- Химический состав и питание растений
В состав растений входит вода и так называемое сухое вещество, представленное органическими и минеральными соединениями. Соотношение между количеством воды и сухого вещества в растениях, их органах и тканях изменяется в широких пределах. Так, содержание сухого вещества в плодах огурцов, бахчевых культур может составлять до 5% общей их массы, в кочанах капусты, корнях редиса и турнепса - 7-10, корнеплодах столовой свеклы, моркови и луковицах лука - 10-15, в вегетативных органах большинства полевых культур - 15-25, корнеплодах сахарной свеклы и клубнях картофеля - 20-25, в зерне хлебных злаков и бобовых культур - 85-90, семенах масличных культур - 90-95%.
Вода
В тканях растущих вегетативных органов растений содержание воды колеблется от 70 до 95%, а в запасающих тканях семян и в клетках механических тканей - от 5 до 15%. По мере старения растений общий запас и относительное содержание воды в тканях, особенно репродуктивных органов, снижается.
Функции воды в растениях обусловлены присущими ей физическими и химическими свойствами. Она обладает высокой удельной теплоемкостью и благодаря способности испаряться при любой температуре предохраняет растения от перегрева. Вода - прекрасный растворитель для многих соединений, в водной среде происходит электролитическая диссоциация этих соединений и усвоение растениями ионов, содержащих необходимые элементы минерального питания. Высокое поверхностное натяжение воды определяет ее роль в процессах поглощения и передвижения минеральных и органических соединений. Полярные свойства и структурная упорядоченность молекул воды обусловливают гидратацию ионов и молекул низко- и высокомолекулярных соединений в клетках растений.
Вода является не просто наполнителем растительных клеток, но и неотделимой частью их структуры. Оводненность клеток тканей растений обусловливает их тургор (давление жидкости внутри клетки на ее оболочку), является важным фактором интенсивности и направленности разнообразных физиологических и биохимических процессов. При непосредственном участии воды происходит огромное число биохимических реакций синтеза и распада органических соединений в растительных организмах. Особое значение вода имеет в энергетических преобразованиях в растениях, прежде всего в аккумуляции солнечной энергии в виде химических соединений при фотосинтезе. Вода обладает способностью пропускать лучи видимой и близкой к ней ультрафиолетовой части света, необходимой для фотосинтеза, но задерживает определенную часть инфракрасной тепловой радиации.
Сухое вещество
Сухое вещество растений на 90-95% представлено органическими соединениями - белками и другими азотистыми веществами, углеводами (сахарами, крахмалом, клетчаткой, пектиновыми веществами), жирами, содержание которых определяет качество урожая (табл. 1).
Сбор сухого вещества с товарной частью урожая основных сельскохозяйственных культур может колебаться в очень широких пределах - от 15 до 100 ц и более с 1 га.
Белки и другие азотистые соединения.
Белки - основа жизни организмов - играют решающую роль во всех процессах обмена веществ. Белки выполняют структурные и каталитические функции, являются также одним из основных запасных веществ растений. Содержание белков в вегетативных органах растений обычно составляет 5-20% их массы, в семенах хлебных злаков - 6-20%, а в семенах бобовых и масличных культур - 20-35%.
Белки имеют следующий довольно стабильный элементарный состав (в %): углерод - 51-55, кислород - 21-24, азот - 15-18, водород - 6,5-7, сера - 0,3-1,5.
Растительные белки построены из 20 аминокислот и двух амидов. Особое значение имеет содержание в белках растений так называемых незаменимых аминокислот (валина, лейцина и изолейцина, треонина, метионина, гистидина, лизина, триптофана и фенилаланина), которые не могут синтезироваться в организме человека и животных. Эти аминокислоты люди и животные получают только с растительными пищевыми продуктами и кормами.
| Культура | Вода | Белки | Сырой протеин | Жиры | Др. углеводы | Клетчатка | Зола |
| Пшеница (зерно) | 12 | 14 | 16 | 2,0 | 65 | 2,5 | 1,8 |
| Рожь (зерно) | 14 | 12 | 13 | 2,0 | 68 | 2,3 | 1,6 |
| Овес (зерно) | 13 | 11 | 12 | 4,2 | 55 | 10,0 | 3,5 |
| Ячмень(зерно) | 13 | 9 | 10 | 2,2 | 65 | 5,5 | 3,0 |
| Рис (зерно) | 11 | 7 | 8 | 0,8 | 78 | 0,6 | 0,5 |
| Кукуруза (зерно) | 15 | 9 | 10 | 4,7 | 66 | 2,0 | 1,5 |
| Гречиха (зерно) | 13 | 9 | 11 | 2,8 | 62 | 8,8 | 2,0 |
| Горох (зерно) | 13 | 20 | 23 | 1,5 | 53 | 5,4 | 2,5 |
| Фасоль (зерно) | 13 | 18 | 20 | 1,2 | 58 | 4,0 | 3,0 |
| Соя (зерно) | 11 | 29 | 34 | 16,0 | 27 | 7,0 | 3,5 |
| Подсолнечник (ядра) | 8 | 22 | 25 | 50 | 7 | 5,0 | 3,5 |
| Лен (семена) | 8 | 23 | 26 | 35 | 16 | 8,0 | 4,0 |
| Картофель (клубни) | 78 | 1,3 | 2,0 | 0,1 | 17 | 0,8 | 1,0 |
| Сахарная свекла (корни) | 75 | 1,0 | 1,6 | 0,2 | 19 | 1,4 | 0,8 |
| Кормовая свекла (корни) | 87 | 0,8 | 1,5 | 0,1 | 9 | 0,9 | 0,9 |
| Морковь (корни) | 86 | 0,7 | 1,3 | 0,2 | 9 | 1,1 | 0,9 |
| Лук репчатый | 85 | 2,5 | 3,0 | 0,1 | 8 | 0,8 | 0,7 |
| Клевер (зеленая масса) | 75 | 3,0 | 3,6 | 0,8 | 10 | 6,0 | 3,0 |
| Ежа сборная (зеленая масса) | 70 | 2,1 | 3,0 | 1,2 | 10 | 10,5 | 2,9 |
| *Сырой протеин включает белки и небелковые азотистые вещества | |||||||
Белки различных сельскохозяйственных культур неравноценны по аминокислотному составу, растворимости и переваримости. Поэтому качество растениеводческой продукции оценивается не только по содержанию, но и по усвояемости, полноценности белков на основе изучения их фракционного и аминокислотного состава.
В составе белков находится подавляющая доля азота семян (не менее 90% общего количества в них азота) и вегетативных органов большинства растений (75-90%). В тоже время в клубнях картофеля, корнеплодах и листовых овощах до половины общего количества азота приходится на долю азотистых небелковых соединений. Они представлены в растениях минеральными соединениями (нитраты, аммоний) и органическими (среди которых преобладают свободные аминокислоты и амиды, хорошо усваиваемые в организмах животных и человека). Небольшая часть небелковых органических соединений в растениях представлена пептидами (построенными из ограниченного количества остатков аминокислот и поэтому в отличие от белков имеющими низкую молекулярную массу), а также пуриновыми и пиримидиновыми основаниями (входящими в состав нуклеиновых кислот).
Для оценки качества растениеводческой продукции часто пользуются показателем «сырой протеин», которым выражают сумму всех азотистых соединений (белка и небелковых соединений). Рассчитывают «сырой протеин» путем умножения процентного содержания общего азота в растениях на коэффициент 6,25 (получаемый исходя из среднего (16%) содержания азота в составе белка и небелковых соединений).
Качество зерна пшеницы оценивается по содержанию сырой клейковины, количество и свойства которой определяют хлебопекарные свойства муки. Сырая клейковина - это белковый сгусток, остающийся при отмывании водой теста, замешанного из муки. Сырая клейковина содержит примерно 2/3 воды и 1/3 сухих веществ, представленных прежде всего труднорастворимыми (спирто- и щелочерастворимыми) белками. Клейковина обладает эластичностью, упругостью и связанностью, от которых зависит качество выпекаемых из муки изделий. Между содержанием «сырого протеина» в зерне пшеницы и «сырой клейковины» существует определенная коррелятивная зависимость. Количество сырой клейковины можно рассчитать путем умножения процентного содержания сырого протеина в зерне на коэффициент 2,12.
Углеводы
Углеводы в растениях представлены сахарами (моносахарами и олигосахаридами, содержащими 2-3 остатка моносахаров) и полисахаридами (крахмалом, клетчаткой, пектиновыми веществами).
Сладкий вкус многих плодов и ягод связан с содержанием в них глюкозы и фруктозы. Глюкоза в значительных количествах (8-15%) содержится в ягодах винограда, откуда и получила название «виноградный сахар», и составляет до половины общего количества сахаров в плодах и ягодах. Фруктоза, или «плодовый сахар», накапливается в больших количествах в косточковых плодах (6-10%) и содержится в меде. Она слаще глюкозы и сахарозы. В корнеплодах доля моносахаридов среди Сахаров невелика (до 1% общего их содержания).
