Лекция 9. Адаптация и устойчивость растений к условиям окружающей среды
Наиболее распространёнными неблагоприятными факторами для растений являются:
- Засуха
- Высокие и низкие температуры
- Избыток воды и солей в почве
- Недостаток кислорода
- Присутствие в атмосфере вредных веществ
- Ультрафиолетовая радиация
- Ионы тяжелых металлов
- Патогенны
Сильнодействующий фактор внешней среды способен вызывать в организме повреждения или даже привести к смерти называется стрессорным фактором или срессором. Если повреждающие действие стрессора превосходит защитные возможности организма, то он уступает смерти. А таком случае говорят об экстремальном факторе. Интенсивность или доза стрессора вызывающая гибель организма называется летальной (ЛД). Характеризуется величинами ЛД50-ЛД100
В ответ на повреждают действие фактора организм переходит в состояние стресса. Термин стресс был предложен Гансом Силье для обозначения неспецифических ответных реакций организма на любое раздражение
Стресс у растений — это интегральный неспецифический ответ растения на повреждающее действие. Направленный на выживание организма за счет мобилизации и формирования защитных систем. В случае воздействия неблагоприятных факторов реакция растения носит двухфазный характер
В первой фазе наблюдаются значительные отклонения физиолого-б/х процессов
Во второй фазе нарушенные процессы возвращаются к норме, либо наступает из стабилизации на новом уровне.
Для растений характерны 3 этапа стресса
Действие стрессора зависит от величины повреждающего фактора, длительности его воздействия и сопротивляемости растения.
Устойчивость растений к стрессору зависит от фазы онтогенеза. Наиболее устойчивая фаза — состояние покоя. Наиболее чувствительны растения в молодом возрасте, а еще более чувствительны при созревании плодов
У растений выделяют общие неспецифические реакции в ответ на действие любых стрессов
- Повышение проницаемости мембран
- Деполяризация мембранного потенциала
- Выход ионов кальция в цитоплазму из клеточных компартментов
- Сдвиг рН в кислую сторону
- Активация сборка актиновых микрофиламентов цитоскелета, в результате чего повышается вязкость цитоплазмы
- Усиление поглощения кислорода
- Ускоренная трата АТФ
- Развитие свободно радикальных процессов
- Повышение содержания АК пролин. Также он может связываться с белковыми молекулами защищая из от денатурации
- Стрессовые белки (БТШ, шопероны, корбелки, леобелки)
- Усиление активности протонной помпы в плазмолемме и возможно в тонопласте, препятствующие ионным сдвигам в тонопласте
- Усиление синтеза этилена и АБК
- Торможение деления и роста
- Торможение поглотительной активности клеток и других физиологических процессов, осуществляющихся в обычных условиях
Кроме того, стрессоры оказывают и специфическое воздействие на клетки (образование аэренхимы). В невысоких дозах повторяющиеся стрессы приводят к закаливание организма. Причем закаливание к одному стрессору может приводить к повышению устойчивости организма к другим повреждающим факторам. На организменном уровне сохраняются все клеточные механизмы адаптации и дополняются новыми, отражающие взаимодействие органов и в целом растения. Прежде всего это конкурентное отношение за физиологически активные вещества и пищу. Это позволяет растениям в экстремальных условиях сформировать лишь такой минимум генеративных органов, которые они в состоянии обеспечить необходимыми веществами для созревания. При неблагоприятных условиях ускоряются процессы старения и опасения нижних листьев. А продукты гидролиза их неорганических соединений используются для питания молодых листьев и формирования генеративных органов.
Растения способны замещать поврежденные или утрачены органы путем регенерации и роста пазушных почек. Во всех этих процессах релятивного роста участвуют организменные системы регуляции.
