Учебно-методический комплекс по дисциплине «Экология растений» Учебно-методический комплекс Составитель

Водоросли разных отделов имеют неодинаковые потребности в макро- и микроэлементах. Например, для нормального развития диатомовых водорослей требуется довольно значительное количество кремния, который используется для постройки их панциря. При недостатке кремния панцири диатомовых истончаются.

Почти во всех пресноводных и морских экосистемах лимитирующим фактором является концентрация в воде нитратов и фосфатов. В пресных водоемах с низким содержанием карбонатов к лимитирующим факторам могут быть причислены концентрации солей кальция и некоторых других.

Свет необходим водорослям как источник энергии фотохимических реакций и как регулятор развития. Его избыток, также как и недостаток, может быть причиной серьезных нарушений развития водорослей. Поэтому свет тоже является лимитирующим фактором при слишком большой или слишком маленькой освещенности.

Распределение водорослей в толще воды в значительной степени определяется наличием света, необходимого для нормального фотосинтеза. Слой воды выше границы обитания фотоавтотрофных организмов называется эвфотической зоной. В море граница эвфотической зоны обычно находится на глубине 60 м, изредка опускаясь до глубины 120 м, а в прозрачных водах океана – приблизительно до 140 м. В озерных, значительно менее прозрачных водах, граница этой зоны обычно проходит на глубине 10–15 м, а в наиболее прозрачных гляциальных и карстовых озерах – на глубине 20–30 м.

Оптимальные значения освещенности для разных видов водорослей варьируются в широких пределах. По отношению к свету выделяют гелиофильные и гелиофобные водоросли. Гелиофильные (светолюбивые) водоросли для нормальной жизнедеятельности нуждаются в значительном количестве света. К ним относится большинство синезеленых и значительное количество зеленых водорослей, обильно развивающихся в летнее время в поверхностных слоях воды. Гелиофобные (избегающие яркого света) водоросли приспособлены к условиям низкой освещенности. Например, большинство диатомовых водорослей избегает ярко освещенного поверхностного слоя воды и в малопрозрачных водах озер интенсивно развивается на глубине 2–3 м, а в прозрачных водах морей – на глубине 10–15 м.

У водорослей разных отделов в зависимости от состава особых светочувствительных пигментов, максимальная активность фотосинтеза наблюдается при разной длине световых волн. В наземных условиях частотные характеристики света довольно постоянны, поэтому постоянна и интенсивность фотосинтеза. При прохождении через воду свет красной и синей области спектра поглощается, и на глубину проникает зеленоватый свет, слабо воспринимаемый хлорофиллом. Поэтому там выживают в основном красные и бурые водоросли, имеющие дополнительные фотосинтезирующие пигменты, способные использовать энергию зеленого света. Отсюда становится понятным огромное влияние света на вертикальное распределение водорослей в морях и океанах: в приповерхностных слоях, как правило, преобладают зеленые водоросли, глубже – бурые, и на наиболее глубоководных участках – красные. Однако подобная закономерность не является абсолютной. Многие водоросли способны существовать в условиях крайне низкой, не свойственной им освещенности, а иногда и в полной темноте. При этом у них могут происходить определенные изменения в пигментном составе или в способе питания. Так, представители многих отделов водорослей способны при отсутствии света и избытке органических веществ переходить к питанию органическими соединениями мертвых тел или экскрементов животных.

Для водорослей, обитающих в водных биотопах, движение воды играет огромную роль. Движение водных масс обеспечивает приток питательных веществ и удаление продуктов жизнедеятельности водорослей. В любых континентальных и морских водоемах существует относительное движение водных масс, поэтому почти все водоросли водоемов – обитатели текучих вод. Исключение составляют лишь водоросли, развивающиеся в особо крайних условиях (в пустотах скал, толще льда и пр.).

Водорослям свойственны очень широкие диапазоны температурной устойчивости. Некоторые их виды способны существовать как в горячих источниках, температура которых близка к температуре кипения воды, так и на поверхности льда и снега, где температуры колеблются около 0° С.

По отношению к температуре среди водорослей выделяют: эвритермные виды, существующие в широком температурном диапазоне (например, зеленые водоросли из порядка Oedogoniales, стерильные нити которых можно найти в мелких водоемах с ранней весны до поздней осени), и стенотермные, приспособленные к очень узким, иногда экстремальным температурным зонам. К стенотермным относятся, например, криофильные (холодолюбивые) водоросли, растущие только при температуре, близкой к 0° С и термофильные (теплолюбивые) водоросли, не способные существовать при температурах ниже 30° С.