Сахароза - дисахарид, построенный из глюкозы и фруктозы. Сахароза является основным запасным углеводом в корнях сахарной свеклы (14-22%) и в соке стеблей сахарного тростника (11-25%). Целью выращивания этих растений и является получение сырья для производства сахара, используемого в питании людей. В небольших количествах находится во всех растениях, более высоким ее содержанием (4-8%) отличаются плоды и ягоды, а также морковь, столовая свекла и лук.
Крахмал в небольших количествах содержится во всех зеленых органах растений, но в качестве основного запасного углевода накапливается в клубнях, луковицах и семенах. В клубнях картофеля ранних сортов содержание крахмала 10-14%, средне- и позднеспелых - 16-22%. В расчете на сухую массу клубней это составляет 70-80%. Примерно такое же относительное содержание крахмала в семенах риса и пивоваренного ячменя. В зерне других хлебных злаков крахмала обычно 55-70%. Между содержанием белка и крахмала в растениях существует обратная зависимость. В богатых белками семенах зернобобовых культур крахмала меньше, чем в семенах злаков; еще меньше крахмала в семенах масличных культур.
Крахмал - легко усвояемый организмом людей и животных углевод. При ферментативном (под действием ферментов амилаз) и кислотном гидролизе распадается до глюкозы.
Клетчатка, или целлюлоза - основной компонент клеточных стенок (в растениях она связана с лигнином, пектиновыми веществами и другими соединениями). Волокно хлопчатника на 95-98%, лубяные волокна льна, конопли, джута на 80-90% представлены клетчаткой. В семенах пленчатых злаков (овса, риса, проса) клетчатки содержится 10-15%, а в не имеющих пленок семенах хлебных злаков - 2-3%, в семенах зернобобовых культур - 3-5%, в корнеплодах и клубнях картофеля - около 1 %. В вегетативных органах растений содержание клетчатки составляет от 25 до 40% на сухую массу.
Клетчатка - высокомолекулярный полисахарид из неразветвленной цепи глюкозных остатков. Ее усвояемость значительно хуже, чем крахмала, хотя при полном гидролизе клетчатки образуется также глюкоза.
Пектиновые вещества - высокомолекулярные полисахариды, содержащиеся в плодах, корнеплодах и растительных волокнах. В волокнистых растениях они скрепляют между собой отдельные пучки волокон. Свойство пектиновых веществ в присутствии кислот и сахаров образовывать желе или студни используется в кондитерской промышленности. В основе строения этих полисахаридов лежит цепь из остатков полигалактуроновой кислоты с метильными группировками.
Жиры и жироподобные вещества (липиды) являются структурными компонентами цитоплазмы растительных клеток, а у масличных культур выполняют роль запасных соединений. Количество структурных липидов обычно небольшое - 0,5-1% сырой массы растений, но они выполняют в растительных клетках важные функции, в том числе по регуляции проницаемости мембран. Семена масличных культур и сои используют для получения растительных жиров, называемых маслами.
По химическому строению жиры - смесь сложных эфиров трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. В растительных жирах ненасыщенные кислоты представлены олеиновой, линолевой и линоленовой кислотами, а насыщенные - пальмитиновой и стеариновой кислотами. Состав жирных кислот в растительных маслах определяет их свойства - консистенцию, температуру плавления и способность к высыханию, прогорканию, омылению, а также их пищевую ценность. Линолевая и линоленовая жирные кислоты содержатся только в растительных маслах и являются «незаменимыми» для человека, так как не могут синтезироваться в его организме. Жиры являются наиболее энергетически выгодными запасными веществами - при их окислении выделяется на единицу массы в два раза больше энергии, чем углеводов и белков.
К липидам относятся также фосфатиды, воски, каротиноиды, стеарины и жирорастворимые витамины A, D, E и K.
В зависимости от вида и характера использования продукции ценность отдельных органических соединений может быть различной. В зерне злаков основными веществами, определяющими качество продукции, являются белки и крахмал. Большим содержанием белка среди зерновых культур отличается пшеница, а крахмала - рис и пивоваренный ячмень. При использовании ячменя для пивоваренного производства накопление белка ухудшает качество сырья. Нежелательно также накопление белка и небелковых азотистых соединений в корнях сахарной свеклы, используемых для производства сахара. Зернобобовые культуры и бобовые травы отличаются повышенным содержанием белков и меньшим - углеводов, качество их урожая зависит прежде всего от размеров накопления белка. Качество клубней картофеля оценивается по содержанию крахмала. Цель возделывания льна, конопли и хлопчатника - получение волокна, состоящего из клетчатки. Повышенное количество клетчатки в зеленой массе и сене однолетних и многолетних трав ухудшает их кормовые достоинства. Масличные культуры выращиваются для получения жиров - растительных масел, используемых как для пищевых, так и промышленных целей. Качество продукции сельскохозяйственных культур может зависеть и от наличия других органических соединений - витаминов, алкалоидов, органических кислот и пектиновых веществ, эфирных и горчичных масел.
Условия питания растений имеют важное значение для повышения валового сбора наиболее ценной части урожая и улучшения его качества. Например, усиление азотного питания увеличивает относительное содержание в растениях белка, а повышение уровня фосфорно-калийного питания обеспечивает большее накопление углеводов - сахарозы в корнях сахарной свеклы, крахмала в клубнях картофеля. Созданием соответствующих условий питания с помощью удобрений можно повысить накопление наиболее ценных в хозяйственном отношении органических соединений в составе сухого вещества растений.
Элементарный состав растений
Сухое вещество растений имеет в среднем следующий элементарный состав (в весовых процентах); углерод - 45, кислород - 42, водород -6,5, азот и зольные элементы - 6,5. Всего в растениях обнаружено более 70 элементов. На современном уровне развития научных данных около 20 элементов (в том числе углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, бор, медь, марганец, цинк, молибден, ванадий, кобальт и йод) считаются, безусловно, необходимыми для растений. Без них невозможны нормальный ход жизненных процессов и завершение полного цикла развития растений. В отношении еще более 10 элементов (в том числе кремния, алюминия, фтора, лития, серебра и др.) имеются сведения об их положительном действии на рост и развитие растений; эти элементы считаются условно необходимыми. Очевидно, что по мере совершенствования методов анализа и биологических исследований общее число элементов в составе растений и список необходимых элементов будут расширены.
Углеводы, жиры и прочие безазотистые органические соединения построены из трех элементов - углерода, кислорода и водорода, а в состав белков и других азотистых органических соединений входит еще и азот. Эти четыре элемента - С, О, Н и N получили название органогенных, на их долю в среднем приходится около 95% сухого вещества растений.
При сжигании растительного материала органогенные элементы улетучиваются в виде газообразных соединений и паров воды, а в золе остаются преимущественно в виде окислов многочисленные «зольные» элементы, на долю которых приходится в среднем всего около 5% массы сухого вещества.
Азот и такие зольные элементы, как фосфор, сера, калий, кальций, магний, натрий, хлор и железо, содержатся в растениях в относительно больших количествах (от нескольких процентов до сотых долей процента сухого вещества) и называются макроэлементами.
Количественные различия в содержании макро- и микроэлементов в составе сухого вещества растений показаны в таблице 2.
Относительное содержание азота и зольных элементов в растениях и их органах может колебаться в широких пределах и определяется биологическими особенностями культуры, возрастом и условиями питания. Количество азота в растениях тесно коррелирует с содержанием белка, а его всегда больше в семенах и молодых листьях, чем в соломе созревших культур. В ботве содержание азота больше, чем в клубнях и корнеплодах. В товарной части урожая основных сельскохозяйственных культур на долю золы приходится от 2 до 5% массы сухого вещества, в молодых листьях и соломе зерновых, ботве корне- и клубнеплодов 6-14%. Наиболее высоким содержанием золы (до 20% и более) отличаются листовые овощи (салат, шпинат).
Состав зольных элементов у растений также имеет существенные различия (табл. 3). В золе семян зерновых и бобовых культур сумма оксидов фосфора, калия и магния составляет до 90%, а среди них преобладает фосфор (30-50% массы золы). Доля фосфора в золе листьев и соломы значительно меньше, и в ее составе преобладают калий и кальций. Зола клубней картофеля, корней сахарной свеклы и других корнеплодов представлена преимущественно оксиданом калия (40-60% массы золы). В золе корнеплодов содержится значительное количество натрия, а в соломе злаков - кремния. Более высоким содержанием серы отличаются бобовые культуры и растения семейства капустные.
| Культура | P 2 O 5 | K 2 O | СаО | MgO | SO 4 | Na 2 O | SiO 2 |
| Пшеница | |||||||
| зерно | 48 | 30 | 3 | 12 | 5 | 2 | 2 |
| солома | 10 | 30 | 20 | 6 | 3 | 3 | 20 |
| Горох | |||||||
| зерно | 30 | 40 | 5 | 6 | 10 | 1 | 1 |
| солома | 8 | 25 | 35 | 8 | 6 | 2 | 10 |
| Картофель | |||||||
| клубни | 16 | 60 | 3 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| ботва | 8 | 30 | 30 | 12 | 8 | 3 | 2 |
| Сахарная свекла | |||||||
| корни | 15 | 40 | 10 | 10 | 6 | 10 | 2 |
| ботва | 8 | 30 | 15 | 12 | 5 | 25 | 2 |
| Подсолнечник | |||||||
| семена | 40 | 25 | 7 | 12 | 3 | 3 | 3 |
| стебли | 3 | 50 | 15 | 7 | 3 | 2 | 6 |
В состав растений в относительно больших количествах входят кремний, натрий и хлор, а также значительное число так называемых ультрамикроэлементов, содержание которых исключительно мало - от 10 -6 до 10 -8 %. Физиологические функции и абсолютная необходимость этих элементов для растительных организмов еще не окончательно установлены.
