Меню

Экстенсивный и интенсивный тип корневой системы у растений

Экстенсивный и интенсивный тип корневой системы у растений

  1. Значение воды в жизни наземных организмов.
  2. Источники и формы воды на суше.
  3. Основные показатели влажности (абсолютная и относительная влажность воздуха, дефицит насыщения воздуха).
  4. Пути поступления и расхода воды у растений и животных (устичная, кутикулярная и перидермальная транспирации).
  5. Экологические группы растений по отношению к водному режиму: гидатофиты, гидрофиты, гигрофиты; мезофиты; ксерофиты (суккуленты, склерофиты) и психрофиты, криофиты.
  6. Экологические группы животных по отношению к водному режиму: гигрофилы, мезофилы, ксерофилы.
  7. Способы регуляции водного баланса у животных: морфологические, физиологические и поведенческие приспособления к регуляции водного обмена. Адаптации к крайнему дефициту влаги.
  8. Пойкилогидричность и гомойогидричность. Их адаптивные преимущества и недостатки.
  9. Совместное действие температуры и влажности на живые организмы. Роль температуры и влажности в распространении растений и животных на Земле. Биомы.


    Какие растения получают воду не из почвы?

На рисунке показаны корни сосны. Каким номером обозначена сосна, выросшая на болоте, а каким — выросшая на песчаной почве? С чем связано такое различие?

Рис. 9 Корни сосны

По типу ветвления различают корневые системы экстенсивные и интенсивные. Экстенсивная корневая система охватывает большой объем почвы, но сравнительно слабо ветвится, так что почва пронизана корнями негусто. Интенсивная корневая система охватывает небольшой объем почвы, но густо пронизывает ее многочисленными сильно ветвящимися корнями. Обозначьте на рисунке, какие растения имеют экстенсивную, а какие — интенсивную корневую систему.

Рис. 10 Корневые системы растений в разных условиях водоснабжения (по М.С. Шалыту, 1950 и Б.А. Тихомирову, 1963): А — Festuca sulcata; Б — Euphorbia gerardiana на черноземах; В — Eriophorum scheuchzeri; Г — Hierochloe alpine из тундры

Сравните растения на этих двух рисунках. Охарактеризуйте особенности растений засушливых зон и водных цветковых, выделите черты приспособленности.

Рис. 11 Растения водоемов и засушливых зон

Напишите, какие приспособления для уменьшения транспирации есть у этого растения.

Рис. 12 Лист ковыля на поперечном срезе (А) и схемы его строения в развернутом (Б) и свернутом состоянии (В): 1 — верхняя эпидерма , 2 — устьичный аппарат, 3 — проводящий пучок, 4 — обкладочные клетки, 5 — пузыревидные клетки, 6 — мезофилл, 7 — механическая ткань, 8 — нижняя эпидерма

На основании рисунка ковыля, изображенного выше, перечислите приспособления, приводящие к сокращению межклетных пространств и общей внутренней испаряющей поверхности.

В группу гигрофитов включают растения, обитающие на влажной почве, например, на болотистых лугах или сырых лесах. Поскольку эти растения не испытывают недостатка в воде, то в их структуре отсутствуют какие-либо особые приспособления, направленные на снижение транспирации, и они характеризуются признаками, которые можно определить, как противоположные ксероморфным. Опишите особенности строения растения медуницы, обитающего во влажных условиях.

Рис. 13 Поперечный разрез листа медуницы

Где располагаются изображенные на рисунке образования у растений, и какую роль они играют в регуляции водного обмена и теплового режима растения?

Рис. 14 Трихомы: 1-3 — простые одноклеточные, 4 -простой многоклеточный, 5 — ветвистый многоклеточный, 6 — простой двурогий, 7, 8 — звездчатый (в плане и на поперечном разрезе листа)

Каково главное назначение пробки у растений?

Перечислите особенности строения листа хвойных, приспособленных к экономному водному режиму.

Рис. 15 А. Строение поперечного среза хвои сосны: 1 — рансфузионная ткань; 2 — ксилема; 3 — флоэма; 4 — склеренхима; 5 — эпидерма; 6 — гиподерма; 7 — смоляной канал; 8 — складчатый мезофилл; 9 — эндодерма; 10 — проводящий пучок; 11 — устьица; Б. Строение участка сосны при большом увеличении: 12 — гиподерма, 13 — эпидерма

У пойкилогидрических растений содержание воды в тканях непостоянно и сильно зависит от степени увлажнения окружающей среды. Напишите, каким растениям, изученным в школьном курсе , свойственна пойкилогидричность? Перечислите их.