Температура определяет географическое распространение водорослей, развивающихся в водной среде. В целом, за исключением широко распространенных эвритермных видов, в распространении водорослей наблюдается географическая зональность: конкретные таксоны морских планктонных и бентосных водорослей приурочены к определенным географическим поясам. Так, крупные бурые водоросли (Macrocystis) доминируют в северных морях. По мере продвижения к югу все более заметную роль начинают играть красные водоросли, а бурые отходят на второй план. В фитопланктоне тропических вод чрезвычайно богато представлены динофитовые и золотистые водоросли. В северных морях в фитопланктоне господствуют диатомовые водоросли. Температура оказывает влияние и на вертикальное распределение планктонных и бентосных водорослей. Здесь она воздействует в основном косвенным образом, ускоряя или замедляя темпы роста отдельных видов, что приводит к их вытеснению другими видами, растущими более интенсивно в данном температурном режиме.

Водоросли, входя в состав экосистем, связаны с остальными их компонентами множественными связями. Претерпеваемые водорослями прямые и косвенные воздействия, обусловленные жизнедеятельностью других организмов, относят к биотическим факторам.

В большинстве случаев в экосистеме водоросли выступают как продуценты органического вещества. Поэтому важнейшим фактором, ограничивающим развитие водорослей в конкретной экосистеме, является наличие животных, существующих за счет поедания водорослей.

Различные виды водорослей способны оказывать воздействие друг на друга, путем выделения химических веществ во внешнюю среду (такое взаимодействие растений называется аллелопатией). Иногда это является препятствием для их совместного существования.

У некоторых видов водорослей могут складываться конкурентные отношения друг с другом за места обитания.

Человек оказывает значительное воздействие на природные экосистемы, что делает антропогенный фактор весьма существенным для развития водорослей. Прокладывая каналы и сооружая водохранилища, человек создает новые местообитания для водных организмов, нередко принципиально отличающиеся от водоемов данного региона по гидрологическому и тепловому режиму. Сбросы сточных вод нередко приводят к обеднению видового состава и гибели водорослей или к массовому развитию отдельных видов. Первое происходит при сбросе токсичных вод, второе – при обогащении водоема биогенными веществами (особенно соединениями азота и фосфора). Следствием неумеренного сброса биогенных веществ в водоем может быть его эвтрофикация, которая приводит к бурному развитию водорослей («цветение воды»), дефициту кислорода, замору рыб и других водных животных. На водоросли, особенно аэрофитные и почвенные, могут оказывать влияние и атмосферные выбросы токсичных промышленных отходов. Очень часто последствия вмешательства человека в жизнь экосистем имеют необратимый характер.

Лекция 5.

ВОДНЫЕ РАСТЕНИЯ, фотосинтезирующие организмы, жизненный цикл которых протекает в частично или полностью погруженном в воду состоянии. Размеры их варьируют от микроскопических (одноклеточные формы) до сравнительно крупных (т.н. макрофиты), как, например, у кувшинок, и даже гигантских, как у некоторых бурых водорослей, достигающих в длину 30 м.

И по форме роста, и по своей систематической принадлежности водные растения весьма разнообразны – они присутствуют в любой основной группе растений и фотосинтезирующих протистов. Микроскопические водные растения представлены водорослями (((*ST-SE-100000024*))см. также ВОДОРОСЛИ((*EN-SE-100000024*))). К водорослям же относятся и самые крупные морские виды. В пресных водах большинство водных растений – покрытосеменные, хотя там же представлены и другие таксономические группы (мхи, печеночники, папоротниковидные и т.д.).

Водные растения – основные продуценты водных экосистем: без них не могли бы существовать водные животные. В ходе фотосинтеза они не только образуют органические вещества, но и выделяют в окружающую среду кислород, который аэрирует воду и используется для дыхания рыбами и другими обитателями водоемов. Поглощая растворенные минеральные вещества, водные растения способствуют самоочищению бассейнов. Наконец, они дают убежище и пищу многим водным насекомым и другим мелким животным, которые, в свою очередь, служат кормом для рыб. Некоторые виды рыб, в частности из отряда карпообразных, питаются непосредственно макрофитами. Семена, плоды и клубни многих водных растений являются пищей для млекопитающих и птиц, а некоторые мелкие водные растения (вроде ряски) заглатываются птицами целиком. Заросли тростника, камыша и других растений служат для прибрежных птиц и млекопитающих надежным убежищем.

Водные макрофиты по форме роста делятся на четыре основных группы: 1) свободноплавающие на поверхности или в глубине стоячей воды; 2) укорененные с плавающими на поверхности листьями; 3) укорененные или прикрепленные ко дну, все части которых, иногда кроме генеративных, находятся под водой; 4) полупогруженные укорененные растения типа тростника, у которых стебли и часто листья поднимаются над водой. Впрочем, четкой границы между этими группами нет, а некоторые растения переходят из одной в другую в зависимости от стадии развития.

