Основные закономерности водопотребления растений

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………  2

I.  Систематика растений………………………………………………………………..  3

1. Возникновение и развитие  классификации растений……………………………….  3

2. Влияние Дарвина на  развитие таксономии…………………………………………..   4

3. Систематика сегодня…………………………………………………………………...   4

II. Основные закономерности роста и развития растений…………………………   5

1. Рост растений…………………………………………………………………………...   5-6

2. Гормоны роста………………………………………………………………………….   6

3. Покой растений………………………………………………………………………...   6-7

4. Движения растений……………………………………………………………………   7-8

5. Процессы роста………………………………………………………………………...   8-9

III. Фотосинтез…………………………………………………………………………...   10-11

1. Механизм фотосинтеза и его значение……………………………………………….   11-12

IV. Транспирация………………………………………………………………………..   13

V. Дыхание растений........................................................................................................   14-15

VI. Основные закономерности водопотребления растений………………………..   16

1. Устьичная транспирация………………………………………………………………   16-17

2. Транспирационный коэффициент и коэффициент водопотребления, зависимость от                                    внутренних и внешних условий, способы их снижения………………………………   17-18

Заключение……………………………………………………………………………….   19

Список использованных источников…………………………………………………   20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Невозможно представить  себе окружающий мир без растений - наших верных и молчаливых зеленых  друзей. Каждый глоток воздуха, каждая крошка пищи подарены нам растениями, они помогают нам почувствовать  радость общения с природой, ее очарование и красоту. Ухаживая за безмолвными  и прекрасными растениями, человек  сам становится чище и добрее.

Зеленые растения создают  на Земле условия для существования  всех живых организмов. Они выделяют кислород, который необходим для  дыхания, служат основным источником пищи для всех животных. Даже самый кровожадный  хищник зависит от растений, которыми питаются его жертвы.

Покрывая Землю зеленым  ковром, растения защищают и сохраняют  ее. Заросли растений создают свой климат, более мягкий и более влажный, потому что листва противостоит иссушающему  действию солнечных лучей. Корни  растений скрепляют и удерживают почву. Там, где сохранился лес, поверхность  Земли не обезображена оврагами.

К сожалению, многие процессы жизнедеятельности растений знают  не все. Но ведь знания о дыхании, питании, росте и развитии необходимы при  выращивании сельскохозяйственных культур, в овощеводстве и в такой  важной области, как селекция. Мало того, зная жизнедеятельность растений и их роль, человек будет бережнее относиться к этим прекрасным созданиям.

В своем реферате я попытался  доступно описать вышеперечисленные  процессы. При написании пользовался  конспектами лекций, пособиями по ботанике, энциклопедиями и интернет – ресурсами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. Систематика растений

Систематика растений –  раздел ботаники, занимающийся естественной классификацией растений. Экземпляры со многими сходными признаками объединяют в группы, называемые видами. Тигровые лилии – один вид, белые лилии  – другой и т.п. Похожие друг на друга виды в свою очередь объединяют в один род, например все лилии относятся к одноименному роду – Lilium. Если у вида близких сородичей нет, он образует самостоятельный, т.н. монотипический род, как гинкго двулопастный (род Ginkgo). Определенные черты сходства между лилиями, тюльпанами, гиацинтами и некоторыми другими родами позволяют объединить их в одно семейство – лилейные (Liliaceae). По такому же принципу из семейств составляются порядки, из порядков – классы. Возникает иерархическая система из групп различного ранга. Каждая такая группа, независимо от ранга, например род лилия, семейство амариллисовые или порядок розовые, называется таксоном. Принципами выделения и классификации таксонов занимается особая дисциплина таксономия.

Систематика – необходимая  основа любой отрасли ботаники, так  как она характеризует, насколько  позволяют накопленные данные, взаимосвязи  между разнообразными растениями и  дает растениям официальные названия, позволяющие специалистам различных  стран обмениваться научной информацией. 