Какие приспособления имеют эти организмы для жизни в условиях недостатка влаги?

Физиологические приспособления к регуляции водного обмена у животных — это способность к образованию метаболической влаги, экономии воды при выделении мочи и кала, развитие выносливости к обезвоживанию организма, величина потоотделения и отдачи воды со слизистых.

Источник

Книга: Общая экология

Навигация: Начало Оглавление Другие книги

3.3.1. Адаптация растений к поддержанию водного баланса

Низшие наземные растения из влажного субстрата поглощают воду погруженными в него частями таллома, а влагу дождя, росы и тумана – всей поверхностью. В максимально набухшем состоянии лишайники содержат в 20–30 раз больше воды, чем сухого вещества.

Среди высших наземных растений мохообразные поглощают воду из почвы ризоидами, а большинство других – корнями, специализированными органами, всасывающими воду. В клетках корня развивается сосущая сила чаще всего в несколько атмосфер, но этого достаточно для извлечения из почвы большей части связанной воды. Лесные деревья умеренной зоны развивают сосущую силу корней около 3 · 10 6 Па (30 атм), некоторые травянистые растения (земляника лесная, медуница неясная) – до 2 · 10 6 (20 атм) и даже свыше 4 · 10 6 Па (40 атм) (смолка обыкновенная); растения сухих областей – до 60 атм.

Когда в непосредственной близости от корней запасы воды в почве истощаются, корни растут в направлении большей влажности, так что корневая система растений постоянно находится в движении. У степных и пустынных растений часто можно видеть эфемерные корни, быстро вырастающие в периоды увлажнения почвы, а с наступлением засушливого периода засыхающие.

По типу ветвления различают следующие корневые системы:

1) экстенсивная охватывает большой объем почвы, но сравнительно слабо ветвится, так что почва пронизана корнями негусто. Таковы корневые системы у многих степных и пустынных растений (саксаула, верблюжьей колючки), у деревьев умеренной полосы (сосны обыкновенной, березы повислой), а из трав у люцерны серповидной, василька шероховатого и др.;

2) интенсивная – охватывает сравнительно небольшой объем почвы, но густо пронизывает ее многочисленными сильно ветвящимися корнями, как, например, у степных дерновинных злаков (ковылей, типчака и др.), у ржи, пшеницы. Между этими типами корневых систем есть переходные.

Корневые системы очень пластичны и резко реагируют на изменение условий, в первую очередь увлажнения (рис. 29). При недостатке влаги корневая система становится экстенсивнее. Так, при выращивании ржи в разных условиях общая длина корней (без корневых волосков) в 1000 см 3 почвы варьирует от 90 м до 13 км, а поверхность корневых волосков может увеличиться в 400 раз.

Рис. 29. Корневые системы стенных и тундровых растений (по М. С. Шалыту и Б. А. Тихомирову, 1963):

А – Festuca sulcata;

Б – Euphorbia gerardiana на черноземах в Аскания‑Нова;

В – Eriophorum scheuchzeri;

Г – Hierochloe alpina – из тундр Таймыра

Всасывание воды корнями затруднено при большой сухости почвы, засолении или сильной кислотности, при низкой температуре. Например, ясень обыкновенный при температуре почвы 0 °C поглощает воды в 3 раза меньше, чем при +(20–30) °С. Способность поглощать воду при той или иной температуре зависит от приспособленности растений к тепловому режиму почв в местах их произрастания. Виды с ранним началом развития, как правило, могут всасывать воду корнями при более низкой температуре, чем развивающиеся позднее. Тундровые растения и некоторые деревья, растущие на почвах с подстилающей их многолетней мерзлотой, могут поглощать воду при температуре почвы 0 °C.