Поскольку для роста корней необходим кислород, а донные почвы им бедны, тело многих водных растений пронизано губчатой воздухопроводящей тканью – аэренхимой. В нее поступают образующийся при фотосинтезе кислород и воздух, проникающий в подводные и воздушные части растения.

Распространение и жизненные потребности. Водные растения распространены очень широко. Некоторые их виды встречаются почти по всему земному шару; известны группы близкородственных форм, замещающих друг друга в разных частях света. Вполне вероятно, что такое широкое распространение обусловлено переносом их семян и других репродуктивных структур птицами.

Многие водные растения способны, изменив форму роста, приспособиться к различным условиям среды, например к жизни вне воды на сырой почве. Так, у выращиваемого в аквариуме стрелолиста (Sagittaria) листья мягкие и лентовидные, а на болотах они образуют жесткие черешки и напоминающие наконечник стрелы пластинки.

В то же время в любом местообитании для нормального развития вида необходимы определенные условия: тот или иной химический состав воды, ее температура, тип субстрата и т.п. Большинство водных растений лучше всего растет в стоячей или медленно текущей воде, однако некоторые, например из рода Podostemon, встречаются только в местах с быстрым течением.

Химический состав воды. По требованиям к химическому составу воды можно выделить четыре группы водных растений: 1) виды, произрастающие в мягких, нейтральных или слегка кислых водах, обычных для областей, где мало известняка; 2) виды пресных вод, богатых карбонатом кальция; 3) виды опресненных морских и щелочных (богатых сульфатами) вод аридных областей; 4) морские виды. Некоторые широко распространенные водные растения хорошо растут при различном химическом составе воды, другие – только при строго определенном. Например, Phyllospadix встречается только в морской воде, Ruppia – только в солоноватой или щелочной, многие рдесты (Potamogeton) предпочитают воду, богатую известью, а большинство полушников, или шильников (Isoetes), произрастает только в мягкой болотной воде.

Температура воды. Это тоже важный фактор. Есть виды, обитающие только в тропических областях, тогда как другие растут лишь в умеренном климате.

Потребности в питательных веществах. Свободноплавающие растения, например ряска и водные папоротники, получают необходимые для питания соли непосредственно из воды, однако большинство водных растений, по крайней мере частично, извлекает их из донной почвы и лучше всего развивается на плодородном, богатом органикой субстрате. На бедных почвах, например на песке, рост многих видов подавляется, и некоторые водные растения, в частности стрелолист (Sagittaria) и Echinodorus, в этих условиях остаются на ювенильной стадии, что часто используется аквариумистами. Для нормального развития водным растениям необходимо также адекватное освещение.

Таксономические группы водных растений

Покрытосеменные (цветковые). К этой группе относится множество водных, а также земноводных, т.е. способных переносить временное затопление, макрофитов. Большинство из них входит в 10 семейств однодольных (имеющих одну семядолю и, как правило, параллельное жилкование листьев); внешне они зачастую напоминают злаки, даже если ими и не являются. Это следующие семейства: рогозовые (Typhaceae), ежеголовниковые (Sparganiaceae), рдестовые (Potamogetonaceae), частуховые (Alismataceae), водокрасовые (Hydrocharitaceae), злаки (Gramineae), осоковые (Cyperaceae), аронниковые (Araceae), рясковые (Lemnaceae) и ситниковые (Juncaceae). Среди двудольных (у них две семядоли и обычно сетчатое жилкование листьев) больше всего водных растений в семействах лютиковых (Ranunculaceae), кувшинковых (Nymphaeaceae), сланоягодниковых (Haloragaceae) и пузырчатковых (Lentibulariaceae).

В некоторых местах водные растения относятся к доминантам растительного покрова. Так, на озерном мелководье часто в массе разрастаются рдесты, ряска может покрыть собой всю поверхность богатых питательными веществами прудов, солерос (Salicornia) нередко преобладает на заливаемых морским приливом низменностях, а на пресных болотах обычны густые заросли камыша, осок, тростника и рогоза. В некоторых мелких болотах на севере США канадский рис образует сплошные травостои, напоминающие посевы пшеницы, а на юге страны в аналогичных местообитаниях процветают водяной гиацинт и очереднопыльник филоксеровый.

Мхи и печеночники. Мхи интенсивно развиваются в стоячих водах, образуя т.н. моховые болота. В Северной Америке к листостебельным мхам и близкой к ним группе печеночников относится всего ок. 20 видов пресноводных растений. Самый известный из них – мох Fontinalis, часто встречающийся на затопленных деревьях в прозрачных речках. Его мягкие прямостоячие стебельки покрыты множеством мелких и тонких треугольных листьев. Иногда его разводят в аквариумах, особенно если хотят стимулировать размножение рыб. У мха Drepanocladus побеги стелющиеся, буроватые. Он растет на мелководьях под тростником и осокой. Его мелкие листья на концах стебельков серповидно изогнуты. Из печеночников в стоячих водоемах обычна риччия водная (Riccia fluitans), растущая в виде запутанной массы зеленых вильчато ветвящихся нитей.