«Вода как экологический фактор»
Исполнитель – ученица 9 «Б» класса 367 школы
Руководитель – учитель биологии 367 школы
г. Санкт-Петербурга Фрунзенского района
Вода как экологический фактор.
Введение
Пустыня, песок … Жара. В тени 80 градусов Цельсия. Ничего живого на сотни, тысячи километров. Ни кустика, ни былинки. Только ночью, когда жара спадает, в пустыне просыпается какая-то жизнь. А утром снова. … И, вдруг, среди этого царства смерти - буйство жизни - оазис. Деревья, кустарники, трава, животные, люди. Что же случилось? Да, просто, здесь вырыли глубокие колодцы, и в них оказалась вода. А вода - это жизнь.
На Земле нет ни одного живого организма, даже самого примитивного, в теле которого не было бы воды, и который мог бы без нее обходиться. С человеком и животными все понятно, а для чего нужна вода растениям, вот это вопрос…
Цель работы: Изучить воду(Н2О) как экологический фактор.
Задачи:
· Выделить функции воды
· Оценить роль воды
· Найти экологическую роль
· Разделить наземные растения на более или менее приспособленных к воде
Вода является основной частью растительных организмов. Её содержание доходит до 90 % от массы организмов, и она участвует прямо или косвенно во всех жизненных проявлениях. Вода - это та среда, в которой протекает все процессы обмена веществ. Она составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает ее структуру, Молекулы белков, нуклеиновых кислот, мембраны сохраняет свою структуру и активность при наличии водородных связей. Высокое содержание воды придает содержимому клетки (цитоплазме) подвижный характер. Все реакции гидролиза, многочисленные окислительно-восстановительные реакции идут с участием воды. Вода способствует стабилизации температуры растений. Вода - растворитель разнообразных веществ, она обеспечивает транспорт минеральных, органических веществ и газов по растению, участник биохимических превращений. Она принимает участие в фотосинтезе, дыхании, гидролитических процессах, а также служит источником О2.Вода обеспечивает связь органов друг с другом, координацию их деятельности.
Из этого можно сделать вывод, что вода не только самая распространенная, но и самая важная в природе жидкость. Достаточно сказать, что в воде зародилась жизнь. Без нее невозможно существование животных и растений. Жизнь есть только там, где есть вода. В действительности вода удивительна и необыкновенна, это - подлинное чудо природы. Но не только жизнь есть там, где есть вода, а и, наоборот, там, где есть вода, обязательно есть жизнь. "Вода без жизни в биосфере неизвестна" - говорил академик.
«Вода составляет в среднем 80–90 % массы растения. Содержание воды зависит от типа, возраста органов, их физиологического состояния. Особенно богаты водой сочные плоды (80–95 % сырой массы), молодые корни (70–90 %) и молодые листья (80–90 %). А наиболее бедны водой зрелые семена в состоянии анабиоза, когда процессы жизнедеятельности сведены к минимуму» - Цитата из книги «Агробиология».
1. Оценка обеспеченности растений водой в условиях конкретной экосистемы
1.1 Функции воды и ее источники
Вода - это важнейший экологический ресурс в жизни растений. Поэтому большое значение имеет оценка обеспеченности растений водой в условиях конкретной экосистемы.
Водный ток обеспечивает связь между отдельными органами растений. Питательные вещества передвигаются по растению в растворенном виде. Насыщенность водой обеспечивает прочность тканей, сохранение структуры травянистых растений, определенную ориентировку организмов растений в пространстве. Рост клеток в фазе растяжения идет главным образом за счет накопления воды в вакуоли.
Таким образом, вода обеспечивает протекание процессов обмена, коррелятивные взаимодействия, связь организма со средой. Для нормальной жизнедеятельности клетка должна быть насыщенна водой
Основным источником влаги является вода, находящаяся в почве, и основной орган поглощения воды является корневая система. Роль этого органа, прежде всего заключается в том, что благодаря огромной поверхности обеспечивается поступление воды в растения из возможно большого объема почвы. Сформировавшаяся корневая система представляет собой сложный орган с хорошо дифференцированной внешней и внутренней структурой.
1.2 Роль воды и степень обеспеченности ей растений
Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле. Особая роль воды для наземных организмов (особенно растений) заключается в необходимости постоянного пополнения ее, из-за потерь при испарении. Например, в ряде районов Узбекистана и на Кольском полуострове за год выпадает одинаковая сумма осадков 350 мм. Но на Кольском полуострове испаряемость всего лишь 300 мм, а в Узбекистане 1200 мм в год. Поэтому в Узбекистане воды недостаточно и земледелие нуждается в поливе, а на Кольском полуострове влага всегда в избытке.
«Испаряемость зависит в основном от прихода солнечной радиации и обусловленного этим температурного режима. Поэтому для характеристики обеспеченности растений водой широко используют гидротермический коэффициент (сокращенно - ГТК). Итак, благодаря показателю ГТК, мы можем судить о степени обеспеченности растений водой в любой экосистеме в течение интересующего нас периода времени». Поэтому вся эволюция наземных организмов шла в направлении приспособления к активному добыванию и экономному использованию влаги. Наконец, для многих видов растений, животных, грибов и микроорганизмов вода является непосредственной средой их обитания.
2. Адаптация к дефициту воды
2.1 Экологическая роль воды
Увлажненность местообитания и, как следствие, водообеспечение наземных организмов зависят, прежде всего, от количества атмосферных осадков, их распределения по временам года, наличия водоемов , уровня грунтовых вод, запасов почвенной влаги и т д. Влажность оказывает влияние на распространение растений, как в пределах ограниченной территории, так и в широком географическом масштабе, определяя их зональность (смена лесов степями, степей - полупустынями и пустынями).
При изучении экологической роли воды учитывается не только количество выпадающих осадков, но и соотношение их величины и испаряемости. Области, в которых испарение превышает годовую величину суммы осадков, называются аридными (сухими, засушливыми). В аридных областях растения испытывают недостаток влаги в течение большей части вегетационного периода. В влажных областях растения обеспечены водой в достаточной мере.
Экологические группы растений по отношению к влаге и их адаптации к водному режиму. Высшие наземные растения, ведущие прикрепленный образ жизни зависят от обеспеченности почвы и воздуха влагой. По приспособленности к местообитаниям с разными условиями увлажнения и по выработке соответствующих приспособлений среди наземных растений различают три основные экологические группы: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты. Условия водоснабжения существенно влияют на их внешний облик и внутреннюю структуру.
2.2 Гигрофиты
Гигрофиты - растения избыточно увлажненных местообитаний с высокой влажностью воздуха и почвы. Для них характерно отсутствие приспособлений, ограничивающих расход воды, и неспособность переносить даже незначительную ее потерю. Наиболее типичные гигрофиты - травянистые растения влажных тропических лесов и нижних ярусов сырых лесов в разных климатических зонах (чистотел большой, недотрога обыкновенная, кислица обыкновенная и др.), прибрежные виды (калужница болотная, плакун-трава, рогоз, камыш, тростник), растения сырых и влажных лугов, болот (белокрыльник болотный, сабельник болотный, вахта трехлистная, осоки), некоторые культурные растения.
Характерные структурные черты гигрофитов - тонкие листовые пластинки с небольшим числом широко открытых устьиц, рыхлое сложение тканей листа с крупными межклетниками, слабое развитие водопроводящей системы (ксилемы), тонкие слаборазветвленные корни, часто без корневых волосков. К физиологическим адаптациям гигрофитов следует отнести низкое осмотическое давление клеточного сока, незначительную водоудерживающую способность и, как следствие, высокую интенсивность транспирации, которая мало отличается от физического испарения. Избыточная влага удаляется также путем гуттации - выделения воды через специальные выделительные клетки, расположенные по краю листа. Избыточная влага затрудняет аэрацию, а следовательно, дыхание и всасывающую деятельность корней, поэтому удаление излишков влаги представляет собой борьбу растений за доступ воздуха.
2.3 Ксерофиты
Ксерофиты - растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху, оставаясь физиологически активными. Это растения пустынь, сухих степей, саванн, сухих субтропиков, песчаных дюн и сухих, сильно нагреваемых склонов. Структурные и физиологические особенности ксерофитов нацелены на преодоление постоянного или временного недостатка влаги в почве или воздухе. Решение данной проблемы осуществляется тремя способами:
1) эффективным добыванием (всасыванием) воды
2) экономным ее расходованием
3) способностью переносить большие потери воды
Интенсивное добывание воды из почвы достигается ксерофитами благодаря хорошо развитой корневой системе. По общей массе корневые системы ксерофитов примерно в 10 раз, а иногда и в 300-400 раз превышают надземные части. Длина корней может достигать 10-15 м, а у саксаула черного - 30-40 м, что позволяет растениям использовать влагу глубоких почвенных горизонтов, а в отдельных случаях и грунтовых вод. Встречаются и поверхностные, хорошо развитые корневые системы, приспособленные к поглощению скудных атмосферных осадков, орошающих лишь верхние горизонты почвы.