У высших растений есть и дополнительные пути поступления воды в тело. Мхи могут поглощать воду всей поверхностью, как и лишайники. Особенно много воды впитывают такие мхи, как кукушкин лен, виды сфагнума, чему способствует строение их листьев и побегов. При полном насыщении сфагновые мхи содержат в своем теле в десятки раз больше воды, чем в воздушно‑сухом состоянии (рис. 30). Семена поглощают воду из почвы. Из воздуха, насыщенного водяными парами, в дождевом тропическом лесу поглощают воду многие эпифиты, например папоротник гименофиллум – тонкими листьями, многие орхидеи – воздушными корнями. В чашевидных влагалищах листьев многих зонтичных скапливается вода, которая постепенно всасывается эпидермисом. Виды из рода тилляндсия (бромелиевые) существуют в пустыне Атакама практически исключительно за счет влаги туманов и росы, которую впитывают чешуевидные волоски на листьях.

Поступившая в растение вода транспортируется от клетки к клетке (ближний транспорт) и по ксилеме во все органы, где расходуется на жизненные процессы (дальний транспорт). В среднем 0,5 % воды идет на фотосинтез, а остальная – на восполнение потерь от испарения и поддержание тургора. Вода испаряется со всех поверхностей, как внутренних, так и наружных, соприкасающихся с воздухом. Различают устьичную, кутикулярную и перидермальную транспирацию.

Рис. 30. Часть листа сфагнума болотного с клетками двух типов: зеленых с хлоропластами и бесцветных водоносных (Жизнь растений. Т. 4. 1978)

Через устьица транспирируется влага, испарившаяся с поверхности клеток внутри органов. Это основной путь расходования воды растением. Кутикулярная транспирация составляет менее 10 % от свободного испарения; у вечнозеленых хвойных пород она сокращается до 0,5 %, а у кактусов даже до 0,05 %. Относительно велика кутикулярная транспирация молодых развертывающихся листьев. Перидермальная транспирация обычно незначительна. Интенсивность общей транспирации повышается с увеличением освещенности, температуры, сухости воздуха и при ветре.

Водный баланс остается уравновешенным в том случае, если поглощение воды, ее проведение и расходование гармонично согласованы друг с другом. Нарушения его могут быть кратковременными или длительными. По приспособлениям наземных растений к кратковременным колебаниям условий водоснабжения и испарения различают пойкилогидрические и гомойогидрические виды.

У пойкилогидрических растений содержание воды в тканях непостоянно и сильно зависит от степени увлажнения окружающей среды. Они не могут регулировать транспирацию и легко и быстро теряют и поглощают воду, используя влагу росы, туманов, кратковременных дождей, в сухом состоянии находятся в анабиозе. Способны обитать там, где короткие периоды увлажнения чередуются с длительными периодами сухости.

Пойкилогидричность свойственна цианобактериям, всем водорослям, некоторым грибам, лишайникам (рис. 31), а также ряду высших растений: многим мхам, некоторым папоротникам и даже отдельным цветковым, по‑видимому, вторично перешедшим к пойкилогидрическому образу жизни. Таков, например, южно‑африканский кустарник Myrothamnus flabel‑lifolia (розоцветные).

Рис. 31. Лишайник сосновых лесов Cetraria islandica – типичный пойкилогидрический организм (Жизнь растений. Т. 3. 1978)

В мелких клетках таллома большинства низших растений нет центральной вакуоли, поэтому при высыхании они равномерно сжимаются без необратимых изменений ультраструктуры протопласта. Сине‑зеленые водоросли (цианобактерии), вегетирующие на поверхности почвы в пустыне, высыхая, превращаются в темную корочку. От редких дождей их слизистая масса набухает и нитчатые тела начинают вегетировать. Мхи, растущие на сухих скалах, стволах деревьев или на поверхности почвы лугов и степей (роды Thuidium, Tortula и др.), также могут сильно высыхать, не теряя жизнеспособности.

Пойкилогидричны пыльцевые зерна и зародыши в семенах растений.

Гомойогидрические растения способны поддерживать относительное постоянство обводненности тканей. К ним относят большинство высших наземных растений. Для них характерна крупная центральная вакуоль в клетках. Благодаря этому клетка всегда имеет запас воды и не так сильно зависит от изменчивых внешних условий. Кроме того, побеги покрыты с поверхности эпидермой с малопроницаемой для воды кутикулой, транспирация регулируется устьичным аппаратом, а хорошо развитая корневая система во время вегетации может непрерывно поглощать влагу из почвы. Однако способности растений, не выдерживающих высыхания, регулировать свой водный обмен различны. Среди них выделяют разные по экологии группы.