В условиях длительного и сильного стресса в первую очередь гибнут неустойчивые растения. Они устраняются из популяции, а семенное потомство образуют более устойчивые растения. В результате общий уровень устойчивости в популяции возрастает
Явления, которые наблюдаются в растениях при действии стрессоров делятся на 2 категории:
Ответные реакции позволяющие приспосабливаться растениям к новым условиям — акклиматизация. Она происходит при жизни организма, не наследуется, но осуществляется в приделах нормы реакции. Примером акклиматизации растений является закаливание
Адаптация — генетически детерминированный процесс формирования защитных систем, обеспечивающих повышение устойчивости и протекания онтогенеза в ранее неблагоприятных для него условиях. В соответствии с временем действия фактора выдают 3 типа:
Эволюционные — это адаптации, возникающие в ходе эволюционного процесса на основе генетических, мутация, отбора и передающиеся по наследству. Примеры: а на то морфологические особенности растений, обитающие в определенных условиях.
Однако если изменения условий среды слишком быстрые для возникновения эволюционных приспособлений, в таких случаях растение использует не конститутивные, а индуцируемые стрессором защитные механизмы, формирование которых генетически предопределено. А образовании таких защитных систем лежит изменение дифференциальной экспрессии генов. Это онтогенетические или фенотипические адаптации. Они обеспечивают выживание данного индивидуума. Он связаны с генетическими мутациями, не передаются по наследству. Для в формирования такого рода приспособлений требуется сравнительно много времени. Поэтому иногда их называют долго временными адаптации. Классическим примером подобных адаптация являются переход некоторых растений с С3 на С4 или САМ-путь
Срочная адаптация. В ее основе лежит образование и функционирование шоковых защитных систем. Происходит при быстрых и интенсивных изменениях условий обитания. Эти системы обеспечивают лишь кратковременное выживание при действии факторов и создают условия для формирования более надежных долговременных механизмов адаптации к шоковым защитным системам относятся SОS системы репарации.
Классификация по действию стресса
В основе этих типов адаптации лежат защитные механизмы, которые делятся на 2 основные категории
Активная адаптация — это формирование защитных механизмов с обязательной индукции синтеза ферментов с новыми свойствами иди новых белков, обеспечивающих защиту клетки и протекания метаболизма в ране е непригодных условиях для жизни.
Механизмы резистентности. По средствам их растения не избегают действия стрессоров, переживая стрессовые условия
К таким механизмам относится синтез нескольких изоферментов. В целом это позволяет растениям осуществлять реакции в значительном диапазоне, чем бы это делал только 1 изофермент. Изменение в метаболизме, физиологических функциях и ростовых процессах при стрессах связано с изменением экспрессии генов. Ответ на действие стрессора происходит если растение распознает стрессор на клеточном уровне. Распознавание стрессора (рецепция сигнала). Рецепция сигнал приводит к активации путей передачи сигнала с участием внутри клеточных мессенджеров. Сигнал поступает в геном индуцируется иди подавляется синтез тех или иных белков. Связано с экспрессией генов ответные реакции клеток на действие стрессора интегрируются в ответ целого растения. Выражаются в общем случае в ингибировании роста и развития растения и одновременно повышения его устойчивости устойчивости к действию стрессора
Пассивная адаптация — уход от повреждающего действия стрессора или сосуществования с ним. В ее основе механизмы избегания. Они дают возможность растениям избегать действие стрессора (короткий онтогенез растений эфемеров и эфемероидов, переход в состояние покоя, способность изолировать агрессивные соединения в стареющих тканях, органов и вакуолях). Подавляющая часть клеточных механизмов устойчивости сформировалась на ранних этапах эволюции. Поэтому защитные системы, проявляющиеся на клеточном уровне у высших растений и защитные системы более примитивных организмов имеют общую основу. В настоящее время установлено, что регуляцию ответа растения на стрессороное воздействие вовлечены гормоны, особенно АБК, жасминовая кислота, этилен. Способность растений переносить действия неблагоприятных факторов и давать устойчивое потомство называют стресс-толерантностью, а способность давать высокий урожай — агрономической устойчивостью. Устойчивость конченый результат адаптации.
Источник
Какие можно привести примеры адаптаций у животных и растений?
примеры адаптаций у различных организмов к условиям среды обитания.
приведите примеры адаптации (приспособленности) у животных и растений, живущих в сходных
Можно привести много примеров адаптации у растений и животных к сходным условиям среды обитания.