Экономное расходование влаги ксерофитами обеспечивается тем, что листья у них мелкие, узкие, жесткие, с толстой кутикулой, с многослойным толстостенным эпидермисом, с большим количеством механических тканей, поэтому даже при большой потере воды листья не теряют упругости и тургора. Клетки листа мелкие, плотно упакованы, благодаря чему сильно сокращается внутренняя испаряющая поверхность. Кроме того, у ксерофитов повышенное осмотическое давление клеточного сока, благодаря чему они могут всасывать воду даже при больших водоотнимающих силах почвы.
К физиологическим адаптациям относится и высокая водоудерживающая способность клеток и тканей, обусловленная большой вязкостью и эластичностью цитоплазмы, значительной долей связанной воды в общем водном запасе и т. д. Это позволяет ксерофитам переносить глубокое обезвоживание тканей (до 75% всего водного запаса) без потери жизнеспособности. Кроме того, одной из биохимических основ засухоустойчивости растений является сохранение активности ферментов при глубоком обезвоживании.
2.4 Суккуленты
К группе ксерофитов относятся и суккуленты - растения с сочными мясистыми листьями или стеблями, содержащими сильно развитую водоносную ткань. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ , молодило, очитки) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а надземные части представлены мясистыми стеблями (кактусы, некоторые молочаи и др.). Фотосинтез у стеблевых суккулентов осуществляется периферическим слоем паренхимы стебля, содержащим хлорофилл. Длительные засушливые периоды преодолеваются ими путем накопления воды в водоносных тканях, связывания ее коллоидами клеток, экономного расходования, которое обеспечивается защитой эпидермиса растений восковым налетом, погруженными в ткань листа или стебля немногочисленными днем закрытыми устьицами. В результате транспирация у суккулентов чрезвычайно мала: в пустынях кактусы из рода Camegia транспирируют в сутки всего лишь I -3 мг воды на 1 г сырой массы. Корневая система поверхностная, мало развитая, рассчитана на поглощение воды из верхних слоев почвы, увлажненных редко выпадающими дождями. В засуху корни могут отмирать, но после дождей быстро (за 2-4 дня) отрастают новые. Суккуленты приурочены главным образом к засушливым зонам Центральной Америки, Южной Африки, Средиземноморья.
2.5 Мезофиты
Мезофиты - занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Они распространены в умеренно влажных зонах с умеренно теплым режимом и достаточно хорошей обеспеченностью минеральным питанием. К мезофитам относятся растения лугов, травянистого покрова лесов, лиственные деревья и кустарники из областей умеренно влажного климата, а также большинство культурных растений и сорняки. Для мезофитов характерна высокая экологическая пластичность, позволяющая им адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды.
Специфичные пути регуляции водообмена позволили растениям занять самые различные по экологическим условиям участки суши. Многообразие способов приспособления лежит, таким образом, в основе распространения растений на Земле, где дефицит влаги является одной из главных проблем экологической адаптации.
3. Оценки эффективности использования воды растениями
«Коэффициент водопотребления в значительной степени зависит от почвенных и климатических условий. Для одних и тех же сортов по мере их продвижения из влажного климата в сухой КВ возрастает примерно в 2 раза. В засушливые годы КВ выше, чем во влажные».
На значительной территории России величина возможного урожая в основном определяется обеспеченностью растений влагой. Поэтому задача земледельца состоит в создании таких условий, при которых коэффициент водопотребления снижается. Снижение коэффициента водопотребления происходит в случае изменения условий произрастания растений, при котором повышается их урожайность (внесение удобрений, поливы и пр.).
4. Вывод.
Итак, вода очень важна не только для людей, но для растений. Водный ток обеспечивает связь между отдельными органами растений. Вода обеспечивает протекание процессов обмена, коррелятивные взаимодействия, связь организма со средой. Для нормальной жизнедеятельности клетка должна быть насыщенна водой. Особая роль воды для наземных организмов заключается в необходимости постоянного пополнения ее, из-за потерь при испарении. Влажность оказывает влияние на распространение растений, как в пределах ограниченной территории, так и в широком географическом масштабе, определяя их зоны обитания. Растения делятся в зависимости от потребности ими водой на гигрофиты, ксерофиты, суккуленты, мезофиты. Вода - самое нужное полезное ископаемое . Она нужна для питания и охлаждения всем растениям, животным и людям. Без воды погибнет вся жизнь на Земле.
5. Заключение
Из всего выше перечисленного можно вывести общее заключение, что при дефиците влаги растения могут адаптироваться т. е. образование корневой системы, которая достигает влажных зон почвы; ограничение расхода воды на транспирацию; запасание воды в тканях растений. Так как вода является основной составной частью растительных организмов. Вода - это та среда, в которой протекает все процессы обмена веществ. Водный ток обеспечивает связь между отдельными органами растений. Питательные вещества передвигаются по растению в растворенном виде. Насыщенность водой (тургор) обеспечивает прочность тканей, сохранение структуры травянистых растений, определенную ориентировку организмов растений в пространстве. Рост клеток в фазе растяжения идет главным образом за счет накопления воды в вакуоли. Таким образом, вода обеспечивает протекание процессов обмена, коррелятивные взаимодействия, связь организма со средой. Для нормальной жизнедеятельности клетка должна быть насыщенна водой. Основным источником влаги является вода, находящаяся в почве, и основным органном поглощения воды является корневая система. Роль этого органа прежде всего заключается в том, что благодаря огромной поверхности обеспечивается поступление воды в растения из возможно большого объема почвы. Сформировавшаяся корневая система представляет собой сложный орган с хорошо дифференцированной внешней и внутренней структурой.
Литература:
1. Шапиро. Просвет науки 2009г.
2. Якушкина растений. М., Просвещение, 1980г.
3. Козловский Водный обмен растений. М., Колос. 1969г.
4. Сказкин период у растений к недостаточному водоснабжению. М., Наука. 1968г.
5. Радкевич. Мин., Высшая школа. 1983г.
6. Генкель устойчивости растительных организмов. М., Изд-во МГУ. 1967г. т.3.
20. Полное давление дыхания у растений приводит к …
1) гибели растения
21. У большинства растений преобладает …
1) на свету – фотосинтез, в темноте – дыхание
22. Механические раздражители вызывают _______________ дыхания.
1) стимуляцию
23. Поглощение воды сухими семенами растений вызывают _______________ интенсивности дыхания.
1) увеличение
24. В условиях засухи интенсивность дыхания клеток листа растений …
1) увеличивается
25. В условиях засухи эффективность дыхания клеток листа растений …
1) уменьшается
26. У растений, произрастающих на тяжелых и влажных почвах, происходит …
1) активация гликолиза и подавление аэробного дыхания
27. Зависимость дыхательных процессов у растения от соотношения количества АТФ и АДФ называется …
1) дыхательным контролем
28. Увеличение интенсивности дыхания _______ величину биологического урожая
1) уменьшает
29. Усиление дыхания _________________ обмен веществ у растения.
1) ускоряет
30. Представленный на рисунке опыт показывает …
1) необходимость воздуха для дыхания корней
31. Назовите цифру, которой на рисунке обозначены воздушные корни …
32. Назовите цифру, которой на рисунке обозначены дыхательные корни …
33. Назовите цифру, которой на рисунке обозначены ходульные корни …
34. Назовите цифру, которой на рисунке обозначены втягивающие корни …
35. Интенсивность дыхания прорастающих семян составляет _______ мг /г. ч.
36. Дыхательный коэффициент прорастающих семян пшеницы равен …
37. Дыхательный коэффициент прорастающих семян подсолнечника равен …
38. Дыхательный коэффициент меристемы _______ единицы.
1) значительно больше
39. Температурный оптимум дыхания составляет _______ градусов.
40. Критическая влажность семян масличных культур равна ______ %.
41. Критическая влажность семян зерновых культур равна ______%.
42. Значительно возрастает интенсивность дыхания при созревании сочных плодов …
43. Для биосинтеза аминокислот дыхание поставляет …
1) кетокислоты
ВОДНЫЙ ОБМЕН РАСТЕНИЙ
Водный обмен растительной клетки
1. Валентные связи атомов водорода и кислорода в молекуле воды расположены под углом ________ градусов.
2. Водородная связь имеет энергию __________ кДж/моль.
3. Благодаря высокой ____________ воды растение может поглощать значительные количества тепла без больших колебаний температуры ткани.
1) теплоемкости
4. В межфибриллярных полостях клеточной оболочки содержится ___ процентов всей клеточной воды.
5. Благодаря высокой __________ молекул воды она разъединяет анионы и катионы.
1) полярности
6. Вода имеет высокую плотность при ______ градусах С.
7. Вода составляет в среднем _________ % сырой массы растения.
8. Семена растений в воздушно-сухом состоянии содержат ___ % воды.
