Основные особенности условий жизни водных растений

6.1. Биосфера. Среды жизни

Вопрос 1. Назовите основные особенности жизни организмов в водной среде, в наземно­воздушной среде, в почве.

Особенности жизни организмов в вод­ной среде, наземно-воздушной среде и в почве определяются физическими и хи­мическими свойствами этих сред жиз­ни. Эти свойства оказывают значительное влияние на действие других факторов не­живой природы — стабилизируют сезон­ные колебания температуры (вода и поч­ва), постепенно изменяют освещенность (вода) или полностью ее исключают (поч­ва) и т. п.

Вода — плотная по сравнению с возду­хом среда, обладающая выталкивающей силой и являющаяся хорошим раствори­телем. Поэтому многие организмы, оби­тающие в воде, характеризуются слабым развитием опорных тканей (водные рас­тения, простейшие, кишечнополостные и т. п.), особыми способами передвиже­ния (парение, реактивное движение), осо­бенностями дыхания и приспособления­ми к поддержанию постоянства осмотиче­ского давления в клетках, образующих их тела.

Плотность воздуха гораздо ниже плот­ности воды, поэтому у наземных организ­мов сильно развиты опорные ткани — внутренний и наружный скелет.

Почва — это верхний слой суши, преоб­разованной в результате жизнедеятель­ности живых существ. Между частицами почвы имеются многочисленные полости, которые могут быть заполнены водой или воздухом. Поэтому почву населяют как водные, так и воздуходышащие орга­низмы.

Вопрос 2. Какие приспособления выработа­лись у организмов к обитанию в водной среде?

Водная среда является более плотной, чем воздушная, что определяет приспо­собления к передвижению в ней.

Для активного перемещения в воде не­обходимы обтекаемая форма тела и хоро­шо развитая мускулатура (рыбы, голово­ногие моллюски — кальмары, млекопи­тающие — дельфины, тюлени).

Планктонные организмы (парящие в воде) имеют приспособления, повышаю­щие их плавучесть, такие как увеличение относительной поверхности тела за счет многочисленных выростов и щетинок; уменьшение плотности за счет накопле­ния в теле жиров, пузырьков газа (одно­клеточные водоросли, простейшие, меду­зы, мелкие рачки).

Для организмов, живущих в водной среде, характерны также приспособления к поддержанию водно-солевого баланса. Пресноводные виды имеют приспособле­ния для удаления избытка воды из орга­низма. Этому, например, служат выдели­тельные вакуоли у простейших. В соленой воде, напротив, приходится защищать ор­ганизм от обезвоживания, что достигается повышением концентрации солей в теле.

Еще один способ поддерживать свой водно-солевой баланс — это перемещение в места с благоприятным уровнем соле­ности.

И наконец, постоянство водно-солевой среды организма обеспечивают непрони­цаемые для воды покровы (млекопитаю­щие, высшие раки, водные насекомые и их личинки).

Растениям для жизни необходима све­товая энергия Солнца, поэтому водные растения обитают только на тех глубинах, куда способен проникнуть свет (обычно не более 100 м). С увеличением глубины оби­тания в клетках растений изменяется со­став пигментов, принимающих участие в процессе фотосинтеза, что позволяет улав­ливать проникающие в глубину части сол­нечного спектра.

Вопрос 3. Как организмы избегают отрица­тельного влияния низких температур?

При низких температурах существует опасность остановки обмена веществ, по­этому у организмов выработались особые механизмы приспособления к его стаби­лизации.

Наименее приспособлены к резким коле­баниям температуры растения. При рез­ком понижении температуры ниже О °С во­да в тканях может превратиться в лед, ко­торый способен их повредить. Но растения способны выдерживать небольшие отрица­тельные температуры путем связывания свободных молекул воды в комплексы, не­способные к образованию кристаллов льда (например, путем накапливания в клетках до 20-30% сахаров или жирных масел).

При постепенном понижении темпера­туры в процессе сезонных климатических изменений в жизни многих растений на­ступает период покоя, сопровождающий­ся либо частичным или полным отми­ранием наземных вегетативных органов (травянистые формы), либо временным прекращением или замедлением основ­ных физиологических процессов — фото­синтеза и транспорта веществ.