Водоросли. Не считая микроскопических форм и морских макрофитов, обычными в этой группе являются лучицы, или харовые (Characeae), широко представленные в пресных водоемах. Виды рода Chara с прямостоячим «стебельком» напоминают маленькую елочку. Их пахнущие рыбой клетки часто инкрустированы карбонатом кальция. Близкий род Nitella растет главным образом в мягкой воде (иногда разводится в аквариумах). Его «побеги» мягкие, тонкие, вильчато ветвящиеся.

Папоротники и близкие к ним группы. Обитатели вод среди этих растений, размножающихся не семенами, а спорами, представлены различными жизненными формами. Мелкие папоротники Azolla и Salvinia свободно плавают на поверхности стоячих водоемов. У первого рода листья в виде перекрывающихся чешуек, а у второго – эллиптические, неперекрывающиеся и опушенные жесткими волосками. Иногда Azolla разрастается по всей поверхности прудов; осенью ее побеги краснеют. Salvinia происходит из теплых регионов планеты, и некоторые ее виды, интродуцированные в США, засоряют водоемы. Этот папоротник часто разводят в аквариумах и декоративных бассейнах. Полушник, или шильник (Isoetes), – с виду неброское, дерновинное, напоминающее осоку растение; оно развивается под водой на грубозернистом субстрате в озерах с песчаным, каменистым или скалистым дном, иногда образуя целые подводные луга. Полушник близок к деревьям рода Sigillaria, росшим на болотах в каменноугольном периоде: как и у них, его споры развиваются в ямках у основания листьев. Хвощ речной (Equisetum fluviatile) – тоже близкое к папоротникам растение с древней родословной. У него трубчатые стебли с отходящими от узлов мутовками веточек; на вершине стебля созревает бурый, похожий на шишку колосок со спорами.

  1. Учебно-методический комплекс по дисциплине «биотехнология растений» Учебно-методический комплекс Составитель: д б. н

    Учебно-методический комплекс
    Курс "Биотехнология растений" имеет своей целью дать студенту целостное представление о культуре клеток высших растений, которая является уникальной экспериментально созданной биологической системой - популяцией дедифференцированных
  2. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Физиология растений» Учебно-методический комплекс

    Учебно-методический комплекс
    Особенности структуры и метаболизма растений по сравнению с животными. Синтетические способности растений. Физиология растительной клетки. Симбиотическая теория происхождения пластид и митохондрий.
  3. Учебно-методический комплекс по дисциплине «педагогика» Программа и методические указания по изучению курса

    Учебно-методический комплекс
    Учебно-методический комплекс по дисциплине «Педагогика»: программа и методические указания по изучению курса для студентов специальности 040101 Социальная работа / сост.
  4. Учебно методический комплекс по дисциплине «Экология» Специальность (1)

    Учебно-методический комплекс
    составлен на основании примерной учебной программы данной дисциплины составленной в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки инженера по всем специальностям .
  5. Учебно методический комплекс по дисциплине «Экология» Специальность (2)

    Учебно-методический комплекс
    Специальность 230201. ЗИС, 190402. ЗТС, 230101. ЗВМ, 190701. ЗПП, 270102. ЗГС, 270112. ЗВК,270201. ЗМТ, 270204. ЗЖД, 190205. ЗДМ, 140104. ЗЭН, 190401.
  6. Учебно-методический комплекс по дисциплине «теория и методика биологического образования» Составитель: к б. н., доцент (1)

    Учебно-методический комплекс
    Методика обучения биологии как наука. Предмет и задачи методики обучения биологии. Основные этапы развития отечественной методики обучения биологии. Система биологического образования в современной школе.
  7. Учебно-методический комплекс по дисциплине «теория и методика биологического образования» Составитель: к б. н., доцент (2)

    Учебно-методический комплекс
    Учебно-воспитательные задачи обучения биологии. Основные принципы содержания и структура школьного курса биологии. Государственный образовательный стандарт по биологии.
  8. Учебно-методический комплекс по дисциплине «история техники» Учебно-методический комплекс Составитель

    Учебно-методический комплекс
    В соответствии с тенденцией быстрого продвижения общества к широкому и всестороннему использованию техники и бурно развивающихся технологий студенты, как будущие специалисты должны иметь представление о современных технологиях, знать
  9. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Экология Республики Башкортостан» (ДПип-озо, Филфак-озо)

    Учебно-методический комплекс
    Необходимость введения курса «Экология Республики Башкортостан» обусловлена возрастающей ролью учителя в формировании знаний школьников об окружающей среде, влиянии человека на биосферу, о последствиях этого влияния, а также ролью

Другие похожие документы..