1. Возникновение и развитие классификации растений

Создателем системы классификации  растительного мира был гениальный шведский ботаник 18 в. Карл Линней, с 1741 по 1778 профессор медицины и естественной истории Упсальского университета. Он классифицировал растения главным образом по числу и расположению тычинок и плодолистиков (репродуктивных структур цветка). Эта «половая» система благодаря своей простоте и легкости включения в нее различных видов получила широкое признание. Кроме того, Линней на основе сложных многословных названий, данных «типам» организмов его предшественниками, создал принципы современной биологической номенклатуры. У немецкого ботаника Бахмана (Ривиниуса) он заимствовал двойные видовые названия: первое слово соответствует роду, второе (видовой эпитет) – собственно виду. У Линнея было множество учеников, и некоторые из них в поисках новых растений путешествовали по Америке, Аравии, Южной Африке и даже Японии.

Слабость системы Линнея в том, что его жесткий подход временами не отражал очевидной  близости между организмами или, наоборот, сближал явно далекие друг от друга виды. Известно, например, что  три тычинки характерны как для  злаков, так и для тыквенных, а, например, у сходных по многим другим признакам губоцветных их может быть и две, и четыре. Впрочем, сам Линней считал целью ботаники именно «естественную» систему и сумел выделить более 60 естественных групп растений.

 

2. Влияние Дарвина на развитие таксономии

В 1859 публикация труда «Происхождение видов путем естественного отбора» в корне изменила взгляды на таксономию. Термин «естественная система» приобрел современное звучание и стал означать родственные связи между организмами, сложившиеся в результате их происхождения от общего предка. Близость между видами стала определяться тем, насколько давно существовал такой их предок. Претендующая на «естественность» схема классификации превратилась в своего рода поперечный срез эволюционного процесса, и все прежние схемы были пересмотрены именно с этой точки зрения. Появилось представление о «примитивных» и «продвинутых» признаках. Август Вильгельм Эйхлер построил на этой основе совершенно новую систему растений, принципы которой были использованы и в более поздних работах Энглера и Чарлза Бесси.

3. Систематика сегодня

Стремление отразить в  систематике ход эволюции живого осталось ведущей тенденцией этой области  ботаники и в 20 в., чему особенно способствовало развитие микроскопии и генетики. Параллельно продолжают пополняться  коллекции растений как хорошо изученных, так и новых для ботаников  регионов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Основные закономерности роста и развития растений

С тех пор, как в ходе эволюции возникли многоклеточные организмы, превращение оплодотворенного яйца во взрослую особь совершается в  каждом поколении в процессе роста  и развития. Рост, т.е. увеличение размеров, достигается за счет повышения количества таких субъединиц, как молекулы и  клетки. Развитие, т.е. качественное изменение, обеспечивается синтезом новых соединений и образованием клеток разных типов  в результате дифференцировки.

1. Рост растений

Рост - это процесс, связанный с образованием новых органов и увеличением размеров растений. Рост - важный признак живого. В отличие от животных растение растет в течение всей жизни (у многолетних цветковых ежегодно вырастают новые побеги, появляются новые листья). Даже у столетнего дерева есть молодые побеги, возраст которых несколько месяцев или даже дней. Само название "растение" происходит от слова "расти".

Растение растет как в  длину, так и в толщину. Рост в длину происходит обычно в верхушках побегов и корней где расположены клетки образовательной ткани. Они составляют так называемые конусы нарастания. Молодые клетки образовательной ткани постоянно делятся, увеличиваются их число и размеры, в результате чего корень или побег нарастает в длину. У злаков образовательная ткань находится в основании междоузлия, в этом месте и растет стебель. 
Зона роста у корня не превышает 1 см, у побега она достигает 10 см и более. Скорость роста побегов и корней у разных растений разная. Рекордсменом по скорости роста побегов является бамбук, у которого за сутки побег может вырасти до 80 см.

Скорость роста корня  зависит от влажности, температуры, содержания кислорода в почве. Большая  потребность в кислороде у  томата, гороха, кукурузы, меньше - у  риса, гречихи. Лучше всего растут корни в рыхлой и влажной почве. 
Рост корней зависит от интенсивности фотосинтеза. Условия, благоприятные для фотосинтеза, положительно влияют и на рост корней. Скашивание надземной части растений термозит рост корней, приводит к уменьшению их массы. Обильный урожай плодов также задерживает рост корней дерева, а удаление соцветий способствует росту корней.