9. Около ________ % содержащейся в растении воды принимает участие в биохимических превращениях.
10. Диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в сторону раствора большей концентрации, называется.
1) осмосом
11. Молекулы воды в живых тканях ….
1) образуют кластеры с упорядоченной структурой
12. Эффективное передвижение минеральных веществ и продуктов фотосинтеза по сосудам растений обеспечивает высокая ________ воды.
1) растворяющая способность
13. Максимальное количество внутренней энергии молекул воды, которое может быть превращено в работу называется …
1) химическим потенциалом
14. Молекулы воды двигаются в сторону более низкого …
1) водного потенциала
15. Давление протопласта на клеточную стенку называется …
1) тургорное давление
16. Осмотическое давление будет равно тургорному при …
1) полном насыщении клетки водой
17. Давление клеточной стенки на протопласт называется …
1) тургорное натяжение
18. При полном насыщении клетки водой осмотическое давление будет …
1) равно тургорному по величине и противоположно по знаку
19. Давление, обусловливающее приток воды в вакуоль, называется …
1) сосущая сила
20. Если растительную клетку поместить в гипотонический раствор содержание воды в ней …
1) увеличивается
21. Больше всего воды в растительной клетке находится в …
1) вакуоли
22. Процесс диффузии воды в раствор, отделенный от нее полупроницаемой мембраной, которая пропускает только молекулы воды, называется …
1) осмосом
23. Силу, с которой вода поступает в клетку растения, называют …
1) сосущей
24. Вода, находящаяся в клетке в свободном состоянии, …
1) обладает высокой подвижностью
25. Вода в растительной клетке может иметь структуру, за счет возникновения _____________ между ее молекулами.
1) водородных связей
26. Давление протопласта на клеточную стенку называется …
1) тургорным
27. Явление потери тургора клетками растения в гипертонической среде называется …
1) плазмолизом
28. Одной из функций воды у растений называется …
1) регуляция температуры тканей
29. Одной из важнейших функций воды у растений является …
1) создание среды для протекания всех процессов метаболизма
30. Вода, связанная молекулами биополимеров клетки растения, называется...
1) коллоидно-связанной
31. Вода, связанная с ионами и низкомолекулярными соединениями клетки растения, называется …
1) осмотически-связанной
32. Разность между свободной энергией воды внутри и вне клетки при той же температуре и атмосферном давлении называется ____________ клетки.
1) водным потенциалом
33. У растения осмотически активными веществами являются …
1) органические кислоты
34. У растения осмотически неактивными веществами являются …
1) ксантофилы
35. Минимальное количество воды, при котором растение способно поддерживать постоянство своей внутренней среды, называется …
1) гомеостатическим
36. Разность между содержанием воды при максимальном насыщении ею тканей растения и ее содержанием в данный момент называется …
1) водным дефицитом
37. Скорость химических реакций и интенсивность физиологических процессов у растения зависит в первую очередь от содержания _________ воды.
1) свободной
38. Осмотическое поступление воды в растительную клетку в основном определяется содержанием осмотически активных веществ в …
1) вакуоле
39. Если растительную клетку поместить в изотонический раствор содержание воды в ней …
1) не изменится
40. Если растительную клетку поместить в гипертонический раствор содержание воды в ней …
1) уменьшится
41. Ассосиации молекул воды образуются за счет _______ связей.
1) водородных
43. За счет набухания коллоидов поглощают воду в основном …
44. Вода, находящаяся внутри макромолекулы или между молекулами, называется …
1) иммобилизованный
45. Свободное вытекание клеточного сока из промороженного клубня картофеля объясняется …
1) нарушением мембранных структур клеток
46. Осмос – это …
1) транспорт воды через мембрану по градиенту активности
47. Гидрофильные свойства клетки обеспечивают …
48. Вода обеспечивает поддержание теплового баланса растения за счет высокой (ого) …
1) теплоемкости
49. Вода обеспечивает транспорт веществ в растении за счет высокой (ого) …
1) растворяющей способности
1) водного
51. Максимальную способность вакуолизированной клетки поглощать воду характеризует _______________ потенциал.
1) осмотический
52. Степень насыщенности клетки водой характеризует ________ потенциал.
1) гидростатический
53. Способность клеток поглощать воду за счет набухания коллоидов характеризует __________ потенциал.
1) матричный
Поступление и передвижение воды по растению
1. Вода, находящаяся в почве в доступном для растений состоянии, называется…
1) гравитационная
2. Вода, находящаяся в почве в доступном для растений состоянии, называется…
1) капиллярная
3. Передвижение воды по капиллярам обусловлено ее …
1) высоким поверхностным натяжением
4. Длина корневых волосков в среднем равна _________ миллиметров.
5. Главным осмотическим пространством зрелых растительных клеток является …
1) вакуоль
6. Основная водопоглащающая часть корня – это зона …
1) корневых волосков
7. Корневые волоски в среднем живут ___________ дней.
8. В продукты фотосинтеза включаются ________ % прошедшей через растение воды.
9. Значительную долю воды за счет набухания коллоидов поглоща(ет)ют …
10. Плазмолиз в клетке вызывает ___________ раствор.
1) гипертонический
11. Наибольшее сопротивление току жидкой воды в растении оказывает …
1) корневая система
12. Общая поверхность корней превышает поверхность надземных органов в среднем в ____________ раз.
13. О наличии корневого давления в растениях свидетельствует …
1) плач растений
14. Плазмолиз можно использовать для определения _________ клеточного сока.
1) осмотического давления
15. Величину осмотического потенциала клетки в основном определяет …
1) концентрация вакуолярного сока
16. В растительной ткани движение воды …
1) направлено от клеток с более высоким водным потенциалом к клеткам с меньшим водным потенциалом
17. Давление, развиваемое корневой системой при подаче воды в надземные органы называется ______________ давлением.
1) корневым
18. Механизм, создающий корневое давление называется _________ двигателем воды.
1) нижним концевым
19. Факторы, тормозящие дыхание корней, ___________ величину корневого давления.
1) снижают
20. Основной водопроводящей тканью сосудистых растений является …
1) ксилема
21. У растения вода поглощается из почвы преимущественно клетками зон _____________ корня.
1) растяжения и корневых волосков
22. После дождя водный потенциал почвы ______ и корни растения легко поглощают воду.
1) увеличивается
23. Работа нижнего концевого двигателя водного тока у растения обеспечивается …
1) корневым давлением
24. Вода по стеблю растений транспортируется в виде …
1) непрерывных водных нитей
25. Поглощение воды корнем сопровождается __________ свободной энергии растительной системы.
1) снижением
26. Положительный гидротропизм – это рост корня в сторону_________ участков почвы.
1) влажных
27. Силу, поднимающую пасоку вверх по сосудам растения, называют …
1) корневым давлением
28. Для поглощения воды корнем необходимо, чтобы _____________ клеток эпиблемы был меньше аналогичного показателя почвенного раствора.
1) водный потенциал
29. Одним из механизмов создания градиента водного потенциала между почвой и клетками корня растения является …
1) работа ионных насосов мембраны
30. Одним из важнейших механизмов создания градиента водного потенциала между почвой и клетками корня растения является …
1) транспирация
31. Движение воды по растению происходит потому, что существует большая разница между водным потенциалом атмосферы и …
1) почвенного раствора
32. Вода поднимается по ксилеме, так как сцепленные молекулы воды создают непрерывный поток благодаря явлению …
1) когезии
33. Явление, когда полярные молекулы воды притягивают друг друга и в сосудах удерживаются за счет водородных связей, получило название …
1) когезия
34. Пояски Каспари, пропитанные суберином, __________________ движению воды по апопласту.
1) препятствуют
35. Поступление воды в корень начинается с корневых волосков, затем вода передвигается в …
1) паренхиму корня
36. Поступление воды в корень начинается с корневых волосков, затем вода передвигается в паренхиму корня, далее следует …
1) перицикл
37. Различная легкость передвижения воды по паренхиме и по сосудам обусловлена совершенно различными механизмами передвижения воды по ним. По сосудам вода течет как по полым трубкам, подчиняясь законам …
1) термодинамики
38. Различная легкость передвижения воды по паренхиме и по сосудам обусловлена совершенно различными механизмами передвижения воды по ним. По паренхимным клеткам вода передвигается в основном за счет …
39. Движение воды через полупроницаемую мембрану по градиенту водного потенциала – это …
40. Сильное уплотнение почвы затрудняет поглощение воды корнями вследствие …
1) подавления дыхания
41. Затопление почвы затрудняет поглощение воды растение вследствие …
1) ухудшения аэрации
42. Холодная почва является физиологически сухой из-за …
1) подавления поглотительной деятельности корня
43. Корневое давление зависит от …
1) энергетической эффективности дыхания
44. Гуттация является проявлением …
1) корневого давления
45. Поглощение воды меристематической зоной корня осуществляется за счет ________ сил.