1) При смене сезона с теплого на холодный, который носит циклических характер, животные и растения приспособились к ним, у них появилиась адаптация к таким условиям. Например, деревья сбрасывают листья перед зимой, впадая в состояние покоя. Точно также поступают мелкие животные, например ежи, впадая в зимнюю спячку.
2) В пустыне, где ощущается резкий дефицит воды, такие растения как кактусы запасают ее в стеблях, а листья у них превратились в колючки. Верблюды запасают жир в горбах, который при необходимости разлагается и дает огранизму воду (из 100 г жира получается 107 г воды).
3) У растений при подготовке к зиме происходит накопление сахаров с ветвях и стволе, а у насекомых часть воды переходит в глицерин (состояние анабиоза) — эти приспособления позволяет им выдерживать промерзание зимой, и клетки при этом остаются живыми.
У всех видов есть особенности, которые делают их приспособленными к окружающей среде. Характеристики, которые дают растениям преимущество, называются приспособлениям или адаптацией.
Кактусы растут в условиях пустыни, где очень мало воды. Часто бывает очень жарко днем и холодно ночью. К приспособлениям кактусов относятся:
- Толстый внешний слой уменьшает потерю воды и отражает тепло.
- Большие мясистые стебли для хранения воды.
- Колючки вместо листьев для уменьшения потерь воды и защиты от выпаса животных.
- Мелкие, широко распространенные корни, чтобы улавливать как можно больше редких осадков.
У некоторых видов кактусов очень глубокие корни, и они вместо этого находят воду под землей.
Насекомоядные растения на болотах.
Болота это участки влажной земли, по которым нельзя ходить. Часто они очень мутные.
Почвы здесь часто бедны питательными веществами, поэтому плотоядные растения имеют приспособления для получения дополнительных питательных веществ за счет поедания насекомых.
Ниже приведены некоторые примеры этих приспособлений:
- Насекомые садятся на листья мухоловки Venus, которые закрываются вокруг нее.
- У мухоловок Venus есть листья, которые закрывают, окружают и ловят насекомых.
- У кувшинов есть цилиндрические листья с жидкостью на дне, чтобы ловить падающих насекомых.
- У растений росянки липкие подушечки.
Кувшинки растут ручьями, в которых могут быть быстрые течения. Адаптации кувшинок включают:
- Крепкие корни, чтобы закрепить растение в русле ручья.
- Прочные, гибкие стебли, которые не сметают.
- Листья, которые растут на поверхности воды, чтобы фотосинтез.
- Цветы, которые растут на воде, чтобы быть опыленный насекомыми.
Гигантские секвойи в горах.
Гигантские секвойи — одни из самых крупных живых существ на планете. Следующие приспособления делают их подходящими для горных лесов:
- Иголки уменьшают потерю воды и защищают от выпаса животных.
- Мелкие корни улавливают как можно больше осадков после душа.
- Толстая кора устойчива к лесным пожарам.
- Высота максимально увеличивает воздействие солнечного света.
Красное дерево на побережье в Калифорнии по прозвищу Гиперион имеет высоту 116 метров — это самое высокое известное живое дерево в мире. Точное местонахождение дерева держится в секрете, чтобы защитить его.
Мангровые заросли на пляже.
Мангровые деревья — это растения, которые растут на пляжах. Соль в морской воде очень быстро убивает большинство растений, но у мангров есть следующие приспособления:
- Глубокие корни для удержания растения на месте.
- Бородавчатые наросты на корнях для защиты пор. Они поглощают кислород, когда они находятся над водой, пропускают воду в растения и отфильтровывают соль, когда они находятся под водой.
- Листья, которые накапливают соль, а затем опадают.
- Вьющиеся растения в лесах и редколесьях
Всем растениям для фотосинтеза нужен свет. Многие растения растут в густых лесах или лесных массивах в окружении других растений, которые также борются за свет. Адаптации вьющихся растений включают:
- У плюща есть липкие подушечки, которые помогают ему прикрепляться к деревьям.
- У лиан кошачьих когтей есть острые крючки, которые помогают им взбираться.
- Кончики побегов пассифлоры вращаются, чтобы найти подходящее место, чтобы зацепиться за следующие.
Источник