Рост растений в толщину  происходит за счет деления клеток образовательной ткани - камбия, расположенного между лубом и древесиной. У  однолетних растений клетки камбия прекращают делиться к моменту цветения, а  у деревьев и кустарников они  перестают делиться с середины осени  и до весны, когда растение вступает в стадию покоя. Периодичность деления  клеток камбия приводит к образованию  годичных колец в стволе дерева. Годичное кольцо - это прирост древесины  за год. По числу годичных колец на пне определяют возраст спиленного дерева, а также те климатические  условия, в которых оно росло. Широкие годичные кольца свидетельствуют  о благоприятных климатических  условиях для роста растения, а  узкие годичные кольца - о менее  благоприятных условиях.

Рост растений происходит при определенной температуре, влажности, освещенности. В период роста интенсивно расходуются органические вещества и заключенная в них энергия. Органические вещества поступают в  растущие органы из фотосинтезирующей  и запасающей тканей. Необходимы также  для роста вода и минеральные  вещества.

2. Гормоны роста

Однако только воды и питательных  веществ недостаточно для роста. Нужны особые вещества - гормоны - внутренние факторы роста. Они необходимы растению в небольших количествах. Увеличение дозы гормона вызывает противоположное  действие - торможение роста.

Широко распространен  в мире растений гормон роста гетероауксин. Если срезать верхушку стебля, то рост его замедляется, а затем приостанавливается. Это свидетельствует о том, что гетероауксин образуется в растущих зонах стебля, откуда он поступает в зону растяжения и оказывает влияние на цитоплазму клеток, повышает пластичность и растяжимость их оболочек.

Гормон гиббереллин также стимулирует рост растений. Этот гормон вырабатывается особым видом низших грибов. В небольших дозах он вызывает удлинение стебля, цветоножки, ускорение цветения растений. Карликовые формы гороха и кукурузы после обработки гиббереллином достигают нормального роста. Гормоны роста выводят из состояния покоя семена и почки, клубни и луковицы.

У многих растений обнаружены особые вещества - ингибиторы, которые тормозят рост. Они содержатся в мякоти плодов яблони, груши, томата, жимолости, в оболочках семян каштана, пшеницы, в зародышах подсолнечника, в луковицах лука и чеснока, в корнях моркови, редиса.

Содержание ингибиторов  возрастает к осени, благодаря чему плоды, семена, корнеплоды, луковицы, клубни хорошо хранятся и не прорастают осенью и в начале зимы. Однако ближе  к весне при наличии благоприятных  условий они начинают прорастать, так как в течение зимы ингибиторы разрушаются.

3. Покой растений

Рост растений - процесс  непостоянный: период активного роста  весной и летом сменяется затуханием процессов роста осенью. Зимой  деревья, кустарники и травы пребывают  в состоянии покоя.

В период покоя прекращается рост, сильно замедляются процессы жизнедеятельности у растений. Например, зимой дыхание у них в 100 - 400 раз слабее, чем летом. Однако не следует думать, что у растений в состоянии покоя полностью  прекращается жизнедеятельность. В  покоящихся органах (в почках деревьев и кустарников, в клубнях, луковицах  и корневищах многолетних трав) важнейшие  процессы жизнедеятельности продолжаются, но совершенно прекращается рост, даже если для этого будут все условия. В период глубокого покоя растения трудно "пробудить". Например, только что убранные с поля клубни картофеля  не будут прорастать даже в теплом и влажном песке. Но уже через несколько месяцев у клубней появятся ростки и этот процесс трудно будет задержать.

Покой - это реакция организма  на изменение условий окружающей среды.

Изменение условий среды  может удлинить или сократить  период покоя. Так, если искусственно удлинить день, то можно задержать переход  растений в состояние покоя.

Таким образом, покой растений - это важное приспособление к переживанию  неблагоприятных условий, возникшее  в ходе эволюции.

4. Движения растений

Процессы роста лежат  в основе движения растений. Движения растений различны. Широко распространены в природе тропизмы - изгибы органов растения под влиянием фактора, действующего в одном направлении. Например, при освещении растения с одной стороны оно изгибается в сторону света. Это фототропизм. Растение изгибается потому, что его органы на освещенной стороне растут медленнее, чем на не освещенной, так как свет замедляет деление клеток.

