз полностью адаптирован к свету). Такой диапазон чувствительности достигается за счет разложения и восстановления фоточувствительных пигментов в фоторецепторах глазной сетчатки – колбочках и палочках.

Экстремум глазной чувствительности при дневном освещении (дневное зрение) находится в диапазоне 555–556 нм. При ослабленном (недостаточном) вечернем/ночном освещении экстремум чувствительности достигается на 510 нм (в течение суток колеблется в пределах 500-560 нм). Объясняется это тем, что в дневное время зрение осуществляется преимущественно колбочками, а при слабом ночном освещении глазом используются преимущественно палочки.

Различия в восприятии деталировки предмета с фиксированного расстояния при идентичной форме глазного яблока и одинаковой преломляющей силе диоптрической глазной системы у различных людей обуславливается отличиями в расстоянии между чувствительными элементами сетчатки и носит название остроты зрения.

В настоящее время под остротой зрения подразумевают способность глаза воспринимать раздельно две точки, расположенные друг от друга на некотором удалении (детализация, мелкозернистость, разрешётка). Мерилом остроты зрения является угол зрения, то есть угол, образованный лучами, исходящими от краев рассматриваемого предмета (или от двух точек A и B) к узловой точке (K) глаза. Острота зрения – величина обратно-пропорциональна углу зрения. В норме глаз человека раздельно воспринимает объекты, угловое расстояние между которыми не меньше одной угловой минуты.

Острота зрения – одна из важнейших функций зрения. Острота зрения человека ограничена его строением и зависит от размеров колбочек, находящихся в области жёлтого пятна, сетчатки, а также от рефракции глаза, ширины зрачка, прозрачности роговицы, хрусталика (и его эластичности), стекловидного тела, состояния сетчатой оболочки и зрительного нерва, возраста.

Контрастная чувствительность – это способность глаза различать объекты, слабо отличающиеся по яркости от фона. Ее оценка производится с помощью синусоидальных решеток. Превышение порога контрастной чувствительности сверх возрастной нормы может быть признаком глазных заболеваний, в связи с чем его исследование может применяться в диагностике.

Адаптация органов зрения

Вышеизложенные свойства зрения связаны с адаптивной способностью глаза.

Адаптация глаза – процесс приспособления зрения к изменчивым условиям освещения. Адаптация происходит при изменениях освещённости (различают адаптацию к свету и темноте), цветовой характеристики освещения (способность воспринимать белые предметы белыми даже при значительном изменении спектра падающего света).

На привыкание к свету требуется в среднем 5 мин, а вот к темноте – процесс куда более длительный.

Минимальное значение яркости, вызывающее ощущение света, характеризует меру световой чувствительности глаза нарастает в первые 30 мин. пребывания в условиях пониженной освещенности и практически завершается через 50–60 мин. Адаптацию глаза к темноте исследуют при помощи специальных приборов – адаптометров.

Снижение адаптивной способности глаза к темноте наблюдают при некоторых глазных (пигментная дистрофия сетчатки, глаукома) и общих (A-авитаминоз) заболеваниях.

Адаптация проявляется также в способности зрения частично компенсировать дефекты самого зрительного аппарата.

– обобщить знания учащихся о роли света для растений, животных и человека;

– развивать познавательный интерес, интеллектуальные и творческие способности в процессе изучения предметов естественнонаучного цикла путем практических опытов на оборудовании Курчатовской лаборатории;

– определить какое влияние оказывает свет на растения, животных и человека.

– определить морфологические различия в строении светового и теневого листа сирени;

– определить вид фототаксиса у эвглены зеленой;

– оценить остроту зрения и контрастной чувствительности глаза человека при разных условиях освещения;

– сделать вывод о влиянии света.

Эксперимент 1 «Строение светового и теневого листа сирени»

Оборудование: нетбук Intel «Аквариус», люксиметр, световой микроскоп, видеокамера к микроскопу, препараты светового и теневого листа.

1. приготовить препарат;

2. навести свет и резкость у микроскопа;

3. рассмотреть и зарисовать препарат светового и теневого листа;

Рисунок 1. Поперечный срез светового (слева) и теневого (справа) листа сирени

4. сравнить строение светового и теневого листа и ответить на вопрос: в чем отличие в морфологическом строении светового и теневого листа?

Эксперимент 2 «Фототаксис у эвглены зеленой»

Объект исследования: эвглена зеленая.