У животных наиболее надежной защи­той от низких температур окружающей среды является теплокровность, но ею об­ладают не все. Можно выделить следую­щие пути приспособлений животных к низким температурам: химическую, фи­зическую и поведенческую терморегуля­цию.

Химическая терморегуляция связа­на с увеличением теплопродукции при по­нижении температуры путем интенсифи­кации окислительно-восстановительных процессов. Этот путь требует расхода большого количества энергии, поэтому животным в суровых климатических ус­ловиях необходимо большее количество пищи. Этот вид терморегуляции осу­ществляется рефлекторно.

Многие холоднокровные животные спо­собны поддерживать оптимальную темпе­ратуру тела за счет работы мышц. Напри­мер, шмели в прохладную погоду разогре­вают тело дрожью до 32-33 °С, что дает им возможность взлетать и кормиться.

Физическая терморегуляция связана с наличием у животных специальных по­кровов тела — перьевого или волосяного, которые благодаря своей структуре обра­зуют воздушную прослойку между телом и окружающей средой, так как известно, что воздух является отличным теплоизолятором. Кроме того, многие животные, обитающие в суровых климатических ус­ловиях, накапливают подкожный жир, также обладающий термоизоляционны­ми свойствами.

Поведенческая терморегуляция свя­зана с перемещением в пространстве с целью избегания неблагоприятных для жизнедеятельности температур, создани­ем убежищ, скучиванием в группы, изме­нением активности в разное время суток или года.

Вопрос 4. В чем состоят основные особеннос­ти организмов, использующих тела других организ­мов как среду обитания?

Условия жизни внутри другого орга­низма характеризуются большим посто­янством по сравнению с условиями внеш­ней среды, поэтому организмы, находя­щие себе место в теле растений или животных, часто полностью утрачивают органы и системы, необходимые свободноживущим видам (органы чувств, орга­ны передвижения, пищеварения и т. п.), но при этом у них возникают приспособ­ления для удержания в теле хозяина (крючки, присоски и т. п.) и эффективно­го размножения.

Основные особенности условий жизни водных растений

В водной среде, как среде обитания, большое значение имеют такие факторы, как плотность воды, солевой режим, скорость течения, пере­пады давления, содержание органических веществ, свойства грунта, по­глощение света и насыщенность кислородом.

Своеобразие условий водной среды способствовало появлению у рас­тений особых черт в строении и жизнедеятельности.

1. Развивается относительно большая поверхность, особенно за­метно увеличиваются поверхности листьев, сопровождающиеся со­кращением их толщины.

2. Все органы водных растений покрыты слизью, которая защищает от вымывания солей и предохраняет растения от поедания животными.

3. Большая плотность водной среды обусловливает слабое развитие механических тканей. Имеющиеся элементы этих тканей располагают­ся не по периферии, как у сухопутных, а в центральных частях стеблей и листьев, обеспечивая их гибкость и прочность.

4. Во всех органах растений: в листьях, стеблях и корнях сильно развиты межклеточные воздухоносные полости. Нередко развивается особая воздухозапасающая ткань — аэренхима.

5. Очень слабо развиты эпидермис и кутикула, что позволяет погло­щать газы и питательные вещества всей поверхностью тела прямо из воды.

6. В эпидермисе тех частей растения, которые постоянно погружены в воду, отсутствуют устьица. У плавающих листьев устьица расположе­ны на верхней стороне листовых пластинок.

7. Листья, находящиеся в воде, имеют типичную теневую структуру, плавающие на поверхности воды — ярко выраженную световую структуру.

8. Слабо развита корневая система, у некоторых — отсутствует.

9. Широко распространено вегетативное размножение, семенное раз­множение у многих видов носит второстепенный характер.

К водным растениям, тело которых полностью погружено в воду, относятся элодея, валлиснерия, роголистник, водяной лютик, водокрас и др. Примером приспособления к жизни в водной среде являет­ся роголистник (одно из аквариумных растений). Роголистник все­гда погружен в воду целиком, он имеет хорошо выраженный олиственелый стебель, приподнимающийся в воде. Проводящая система ро­голистника развита слабо, поглощение минеральных веществ у него осуществляется всей поверхностью тела растения. Стебель густо по­крыт рассеченными сидячими листьями, расположенными мутовчато, которые никогда не поднимаются на поверхность воды. Листья, как и другие части растения, покрыты своеобразными волосками. Корень у роголистника отсутствует — один из примеров специализа­ции растений в условиях водной среды. Для удержания в донных от­ложениях у роголистника развиваются особые белесые ризоидные ветви, одетые очень тонко рассеченными листьями, они проникают в ил, одновременно выполняют роль якорей и абсорбирующих органов. Цветки роголистника мелкие, сидячие, едва заметные, однополые; опыление происходит под водой. Транспортировка пыльцы водой — явление, свидетельствующее о высокой специализации рода роголистных. Плод — орешек.