Реакцию растений на действие силы тяжести называют геотропизмом. Стебель и корень по-разному реагируют на земное притяжение. Стебель растет вверх, в противоположном направлении к действию силы тяжести (отрицательный геотропизм), а корень - вниз, по направлению действия этой силы (положительный геотропизм). Переверните прорастающее семя корнем вверх, а стеблем вниз. Через некоторое время вы увидите, что корень изогнется вниз, а стебель вверх, т.е. они займут обычное для них положение.

Движением растения реагируют  и на присутствие в среде химических веществ. Эта реакция называется хемотропизмом. Он играет большую роль в минеральном питании, а также в оплодотворении растений. Так, в почве корни растут по направлению к питательным веществам. Но они изгибаются в противоположную сторону от ядохимикатов, гербицидов.

Пыльцевое зерно прорастает, как правило, только на рыльце пестика  растений своего вида, а спермин (мужские  половые клетки) движутся по направлению  к семязачатку, к расположенным в нем яйцеклетке и центральному ядру. Если же пыльцевое зерно попадает на рыльце цветка другого вида, то оно вначале прорастает, а затем изгибается в обратную от семязачатка сторону. Это свидетельствует о том, что пестик выделяет вещества, которые стимулируют рост "своего" пыльцевого зерна, но подавляют рост чужеродной пыльцы.

Растения отвечают тропизмами и на воздействие температуры, воды, на повреждение органов.

Для растений характерен и  иной тип движения - настии. В основе настий также лежит рост растения, который вызывается различными раздражителями, действующими на растение в целом. Различают фотонастии, вызванные изменением освещения, термонастии, связанные с изменением температуры. Многие цветки открываются утром и закрываются вечером, т.е. реагируют на изменение освещения. Например, утром, при ярком солнечном свете открываются корзинки одуванчика, а вечером, с уменьшением освещенности, они закрываются. Цветки душистого табака, наоборот, раскрываются вечером, с уменьшением освещенности.

В основе настий, как и  у тропизмов, также лежит неравномерный  рост: если сильнее растет верхняя  сторона лепестков, цветок раскрывается, если нижняя - закрывается. Следовательно, в основе движения органов растения лежит их неравномерный рост.

Тропизмы и настии играют большую роль в жизни растений, это один из признаков приспособленности  растений к среде обитания, к активной реакции на воздействие различных  ее факторов.

5. Процессы роста 

Процессы роста - неотъемлемая часть индивидуального развития растений, или онтогенеза. Все индивидуальное развитие особи слагается из целого ряда процессов, определенных периодов в жизни особи, начиная с момента  ее появления и до ее смерти. Количество периодов онтогенеза и сложность  процессов развития зависят от уровня организации растений. Так, индивидуальное развитие одноклеточных организмов начинается с образованием новой, дочерней клетки (после деления материнской  клетки), продолжается в течение  ее роста и заканчивается ее делением. Иногда у одноклеточных бывает период покоя - при образовании споры; затем спора прорастает и развитие продолжается до деления клетки. При вегетативном размножении индивидуальное развитие начинается с момента отделения части материнского организма, продолжается формированием новой особи, ее жизнью и заканчивается смертью. У высших растений при половом размножении онтогенез начинается с оплодотворения яйцеклетки и включает периоды развития зиготы и зародыша, образования семени (или споры), его прорастания и формирования молодого растения, его зрелости, репродуктивности, увядания и смерти.

Если у одноклеточных  организмов все процессы их развития и жизнедеятельности протекают  в одной клетке, то у многоклеточных процессы онтогенеза гораздо сложнее  и состоят из целого ряда преобразований. В ходе развития новой особи в  результате деления клеток образуются различные ткани (покровная, образовательная, фотосинтезирующая, проводящая и др.) и органы, выполняющие разнообразные  функции, формируется половой аппарат, организм вступает в пору размножения, дает потомство (одни растения - раз  в жизни, другие - ежегодно в течение  многих лет). В процессе индивидуального  развития в организме накапливаются  необратимые изменения, он стареет  и отмирает.