1) матричных
46. Связь корневого давления с дыханием корней установил …
1) Д.А.Сабинин
47. Периодичность плача растений установил …
1) Д.О.Баранецкий
48. В системе почва – корень – лист – атмосфера самое низкое значение водного потенциала имеет …
1) атмосфера
49. В системе почва – корень – лист – атмосфера самое высокое значение водного потенциала имеет …
50. Водный потенциал корневых волосков равен …
51. В корне самое низкое значение водного потенциала у …
1) сосудов ксилемы
Транспирация, и ее регулирование растением
1. У растений одной из функций транспирации является …
1) терморегуляци
2. Испарение воды в атмосферу из клеточных стенок эпидермиса листа называют ___________ транспирацией.
1) кутикулярной
3. Процесс испарения воды надземными органами растения называют …
1) транспирацией
4. Процесс открывания устьиц растения начинается с ___________ замыкающими клетками осмотически активных соединений.
1) поглощения
5. Обычно интенсивность транспирации у растений достигает максимума …
6. Процесс выделения воды в виде жидкости надземными органами растения называют …
1) гуттацией
7. Вещества в составе кутикулы листа обычно …
1) гидрофобны
8. Особенностью замыкающих клеток устьиц растения является …
1) неодинаковая толщина клеточной стенки
9. Абсцизовая кислота вызывает ____________________ устьиц.
1) закрытие
10. Ауксин вызывает ____________________ устьиц.
1) открытие
11. Транспирация может быть двух типов …
1) устьичной и кутикулярной
12. Увеличение содержания СО 2 в межклетниках вызывает _______________ устьиц.
1) закрытие
13. Открытие устьиц обычно ________________ фотосинтез.
1) стимулирует
14. Главным фактором, регулирующим устьичную транспирацию у растений, является …
15. Работа верхнего концевого двигателя водного тока у растения обеспечивается …
1) транспирацией
16. При наличии листьев и оптимальной влажности воздуха главную роль в транспорте воды у растения играет ______________________ концевой двигатель тока воды.
1) верхний
17. У растений устьица образованы клетками …
1) эпидермиса
18. У растений одной из функций транспирации является …
1) терморегуляция
19. У растений одной из функций транспирации является …
1) газообмен
20. Замыкающие клетки устьиц должны быть парными, потому что изменение их формы зависит от …
1) уровня тургора
21. Стрессовое воздействие сухого воздуха вызывает выделение эпидермальными клетками ______________ в апопласт, что является непосредственной причиной быстрого закрывания устьиц.
1) абсцизовой кислоты
22. Открывание устьиц стимулируется …
1) низкой межклеточной концентрацией СО 2
23. Открывание устьиц стимулируется …
1) высокой интенсивностью света
24. Закрывание устьиц вызывается …
1) низкой влажностью окружающей среды
25. Закрывание устьиц вызывается …
1) повышением температуры листа
26. Закрывание устьиц вызывается …
1) выделением абсцизовой кислоты
27. Транспирация снижает температуру листа за счет высокой (ого) ___ воды.
1) теплоты парообразования
28. Закрывание устьиц по мере развития водного дефицита обусловлено увеличением концентрации …
1) абсцизовой кислоты
29. Фотоактивное открывание устьиц начинается с …
1) включения протонной помпы
30. Увеличение осмотического давления клеточного сока при открывании устьиц происходит за счет ионов …
1) калия и хлора
31. На ширину устьичной щели значительное влияние оказывает концентрация ________ в замыкающих клетках.
32. Основной путь расходования воды растением …
1) транспирация
33. Устьица расположена в _______ листа.
1) эпидермисе
34. В условиях водного дефицита устьичная транспирация ограничена …
1) испарением воды с поверхности клеток в межклетники
35. Интенсивность транспирации определяют путем учета …
1) убыли массы растения
36. В жаркий летний полдень у листьев, расположенных в глубине кроны дерева, интенсивность транспирации …
1) снижается
37. Соотношение между транспирацией и испарением воды с такой же величины открытой водной поверхности – это ________________ транспирация (ии)
1) относительная
38. При достаточной влагообеспеченности интенсивность транспирации имеет самый высокий уровень …
1) в полдень
39. Водяной пар передвигается в межклетниках листа за счет …
1) диффузии
Эффективность использования воды растениями и физиологические основы орошения
1. Для гигрофитов минимально необходимое для их жизни содержание воды составляет ____________ процентов.
2. Для мезофитов минимально необходимое для их жизни содержание воды составляет _____________ процентов.
3. Для ксерофитов минимально необходимое для их жизни содержание воды составляет _____________ процентов.
4. Количество воды в процентах, недостающее для полного насыщения ткани листа водой называется …
1) водным дефицитом
5. Максимальный водный дефицит в листьях растений при нормальных условиях наблюдается в …
1) полдень
6. Суммарный расход воды за вегетацию с 1 га посева (включая испарение с поверхности почвы) – это …
1) эвапотранспирация
7. Выпадение 100 кубометров воды на га соответствует ____________ миллиметров осадков.
8. Коэффициент водопотребления – это отношение …
1) эвапотранспирации к созданной биомассе
9. Коэффициент водопотребления увеличивается при …
1) снижении плодородия почвы
10. Транспирационный коэффициент уменьшается при …
1) внесении удобрений
11. Для накопления растениями сухого вещества оптимальная влажность почвы составляет ________ %.
12. Количество сухого вещества, накопленного растением при израсховании 1 кг воды, называется …
13. Количество граммов воды, израсходованное растением при образовании 1 г сухого вещества, называется …
14. Ослабление поглощения воды корнями при уплотнении почвы или затоплении ее водой вызвано …
1) подавлением дыхания
15. Необходимость в поливе растений можно оценить по …
1) электропроводности тканей
16. Растения наиболее чувствительны к недостатку влаги в период …
1) закладки репродуктивных органов
17. Одним из ранних изменений указывающих на недостаток воды у растения и необходимость полива является …
1) резкое падение величины водного потенциала
18. Транспирационный коэффициент – это количество воды, необходимое для продукции 1 г ___________________ вещества.
19. Продуктивность транспирации – это масса (в граммах) ____________ вещества образующегося при испарении 1000 г воды.
20. Состояние, при котором растение не может поглощать воду, несмотря на ее большое количество в окружающей среде, называется _____
1) физиологической
21. При орошении без внесения удобрений величина транспирационного коэффициента у растений …
1) возрастает
22. При снижении содержания кислорода в почве транспирационный
коэффициент у растений …
1) уменьшается
24. Растения, которые не могут регулировать свой водный обмен, называются …
1) гомойогидрическими
25. Водные растения с листьями, частично или полностью погруженными в воду или плавающими, называются …
1) гидрофиты
26. У большинства растения при снижении температуры воздуха транспирационный кэффициент …
1) уменьшается
27. В качестве антитранспиранта при пересадке растений используют …
1) абсцизовую кислоту
28. В качестве пленочных антитранспирантов при пересадке растений используют …
29. При завядании растения интенсивность транспирации …
1) снижается
30. При засухе увядают нижние (более старые) листья в связи с тем, что …
31. При засухе первыми увядают нижние (более старые) листья в связи с тем, что …
1) водный потенциал верхних листьев ниже
32. Количество граммов сухого вещества, накопленного растением при испарении 1000 г воды, - это …
1) продуктивность транспирации
33. Количество граммов воды, израсходованной растением на накопление 1 г сухого вещества – это …
1) транспирационный коэффициент
34. Отношение общего количества воды, израсходованного за вегетационный период, к созданному урожаю – это …
1) коэффициент водопотребления
35. Коэффициент водопотребления посева зерновых культур составляет …
36. Продуктивность транспирации культурных растений составляет …
37. Сельскохозяйственные культуры по отношению к воде относятся к экологической группе …
1) мезофитов
38. При засухе водный дефицит растений возрастает …
1) с утра до вечера, ночью полностью не исчезает
39. При нормальной влагообеспеченности водный дефицит растений возрастает …
1) с утра до полудня, снижается к вечеру и полностью исчезает ночью
40. Значение транспирационного коэффициента может быть использовано для характеристики …
1) способности растения эффективно использовать воду
41. Наибольшей чувствительностью к водному дефициту характеризуется …
42. В условиях водного дефицита происходит образование …
1) абсцизовой кислоты
43. Для установления необходимости полива определяют …
1) водный дефицит
МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ
Физиологическая роль элементов минерального питания
1. Суховершинность плодовых культур наблюдается при остром дефиците …
2. Фосфор входит в состав …
нуклеотидов
3. Важным свойством _____ является способность к образованию макроэргических связей
4. Элементом минерального питания, в наибольшей степени усиливающим морозостойкость растений, является …
5. Элемент минерального питания, входящий в состав хлорофилла, называется …
6. Функционально активные рибосомы образуются с участием …
7. Биохимическая роль бора заключается в том, что он …
активирует субстраты
8. Нуклеиновые кислоты содержат …
9. Нуклеиновые кислоты содержат …
10. Недостаток ____ вызывает повреждение концевых меристем.
Лекция 2. Вода в растениях.
Вода является составной
частью как самих растений, так и их плодов и семян. В живом растении
вода составляет до 95% от массы его. Но это совсем мало, по сравнению
с тем, сколько расходует растение, пока вырастет и даст урожай.