Характерные особенности роголистника свидетельствуют о при­способленности его к жизни в водной среде. Возникновение этих при­способлений шло под воздействием условий водной среды, в процессе эволюции возникало много различных признаков (явление изменчи­вости), некоторые из них передавались из поколения в поколение (на­следственная изменчивость), полезные наследственные признаки (на­личие воздухоносных полостей, ризоидные ветви, выполняющие роль якорей и абсорбирующих органов, поглощение минеральных веществ всей поверхностью тела, приспособление к опылению под водой, на­личие тонких рассеченных листьев) способствовали выживанию осо­бей в борьбе за существование и давали плодовитое потомство. Этот процесс продолжался и в последующих поколениях, среди них с боль­шей вероятностью выживали и эффективнее размножались растения, обладающие набором свойств, обеспечивающих им наибольшую при­способленность к условиям обитания в водной среде, т.е. происходил естественный отбор, его результат — растение с целым комплексом приспособлений к жизни в водной среде.

Водные растения (гидатофиты и гидрофиты)

Для растений, обитающих в водоёмах, вода — не только необходимый экологический фактор, но и непосредственная среда обитания. Среди них есть представители разных отделов: водоросли, мхи, хвощи, папоротники, цветковые растения. Преобладают, как правило, водоросли, но немало среди гидрофитов и цветковых растений.

Классификация

Водные растения разнообразны по строению и своему положению в водоёме. В зависимости от приспособленности к жизни вне воды их делят на гидатофитов или гидрофитов. Однако, довольно часто вместо этих двух терминов, все водные растения объединяют под названием гидрофиты.

Гидатофиты:

• полностью погружены в воду : роголистник погружённый (Ceratophyllumdemersum), элодея канадская (Elodeacanadensis);
• свободно плавают на поверхности воды : ряска малая (Lemnaminor) и трёхдольная (L.trisulca), водокрас лягушачий (Hydrocharismorsus-ranae);
• плавающие на поверхности воды листья , но их корневище прикреплено ко дну: кубышка жёлтая (Nupharlutea), кувшинка чистобелая (NymphaeaCandida) (рис. 184).

Гидрофиты:

• погружены только своей нижней частью — стрелолист обыкновенный (Sagittariasagittifolia), камыш озёрный (Scirpuslacustris).

Рис. 184. Растения водоёмов: 1 — водокрас лягушачий (Hydrocharis morsus-ranae); 2 — кувшинка чистобелая (Nymphaea candida); 3 — кубышка жёлтая (Nuphar lutea); 4 — телорез обыкновенный (Stratiotes aloides); 5 — ряска трёхдольная (Lemna trisulca); 6 — ряска малая (L. minor); 7 — многокоренник (Spirodela polyrhiza)

Особенности приспособления растений к водной среде

Водная среда существенно отличается от наземной. В ней особый температурный и световой режимы, другие газовый и минеральный составы, иная плотность среды.

Свет и глубина

В водоёме всегда меньше света, чем на суше, так как часть солнечный лучей отражается от водной поверхности, другая — поглощается её толщей. Интенсивность проникающего в водоём света зависит от прозрачности воды. Так, в океанах с большой прозрачностью на глубину 140 м попадает 1% радиации, а в небольших озёрах с мутной водой на глубину 2 метра — десятые доли процента. С глубиной изменяется и спектральный состав света. В глубокие слои воды доходят в основном зелёные, а ещё глубже — синие и фиолетовые лучи. Погружённым растениям приходится приспосабливаться не только к недостатку света, но и к изменению его состава путём выработки дополнительных пигментов. Известно, что водоросли, обитающие на разных глубинах, имеют различную окраску: в мелководных зонах преобладают зелёные водоросли, в более глубоких встречаются бурые, а ещё глубже обитают красные водоросли. В малопрозрачных водах растения встречаются в основном в поверхностных слоях, а в водоёмах с прозрачной водой — на глубине до 100 м и более.