Продолжительность онтогенеза, т.е. жизни особи, также зависит  от уровня организации растений. Одноклеточные  организмы живут несколько дней, многоклеточные - от нескольких дней до нескольких сотен лет.

Продолжительность развития растительных организмов зависит и  от факторов среды: света, температуры, влажности и др. Ученые установили, что при температуре 25°С и выше ускоряется развитие цветковых растений, они раньше зацветают, образуют плоды и семена. Обильная влажность ускоряет рост растений, но задерживает их развитие.

Сложное воздействие на развитие растений оказывает свет: растения реагируют на продолжительность  дня. В процессе исторического развития одни растения нормально развиваются, если продолжительность светового  дня не превышает 12 ч. Это растения короткого дня (соя, просо, арбуз). Другие растения зацветают и образуют семена при выращивании в условиях более  продолжительного дня. Это растения длинного дня (редис, картофель, пшеница, ячмень).

Знания о закономерностях  роста и индивидуального развития растений используются человеком на практике при их выращивании. Так, свойство растений образовывать боковые корни  при удалении кончика главного корня  используют при выращивании овощных  и декоративных растений. У рассады  капусты, томатов, астр и других культурных растений при пересадке в открытый грунт прищипывают кончик корня, т. е. проводят пикировку. В результате прекращается рост главного корня в  длину, усиливается отрастание боковых  корней и распространение их в  верхнем, плодородном слое почвы. Вследствие этого улучшается питание растений и увеличивается их урожай. Пикировка  широко используется при высадке  рассады капусты. Развитию мощной корневой системы способствует окучивание - рыхление и приваливание почвы к нижним частям растений. Таким путем улучшается поступление в почву воздуха и тем самым создаются нормальные условия для дыхания и роста корней, для развития корневой системы. Это, в свою очередь, улучшает рост листьев, вследствие чего усиливается фотосинтез и образуется больше органических веществ.

Обрезка верхушек молодых  побегов, например яблони, малины, огурцов, приводит к прекращению их роста  в длину и усилению роста боковых  побегов.

В настоящее время для  ускорения роста и развития растений применяют стимуляторы роста. Их используют обычно при черенковании и пересадке растений для ускорения  образования корней.

В хозяйственных целях  иногда необходимо затормозить рост растений, например прорастание картофеля зимой и особенно весной. Появление ростков сопровождается ухудшением качества клубней, потерей ценных веществ, снижением содержания крахмала, накоплением ядовитого вещества соланина. Поэтому для задержки прорастания клубней перед закладкой на хранение их обрабатывают ингибиторами. В результате клубни до весны не прорастают и сохраняются свежими.

 

 

 

 

III. Фотосинтез.

Питание - процесс жизнедеятельности, благодаря которому на нашей планете  происходит круговорот веществ и  энергии, связывающий мир минеральный  и мир живой. Главное звено  в круговороте составляют зеленые  растения, способные создавать органические вещества из неорганических с использованием солнечной энергии. 
По способу питания все организмы, населяющие нашу планету, делят на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные организмы (от греч. autos - "сам", trophe - "пища") - организмы, образующие органические вещества из неорганических соединений с использованием энергии Солнца или энергии, которая освобождается в химических реакциях. Автотрофами являются растения - водоросли, мхи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные, а также некоторые бактерии, которые получают энергию вследствие окисления неорганических соединений.

Все остальные живые существа не способны использовать солнечную  энергию и синтезировать органические вещества из неорганических. Они относятся к гетеротрофам (от греч. heteros - "другой", trophe - "пища"). Это животные, грибы, большинство бактерий. Они получают энергию за счет окисления органических соединений. 
Питание растений - процесс поглощения и усвоения из окружающей среды химических элементов, необходимых для их жизни. Одни питательные элементы растения поглощают из воздуха в форме углекислого газа и молекулярного кислорода, другие - из почвы в форме воды и ионов минеральных солей. Соответственно различают воздушное (фотосинтез) и почвенное (корневое) питание.

Я подробнее расскажу о  воздушном питании, а именно о  таком сложном, но увлекательном  процессе, как фотосинтез.