Источник

Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Адаптации растений к поддержанию водного баланса

Ниже водные растения поглощают воду всей поверхностью тела. Ниже наземные растения из влажного субстрата поглощают воду погруженными в нее частями слоевища, а дождевую воду, росу и туман — всей поверхностью.

Среди высших наземных растений мохообразные поглощают воду из почвы ризоидами, а другие наземные корнями. В клетках корня образуется всасывающая сила в несколько атмосфер. Лесные деревья умеренной зоны развивают всасывающую силу корней около 30 атм., Лесные травы, такие как земляника, медуница — до 20 атм., А растения сухих областей — до 60 атм.

Когда в непосредственной близости к корням запасы воды в почве иссякают, они увеличивают активную поверхность путем роста, следовательно корневая система растений постоянно находится в движении. В степных и пустынных растений часто можно видеть эфемерные корни, быстро вырастают в периоды увлажнения почвы, а с наступлением засушливого периода засыхают. По типу ветвления различают корневые системы экстенсивные и интенсивные. Экстенсивная корневая система охватывает большую площадь почвы, но сравнительно слабо разветвляется, следовательно, почва пронизана корнями негусто. Это в основном в степных и пустынных растений (саксаул, верблюжья колючка), у деревьев умеренной зоны (сосна, береза), а из трав в василька, люцерны. Интенсивная корневая система охватывает небольшой объем почвы, но густо пронизывает его многочисленными, сильно разветвленными корнями, например, в степных древовидных злаков (ковыль, типчак) и у ржи и пшеницы.

Корневые системы очень пластичны. Они резко реагируют на изменение условий увлажненности. При недостатке влаги корневая система становится екстенсивнишою. При выращивании ржи в разных условиях общая длина корней (без корневых волосков) в 1000 кв.м почвы варьирует от 90 м до 13 км, а поверхность корневых волосков может увеличиваться в 400 раз.

Всасывания воды корнями затрудняется при большой сухости почвы, засоленности или сильной кислотности, при низкой температуре. Способность поглощать воду при той или иной температуре зависит от приспособленности растений к тепловому режиму почв в местах произрастания. Виды с ранним началом развития могут всасывать воду корнями при более низкой температуре, чем развивающиеся позже. Тундровые растения и растения почв с вечной мерзлотой могут поглощать воду при температуре почвы 0 С.

У высших растений имеются и дополнительные пути поступления воды в тело. Мхи и лишайники могут впитывать воду всей поверхностью тела. Растения семейства бромелиевых существуют за счет влаги туманов и росы, которую впитывают чешуевидными волоски на листьях. В дождевых тропических лесах воздух насыщен водяным паром, поэтому многие растений-эпифитов поглощают воду листьями, а много орхидей — воздушными корнями. Семена растений способно впитывать воду только в почве.

В чашевидная ножнах листьев многих зонтичных растений накапливается вода, которая постепенно всасывается эпидермисом.

Вода, поступившая в растение, транспортируется от клетки к клетке и по ксилеме во все органы, где расходуется на жизненные процессы. 0,5% воды идет на фотосинтез, остальные на пополнение испарения и поддержание тургора. Испаряется вода со всех поверхностей, которые соприкасаются с воздухом. Транспирация является продихова, кутикулярной и перидермальна. Интенсивность общей транспирации повышается с увеличением освещенности, температуры, сухости воздуха, а также при ветре.

Водный баланс остается уравновешенным, если впитывания воды, ее проведение и расход гармонично взаимосогласованные. Нарушение его могут быть кратковременными и долговременными. По приспособлениями наземных растений к кратковременным колебаниям условий водоснабжения и испарения различают пойкилогидрични и гомойогидрични виды растений.

В пойкилогидричних растений содержание воды в тканях непостоянный и сильно зависит от степени увлажненности окружающей среды. Они не могут регулировать транспирацию, легко и быстро теряют и впитывают воду, используя влагу росы, туманов, кратковременных дождей, в сухой период находятся в состоянии анабиоза. Они способны расти там, где короткие периоды увлажнения чередуются с длительными периодами сухости. Пойкилогидричнисть свойственна сине-зеленым водорослям, зеленым водорослям, некоторым грибам, лишайникам, а также многим мхам, отдельным папоротникам и некоторым цветочным. Пыльцевые зерна цветка и зародыши семян также пойкилогидрични.