Потребность в воде, у различных растений, для того, чтобы осуществить
свой цикл развития, например, для условий Узбекистана, только на испарение
(транспирацию) самими растениями и испарение с поверхности почвы в
сравнении с наземной массой, в сотни раз больше, чем вес воды, содержащейся
во взрослом растении и его плодах.
Зачем же растениям
нужна эта вода?
Какую функцию она
выполняет?
Зачем так много воды надо растениям?
Ну начнём с того, что
растения "хотят" не только пить, но и есть. Значит нужно
как-то доставлять по стволам и веткам к листьям питательные элементы.
Эти питательные элементы, засосанные корнями вместе с почвенной влагой,
предварительно подготовленные в корнях в виде полуфабрикатов, доставляются
по сосудам к листьям - фабрикам органических веществ.
Испаряя воду листьями, растение охлаждает их, не давая перегреться,
получают из воздуха углекислый газ (в обмен на испаряемую воду), служащий
материалом для создания всех органических веществ, идущих на построение
всего растения.
Рисунок 2.1. Схема "функционирования"
растения.
(заимствовано из книги "Жизнь зелёного растения".
А Гэлстон, П.Девис, Р.Сэттер).
Учёные, изучавшие досконально
потребности растений в воде, были в значительной мере обескуражены
непостоянством, так называемых транспирационных коэффициентов, показывающих
отношение затрат воды на производство единицы веса сухой растительной
массы даже у одних и тех же растений, (не говоря об их различии у
влаголюбивой и засухоустойчивой растительности).
В зависимости от условий произрастания затраты воды на единицу урожая
колеблются очень сильно. Замечено, что когда почвы бедны питательными
элементами, то растение испаряет воды больше, чем на богатых оными.
Растения, имеющие в своём распоряжении много доступной для них влаги хорошего качества, "с удовольствием" её расходуют, буйно развивая вегетативную массу, но не "торопятся" плодоносить. В таких случаях говорят, что растения "жируют".
Растения, находящиеся
в условиях ограниченных запасов влаги, "ведут себя сдержаннее".
Они тратят меньше влаги, развивают умеренную вегетативную массу и
быстрее вступают в фазы цветения и плодообразования.
А вот растения, сильно
ущемлённые в воде, не только не развивают вегетативной массы и не
дают плодов, но и могут просто погибнуть.
Растениям, которые обычно выращиваются на наших полях при существующих системах обработки почвы , не способны ходить глубоко за водой, как дикорастущие (и даже как культурные) растения пустыни на почвах нетронутых человеком.
Для нас важно обеспечить
условия, чтобы получать устойчивые урожаи не только в годы с нормальными
осадками, но и в засушливые. Поэтому все действия земледельца, способствующие
накоплению и сохранению влаги в корнеобитаемом слое почвы, сторицей
вознаграждаются растениями.
Почти у всех растений
критической фазой развития (когда засуха оказывает наиболее вредное
влияние на них) является период цветения и завязывания плодов. Что
касается развития многолетних трав, используемых на корм животных
в свежем виде или в виде сена, то у них наиболее уязвимыми, в отношении
влаги, являются послеукосные периоды.
В эти критические периоды,
желательно, чтобы влажность корнеобитаемого слоя почвы не опускалась
ниже определённых пределов, которые не так просто определить даже
с использованием научных понятий, но мы всё же, попробуем.
Несмотря на то, что многие процессы снабжения растений водой очень похожи в разных климатических зонах, все же, в зависимости от свойств почвы, свойств почвообразующих пород, наличия почвенного увлажнения грунтовыми водами, степени их солёности, уклонов местности, имеются большие различия и в способах сохранения почвенной влаги и в способах её пополнения.
Общая сезонная потребность растений в воде и особенности разных фаз их развития.
То, что потребные размеры
орошения напрямую связаны с климатом, наверное ни у кого сомнения
не вызывает…
Давайте по порядку, начнём с вопроса - сколько надо подать воды на
поле, и в какие сроки, чтобы получить ожидаемый урожай. Прежде всего,
посмотрим на рис. 2.1, где изображены среднемесячные климатические
характеристики пустынной зоны Узбекистана. (В агроклиматических справочниках
Вы всегда сможете найти эти характеристики для своей местности, а
испаряемость (Eo) с водной поверхности - рассчитать по несложной формуле, если не найдёте её в готовом виде в том же справочнике).
Рис. 2.1. Климатические
характеристики и дефицит водного баланса.
t - температура воздуха, в градусах Цельсия;
а - относительная влажность воздуха в %;
Ос - атмосферные осадки, мм.
Ео - испаряемость с водной поверхности, Ео = 0,00144 * (25 - t)2 *
(100 - a) ;
Д = Ео - Ос - дефицит водного баланса (на рисунке закрашено жёлтым
цветом в период вегетации).
На этом рисунке показан ход среднемесячных температур воздуха, количество атмосферных осадков, относительной влажности воздуха, вычисленные показатели испаряемости и дефицитов влажности. Площадь фигуры, залитая желтым - это дефициты вегетационного периода (в данном случае IV…IX месяцев). Но у каждой культуры свои сроки посева, свой вегетационный период, а поэтому и потребность в воде для поливов будет зависеть от этих величин и обусловит свой поливной период. То есть, растения скороспелые могут потребовать воды для завершения своего сезонного цикла развития значительно меньше, чем поздние, однако это относится в основном не к многолетним, древесно-кустарниковым растениям, которые потребляют влагу весь вегетационный период.
Хотя дефициты влаги
- это ещё не сама потребность, но, во всяком случае, вычисленные помесячные
дефициты влаги, дают ориентировочное представление в какие месяцы
и насколько испаряемость превышает осадки, что немало для того, чтобы
понять, насколько нужно орошение, или без него можно обойтись.
Учёные установили, что
для расчета суммарного водопотребления можно пользоваться эмпирическими
уравнениями, связывающими дефицит влаги с фактическими расходами влаги
орошаемой культурой, (если определить коэффициенты, позволяющие найти
соответствие между этими показателями).
Одна из самых простых зависимостей выглядит так:
|
Мвег = 10 * Кк * Д |
(2.1) |
Где Мвег - оросительная норма вегетационного периода рассматриваемой
культуры, м3/га;
Кк - эмпирический коэффициент культуры, зависящий и от вида растений,
применяемой агротехники и вегетационного периода;
Д - суммарный дефицит влаги за вегетационный период выращиваемой культуры,
мм.
На рис. 2.2, как пример, показаны фазы развития хлопчатника, сроки начала вегетации, сроки начала поливного периода, доля физического (с поверхности почвы) испарения для центрального климатического пояса Узбекистана.
Рис. 2.2, Характерные периоды (фазы развития) для хлопчатника для центрального климатического пояса Узбекистана.
Для того, чтобы установить
значение коэффициента Кк, учёные ведут многолетние опыты с разными
вариантами поливных режимов и сопоставляют полученные урожаи с затратами
воды, а далее, эти затраты сопоставляют с фактическими дефицитами
влаги. Эти работы обеспечивают им (учёным) пожизненную занятость,
ибо со временем меняются и сорта растений, и применяемая агротехника,
и способы полива, да и климат, как известно, не постоянен…, так что
можно изучать долго, можно сказать, - бесконечно долго. Для примера
на рисунке 2.3 мы приведём результаты обобщения материалов изучения
режимов орошения хлопчатника, примерно за лет 70. Сюда вошли результаты
~ 270 опытов, проводившихся более чем на 13 опытных станциях Узбекистана.
Эта культура долгие годы была самой нужной, и по ней в Средней Азии
больше всего проводилось исследований, ну, примерно раз в десять больше,
чем по люцерне, пшенице и кукурузе!
Рассмотрим внимательно
три графика на рис 2.3. Поясним немного суть графиков. Здесь У - урожай
на какой-либо делянке из данного опыта, а Умах - это максимальный
урожай на делянке, лучше всех обеспеченной водой в данном опыте. Все
сравниваемые результаты по делянкам в каждом опыте, в каждый год исследования
были получены при одних и тех же погодных условиях, но для каждой
из делянок в опыте значения отношения поливной нормы к дефициту влаги
за вегетацию (М/Д) было разным и урожай должен был зависеть только
от объёма поливной воды.
Однако на рисунках видно, что урожай, близкий к максимальному (У/Умах
= 1) бывает в разных опытах при отношении оросительной нормы к дефициту
влаги за вегетационный период от 0,15, до 1.2, то есть разница почти
десятикратная! И почему так, нам совершенно непонятно, поскольку из
каждой, описанной в трудах учёных, серии опытов мы специально отбирали
результаты только тех, где был одинаковый "фон ", а менялась
только оросительная норма. И этот диапазон разброса данных почти одинаков,
как при близких, так и при глубоких грунтовых водах! Ещё следует отметить,
что максимальные урожаи в выбранных нами для анализа опытах не встречались,
практически, ниже 45...50 ц/га, и в основном эти наинизшие показатели
были характерны для северных районов Узбекистана.
Можно предположить, что, урожай, наверное, зависит не только от "фона"
и объёма поданной на полив воды, но ещё связан с искусством земледельца?
А может быть от своевременности проведенных поливов? Как Вы думаете?
Во всяком случае, этот богатейший материал ждёт своих исследователей
и аналитиков...