Фотосинтез (воздушное  питание) - процесс образования органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) в хлоропластах с использованием энергии света. Функцию воздушного питания выполняет в основном лист и расположенные в его клетках хлоропласты. У некоторых растений воздушное питание происходит в клетках стебля, в которых также имеются хлоропласты, например у кактуса, спаржи. У водорослей, которые не имеют органов, фотосинтез происходит во всех клетках.

Лист, как главный орган, где происходит фотосинтез, у большинства  растений имеет форму широкой  пластинки, что обеспечивает наибольшее соприкосновение с воздушной  средой.

Листья так располагаются  на стебле, что они почти не затеняют друг друга и хорошо освещаются солнечными лучами. Подобное расположение листьев  называют листовой мозаикой. Листовая пластинка у многих растений располагается  перпендикулярно к лучам света, что еще более улучшает ее освещение.

Внутреннее строение листа  также хорошо приспособлено к  использованию света. Важнейшая  ткань листа, где осуществляется фотосинтез - мезофилл (ассимиляционная ткань). Ее клетки содержат хлоропласты, в которых и происходит фотосинтез.

Хлоропласты - важнейшие органоиды растительной клетки. У одних растений они имеют овальную, у других - сильно вытянутую форму, их размеры не превышают 10 мкм. Их число в клетках разных водорослей и высших растений варьирует от 1 до 40 на клетку. Внутреннее строение хлоропластов сложное, при большом увеличении в микроскоп видно множество пластинок, расположенных стопками. Это граны. В гранах хлоропласта расположены ферменты, а также зеленый пигмент хлорофилл. Этот пигмент и обусловливает зеленый цвет растения.

Хлорофилл играет большую роль в фотосинтезе: именно он поглощает солнечный свет и использует его энергию на образование органических веществ.

Свет - источник энергии, за счет которой из простых, бедных энергией неорганических веществ образуются сложные, богатые энергией органические вещества. Без хлорофилла фотосинтез в растении не идет, но и без света фотосинтез невозможен, так как нет источника энергии.

В листе находятся жилки, которые представлены сосудисто-волокнистыми пучками. Вверху сосудисто-волокнистого пучка находится ксилема, а снизу флоэма. Внутри пучка расположена механическая ткань, выполняющая опорную функцию. Система разветвленных проводящих пучков обеспечивает снабжение листа водой, минеральными и некоторыми органическими веществами, а также отток образующихся в процессе фотосинтеза веществ в другие органы растения. Устьица эпидермиса, сеть межклетников в мезофилле, тонкие оболочки клеток способствуют проникновению в них, а затем и в хлоропласты СО₂. Покрывающий лист эпидермис, клетки которого, за исключением замыкающих клеток устьиц, бесцветные, не содержат хлоропластов, свободно пропускает свет в мезофилл, где происходит фотосинтез.

Таким образом, в процессе исторического развития у растений во внешнем и внутреннем строении возникли приспособления, способствующие повышению интенсивности фотосинтеза.

1. Механизм фотосинтеза и его значение

Первую группу реакций  называют световой, вторую - темновой. Соответственно выделяют и две фазы фотосинтеза.

В световую фазу под действием света (фотонов) один из подвижных электронов молекулы хлорофилла переходит на более высокий энергетический уровень или покидает молекулу, которая превращается в сложный ион. Через тысячные доли секунды электрон возвращается обратно. Но за это время в хлоропластах за счет энергии электронов, покинувших под действием света молекулы хлорофилла, происходит синтез АТФ, а также расщепление воды на водород, который захватывается пиридиннуклеотидом НАДФ, переносчиком водорода, и кислород, выделяющийся в атмосферу. Эти процессы и составляют сущность световой фазы фотосинтеза.

В темповую фазу дальнейшие процессы фотосинтеза протекают без непосредственного участия световой энергии: они могут осуществляться как на свету, так и в темноте. В этой фазе используются продукты световой стадии - АТФ и восстановленный переносчик водорода (НАДФ•Н₂). Центральное место среди ферментативных реакций темновой фазы занимает реакция восстановления углекислого газа водородом до углеводов. СО₂ диффундирует в лист из атмосферы и включается в состав одного из промежуточных соединений. В итоге образуются углеводы - сначала моносахариды, затем дисахариды и полисахариды.