Оборудование: световой микроскоп, нетбук «Аквариус», видеокамера к микроскопу, пробирки, черная бумага, лупа.

1. в две пробирки налить на 2/3 густонаселенную культуру эвглены зеленой;

2. затенить верхнюю половину первой пробирки. Для этого использовать черную бумагу, плотно привязав ее к пробирке. Поставить пробирку на яркоосвещенное место на 30-40 мин.;

3. затенить аналогичным способом нижнюю половинку второй пробирки и также поставить на яркоосвещенное место на 30-40 мин.;

4. поочередно быстро освободить пробирки от затемнения, рассмотреть их содержимое невооруженным глазом и через лупу;

5. записать условия и результаты наблюдений, дать объяснения;

6. изменить вариант наблюдения (затенить среднюю часть пробирки или всю пробирку, оставив только круглое отверстие, направленное к источнику света), сделать записи;

7. сделать вывод о передвижении эвглены зеленой по отношению к свету.

Рисунок 2. Эвглена зеленая

Эксперимент 3 «Изменения остроты зрения человека при разной освещенности»

Оборудование: нэтбук Intel «Аквариус», люксиметр, проверочная таблица и устройство для ее наблюдения.

1. приготовить устройство для наблюдения, поместить внутрь датчик освещенности;

2. в хорошо освещенном помещении направьте устройство в сторону стены; испытуемый должен смотреть внутрь устройства при максимальном затенении 2–3 минуты, вплотную приблизив глаза к прорезям, адаптируясь к темноте; по ходу эксперимента он не должен отрываться от наблюдения; испытуемый не должен заранее видеть таблицу символов; начните эксперимент, вынимая листы бумаги и постепенно увеличивая освещенность;

3. после каждого шага увеличения освещенности испытуемый должен прочесть все символы, которые он видит (на что дается не более 30–40 секунд); записывайте число распознанных символов для 1, 2, 3 и 4 столбцов таблицы; определите в процентах увеличение доли распознанных символов.

Читайте также:

  1. Активные, пассивные и избегающие адаптации организмов к неблагоприятным факторам среды
  2. Антропогенный фактор. Загрязнение атмосферы. Основные загрязнители.
  3. Антропогенный фактор. Загрязнение гидросферы.
  4. БОЛЬНЫХ ЖИВОТНЫХ
  5. Вид, его признаки. Многообразие видов. Редкие и исчезающие виды растений и животных, меры их сохранения. Назовите известные вам редкие и исчезающие виды растений.
  6. Виды адаптации
  7. Влажность в наземно-воздушной среде. Адаптации растений и животных.
  8. Внутривидовая изменчивость древесных растений
  9. Водный обмен растений
  10. ВОПРОС 19. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА И ОРГАНИЗАЦИИ
Уровень освещенности Количество распознаваемых символов / всего символов
Столбец 1 Столбец 2 Столбец 3 Столбец 4
1
2

4. Повторите эксперимент в другом варианте: теперь после каждого изменения освещенности испытуемый должен перевести взгляд в сторону яркого источника света, после чего попытаться прочесть таблицу. Заполните таблицу корректных ответов.

Сравните результаты, полученные при адаптации к темноте и при переводе взгляда на яркий объект. Оцените влияние размера и контрастности символов на точность их распознавания.

Выводы: какие закономерности изменения остроты зрения и контрастной чувствительности глаза мы можем выявить при разных условиях освещения? Почему водитель на ночной дороге переключает «дальний» свет на «ближний» свет перед встречным автомобилем?

Рисунок 3. Устройство и таблица для анализа контрастного зрения.

Эксперимент № 1: препараты, изготовленные самостоятельно, фотографии препаратов.

Эксперимент № 2: видео проведенного опыта.

Эксперимент № 3: приготовленное устройство для наблюдения, таблица с проведенными измерениями

1. сделайте вывод о различии в строении светолюбивого и тенелюбивого листа сирени;

В чем адаптивный смысл наличия у одного и того же растения одновременно и теневых, и световых листьев?

2. пронаблюдайте и сделайте вывод о виде фототаксиса у эвглены зеленой;

Зачем эвглене зеленой необходимо передвигаться на свет?

3. сделайте измерения; заполните таблицу; сделайте выводы о зависимости остроты зрения и контрастной чувствительности глаза человека от величины освещения.

Источник

Читайте также:  Что такое гетерофилия у растений примеры