Газовый состав воды (содержание кислорода)

Важный фактор в жизни водных растений — содержание в воде кислорода. Он поступает в воду из воздуха и выделяется растениями при фотосинтезе. В воде обычно мало кислорода, особенно на дне водоёма, где вода не перемещается течениями, поэтому у водных растений во всех органах развита система воздухоносных полостей.

Рис. 185. Роголистник погружённый (Ceratophyllum demersum)

Минеральный состав воды

Минеральные соли, необходимые для питания растений, содержатся в воде в незначительных количествах. Они поглощаются всех поверхностью погружённых растений, или их частей. Для поглощения водными растениями растворённых газов и минеральных веществ необходима большая поверхность контакта с водной средой. Поэтому листья водных растений, погружённые в воду, сильно рассечены на узкие нитевидные доли (роголистник (рис. 185), пузырчатка обыкновенная — Utricularia vulgaris (рис. 186)), или имеют очень тонкую просвечивающую пластинку (листья погружённых рдестов). У них совершенно не развита кутикула и нет устьиц. У некоторых погружённых растений корни редуцированы (роголистник, пузырчатка), у других они развиты слабо (элодея канадская) и не играют существенной роли в поглощении питательных веществ. Корни укореняющихся гидрофитов слабоветвистые, без корневых волосков. Вместе с тем, ряд видов имеют толстые и прочные корневища (кубышка, кувшинка), которые играют роль «якоря», хранилища запасных веществ и органа вегетативного размножения.

Рис. 186. Пузырчатка обыкновенная (Utricularia vulgaris)

У растений, частично погружённых в воду, хорошо выражена разнолистность — различие строения надводных и подводных листьев на одном растении. Первые имеют черты, обычные для листьев наземных растений, вторые — рассечённые или очень тонкие листовые пластинки (кувшинка, кубышка, стрелолист, поручейник широколистный- Sium latifolium) Материал с сайта http://doklad-referat.ru

Плотность воды

Вода отличается от воздуха большей плотностью, что отражается на строении тела гидрофитов. У них сильно редуцированы механические ткани, поскольку растения поддерживаются самой водой. Механические элементы и проводящие пучки часто располагаются в центре стебля или листового черешка, что даёт способность изгибаться при движении воды.

Погружённые гидрофиты обладают хорошей плавучестью, которая создаётся как специальными приспособлениями (воздушные камеры, вздутия), так и увеличением поверхности тела.

Температура воды

Температурный режим в воде отличается меньшим притоком тепла и большей стабильностью. Вода медленно нагревается и остывает, и это отражается на развитии растений: гидрофиты весной пробуждаются значительно позднее, чем сухопутные растения. Суточные и годовые колебания температуры меньше, чем на суше. Температура не опускается меньше, чем +4 °C.

Размножение водных растений

Водная среда создаёт специфические условия и для семенного размножения растений. Пыльца некоторых гидрофитов переносится с помощью воды. Большую роль вода играет и в распространении плодов и семян, которые у многих водных растений обладают способностью долгое время оставаться на поверхности воды.

Зимовка водных растений

Водная среда обусловливает специфику перезимовки растений. У многих гидрофитов образуются особые органы вегетативного размножения в виде зимующих почек, называемых турионами. Осенью эти почки, тяжёлые от накопившихся в них за лето питательных веществ, опускаются на дно. Весной почки прорастают и дают начало новым растениям (водокрас лягушачий, рдесты). Многие водные растения зимуют в виде корневищ, находящихся на дне водоёма.

В статье использованы материалы:

http://studopedia.ru/9_56146_dayte-harakteristiku-osobennostey-prisposobleniy-vodnih-rasteniy-k-usloviyam-sredi-kakovi-prichini-ih-vozniknoveniya.html

http://doklad-referat.ru/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_(%D0%B3%D0%B8%D0%B4%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%84%D0%B8%D1%82%D1%8B_%D0%B8_%D0%B3%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%84%D0%B8%D1%82%D1%8B)

http://housetronic.ru/otoplenie/boiler/ariston-80-litrov.html

 

 

2.