Гомойогидрични растения способны поддерживать относительное постоянство обводненности тканей. К ним относят большинство высших наземных растений. В их клетках имеется большая центральная вакуоль, благодаря чему клетка всегда имеет запас воды и не так зависит от меняющихся внешних условий. Кроме этого ростки имеют малопроницаемых для воды кутикулу, а транспирация регулируется продиховим аппаратом. Но способность гомойогидричних растений регулировать свой водный обмен неодинакова. Среди них выделяют различные по экологии группы.

Источник

Экология растений: Учеб. пособие стр.72

У других видов (например, степных злаков) корневые системы интенсивного типа (рис. 98, Б): они охватывают относительно небольшой объем почвы, но благодаря очень густому ветвлению максимально используют почвенную влагу. Корни ряда ксеро-фильных видов имеют специальные приспособления для запасания влаги («корневые шишки» у степной таволги — БШрепйи1а Не-хареЬсАа, получившей из-за этого название «земляные орешки»; утолщенные и деформированные корни пустынных кустарников из рода СаШёопит). „„ „ Надземные органы ксерофитов

Рис. 97. Корневая система пустынно- птпиияютгя гкпепбпячны-

го кустарника РИигапШох ШЫоБиБ также отличаются СВОеооразны-(по Вальтеру Г., 1968) ми (так называемыми ксеро-

Рис. 98. Различные типы корневых систем. А — экстенсивный (верблюжья колючка Л/Ла^’ ca.melor.um); Б — интенсивный (пшеница)

морфными) чертами, которые носят отпечаток трудных условий водоснабжения. У них сильно развита водопроводящая система, что хорошо заметно по густоте сети жилок в листьях (рис. 99), под-

Рис. 99. Различие жилкования (А), размеров и числа устьиц (Б) у ксерофитов и мезофитов (по Келлер Э. Ф., из Шеиникова А. П., 1950);

/ — пустынный ксерофит — Psoralea drupacea, 2 — лесной мезофит — Paris quadrifolia

водящих воду к тканям. Эта черта облегчает ксерофитам пополнение запасов влаги, расходуемой на транспирацию.

Ниже показана густота жилкования в листьях растений различных местообитаний (поданным разных авторов):

Вид Длина окилок,

Бук, световые листья. 1220

теневые листья. 880

Дуб, световые листья. 790 ‘

теневые листья. 590

Бересклет — Euonymus verrucosa . 320

Раниевесенние эфемероиды дубовых лесов:

Corydalis halleri. 440

Anemone ranunculoides. 340

Летиевегетирующие травы дубовых лесов:

Asperula odorata . 240

Polygonatum multiflorum ундровые кустарнички:’

690 220 180 3130

Пустынный кустарник — Rosa persica

Разнообразные структурные приспособления защитного характера, направленные на уменьшение расхода воды, в основном сводятся к следующему:

1. Общее сокращение транспирирующей поверхности. Многие ксерофиты имеют мелкие, узкие, сильно редуцированные листовые пластинки. Это особенно наглядно при сравнении облика родственных видов из сухих и влажных местообитаний: достаточно вспомнить, например, мелкие рассеченные листья степной таволги — Filipendula hexapetala и крупные листовые пластинки лабазника — F. ulmaria, обитающего на сырых лугах и опушках; узкие проволо-ковидные листья степного типчака — Festuca sulcata и листья луговой овсяницы — Festuca pratensis и т. д. В особо засушливых пустынных местообитаниях листья некоторых древесных и кустарниковых пород редуцированы до едва заметных чешуек (рис. 100). У таких афилльных (безлистных) видов фотосинтез осуществляют зеленые ветви (например, саксаулы — Haloxylon aphyllum, Н. persi-сит и др., кустарниковые солянки из рода Salsola, кандым — Cal-ligonum, хвойник— Ephedra и т. д.). По данным Г. Вальтера, в аридных областях в результате сильного сокращения общей испаряющей массы растительного покрова на единицу количества выпадающих осадков приходится примерно столько же транспирирующей поверхности, сколько в гумидных областях, и в целом расходы воды на единицу листовой площади довольно близки.

Источник

Читайте также:  Тапенер для подвязки растений инструкция