Но нам пока ничего не
остаётся делать, как ориентироваться на "золотую середину"
опытных "облаков" данных и принимать, в данном случае тот
самый коэффициент в формуле 2.1 -
Кк = М/Д = 0,4…0,65 (м
еньшие
значения для близких грунтовых вод, а большие - для глубоких). Тем
не менее, для ориентировки и это уже не так плохо. Зная по метеоданным
дефицит за время вегетационного периода, можно, умножив его на коэффициент
Кк, получить примерную потребность в оросительной воде. Для средних
широт степной зоны Узбекистана суммарный дефицит составляет за вегетацию
(IV…IX месяцы) около 1000 мм. Тогда оросительная норма составит от
400 до 650 мм, или в переводе на м3/га - 4000…6500 м3/га.
Примерно столько же требуется кукурузе на зерно, а зерновым достаточно
в полтора раза меньше, то есть, 3000…4500 м3/га. Следует отметить,
что часть этой потребности может покрываться запасами влаги за невегетационный
период, если они могут быть сохранены в почве правильной агротехникой.
Рисунок 2.3. Фактические данные по затратам воды для хлопчатника,
полученные в опытах разных учёных. На верхнем рисунке собраны данные,
полученные при близких грунтовых водах, на среднем - данные для переходных
условий между близкими и глубокими грунтовыми водами, а на нижнем
- при грунтовых водах ниже 3 м.
(Точки над линией У/Умах = 1 условные, они просто показывают количество
опытов, использовавшееся при оценке того или иного отношения М/Д и
построения графиков).
Пока мы говорили о среднемноголетних показателях климата, но в природе
год на год не приходится, есть засушливые годы, а есть очень дождливые.
Естественно, что поливать в дождливый год незачем, а вот в засушливый
- очень нужно. Поэтому оборудование для орошения будет использоваться
только в отдельные засушливые годы. Но в некоторых условиях стабильность
продуктивности сельскохозяйственного производства по годам, может
оказаться важнее некоторых лишних издержек на организацию орошения.
Дальше мы (в лекции 9) немного расскажем, на что ещё тратится вода
на оросительных системах, чтобы поддерживать нормальное развитие выращиваемых
растений на полях, и "мало не покажется"!
Ниже, в таблице 3.1 для примера приведены значения коэффициентов Кк
для разных культур в Узбекистане из работы, в которой был обобщён
огромный опыт многих учёных Средней Азии (Расчётные значения оросительных
норм сельскохозяйственных культур в бассейнах рек Сырдарьи и Амударьи.
Составители: В.Р.Шредер, В.Ф.Сафонов и др.). "Снимая шляпу"
перед большим учёным - моим наставником В.Р Шредером, являвшимся идеологом
этого гигантского труда, я специально предварительно ознакомил вас
с данными, в основном использованными при её составлении, для того,
чтобы вы критически относились ко всяким не своим выводам и на слово
никому не доверяли.
Таблица 2.1. Значения
коэффициентов Кк для разных культур по климатическим зонам Узбекистана.
|
Культура |
По климатическим зонам |
|||||
|
С-1 |
С-2 |
Ц-1 |
Ц-2 |
Ю-1 |
Ю-2 |
|
| Хлопчатник |
0,60 |
0,63 |
0,65 |
0,68 |
0,70 |
|
| Люцерна и другие травы |
0,77 |
0,81 |
0,84 |
0,88 |
0,92 |
0,95 |
| Сады и др.насаждения |
0,53 |
0,55 |
0,58 |
0,60 |
0,62 |
0,65 |
| Виноградники |
0,44 |
0,46 |
0,48 |
0,50 |
0,52 |
0,54 |
| Кукуруза и сорго на зерно |
0,62 |
0,61 |
0,62 |
0,59 |
0,58 |
0,57 |
| Пропашные культуры с повторными |
0,66 |
|||||
Острый недостаток в растении железа вызывает...листьев.
Катион... участвует в устьичных движениях.
Устойчивость к полеганию у злаков увеличивает... .
Недостаток... вызывает повреждение концевых меристем.
Нуклеиновые кислоты содержат....
Порядок нарастания содержания золы в органах и тканях растений.
НЕДОСТАТОЧНОСТИ
МАКРО - И МИКРОЭЛЕМЕНТЫ, ИХ ЗНАЧЕНИЕ И ПРИЗНАКИ ИХ
МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
Установите соответствие между группой растений и минимальным необходимым для жизни содержанием воды.
ПОГЛОЩЕНИЕ И ТРАНСПОРТ ВОДЫ
Поглощение и транспорт воды
109. Вода составляет в среднем__ % массы растения.
110. Семена растений в воздушно-сухом состоянии содержат…% воды.
111. Около….% содержащейся в растении воды принимает участие в биохимических превращениях.
1. гигрофиты
2. мезофиты
3. ксерофиты
4. гидрофиты
113.Главные функции воды в растении:….
1. поддержание теплового баланса
2. участие ив биохимических реакциях
3. обеспечение транспорта веществ
4. создание иммунитета
5. обеспечение связи с внешней средой
114. Главным осмотическим пространством зрелых растительных клеток является …..
1. вакуоль
2. клеточные стенки
3. цитоплазма
4. апопласт
5. симпласт
115. Поднятие воды по стволу дерева обеспечивает….
1. присасывающее действие корней
2. корневое давление
3. непрерывность водных нитей
4. осмотическое давление вакуолярного сока
5. особенности строения проводящих пучков
116. Продукты фотосинтеза включают... % прошедшей через растение воды.
5. более 15
117. Максимальный водный дефицит в листьях растений при нормальных
условиях наблюдается в
....
1. полдень
3. вечером
118. Значительную долю воды за счет набухания коллоидов в растениях
поглощают
....
2. меристема
3. паренхима
5. древесина
119. Явление отхождения протопласта от клеточной стенки в гипертонических
растворах называется ###.
120. Степень раскрытия устьиц непосредственно влияет на ... .
1. транспирацию
2. поглощение СО 2
3. выделение О 2
4. поглощение ионов
5. скорость транспорта ассимилятов
121. Кутикулярная транспирация взрослых листьев составляет...% испаряемой воды.
2. около 50
122. Обычно устьица занимают... % всей поверхности листа.
5. более 10
123. Наибольшее сопротивление току жидкой воды в растении оказывает ..
1. корневая система
2. проводящая система листьев
3. сосуды стебля
4. клеточные стенки мезофилла
124. Общая поверхность корней превышает поверхность надземных органов в
среднем в... раз.
125. Сера входит в состав белка в виде ....
1. сульфита (SО 3)
2. сульфата (SО 4)
3. сульфгидрильной группы
4. дисульфидной группы
2. древесная кора
3.стебель и корень
5. древесина
127. Фосфор входит в состав: ....
1.каротиноидов
2. аминокислот
3. нуклеотидов
4. хлорофилла
5. некоторых витаминов
128. Элементы минерального питания в составе хлорофилла: ...
1.Мg 2.Сl З.Fе 4. N 5. Сu
129. Биохимическая роль бора заключается в том, что он ... .
1. является активатором ферментов
2. входит в состав оксидоредуктаз
3. активирует субстраты
4. ингибирует ряд ферментов
5. усиливает синтез аминокислот
1.N2.SЗ.Fе 4. Р 5. Са
1.Са 2. Мn3. N 4. Р5.Si
132. Дефицит... приводит к опаданию завязи и задержке роста пыльцевых
трубок.
1. Ca 2. К З.Си 4. В 5. Мо
3.0,0001-0,00001
1.Са 2. К З.N 4. Fе 5.Si
135. Коферменты растений могут содержать следующие элементы: ... .
1. К 2. Са З.Fе 4. Мn 5. В
1.Са 2+ 2. М ё 2+ З.Nа + 4. К + 5. Си 2+
137. Оттоку cахаров из листьев препятствует дефицит элементов: ... .
1 .N 2. Са З.К 4. В 5.S
138. Гниль сердечка сахарной свеклы вызывается ....
1. избытком азота
2. недостатком азота
3. дефицитом бора
4. дефицитом калия
5. дефицитом фосфора
139. Нехватка фосфора в растении вызывает ....
1. пожелтение верхних листьев
2. хлороз всех листьев
3. скручивание листьев с краёв
4. появление антоциановой окраски
5. некроз всех тканей
140. Калий участвует в жизнедеятельности клетки в роли ....
1. компонента ферментов
2. компонента нуклеотидов
3. внутриклеточных катионов
4. компонентов клеточной стенки
5. компонентов внеклеточной стенки
3. побурение краёв
4. крапчатость
5.скручивание
142. Нехватка калия в растении вызывает ... .
1. появление некроза с краев листьев
2. ожог листьев
3. пожелтение нижних листьев
4. побурение корней
5. появление антоциановой окраски на листьях
143. Фермент нитратредуктаза растительной клетки содержит: ....
1. Fе 2.Mn З.Мо 4. Мg 5. Са
144. Азот усваивается растительной клеткой в результате ... .
1. взаимодействия нитратов с каротиноидами
2. акцептирования аммиака АТФ
3. аминирования кетокислот
4. аминирования cахаров
5. акцептирования нитратов пептидами
