Биология все что есть

07.02.2012

Органы растений, их функции и строение.

Органы растений объединяются в 2 группы (стр 33-53):

1. Вегетативные (корень, стебель, лист).

2. Репродуктивные (цветок, плоды, семена).

При помощи вегетативных органов осуществляется питание, рост и вегетация. Репродуктивные выполняют функции полового размножения. Корень обладает положительным геотропизмом, положительно реагирует на земное притяжение, растет вниз в почву. Одновременно характеризуется отрицательным фототрапизмом (растет от света). Корень выполняет следующие функции: растение укрепляется в почве, корни высасывают из почвы воду с растворенными в ней питательными веществами, осуществляет синтез органических соединений, служит для вегетативного размножения. В процессе жизнедеятельности корни выделяют в почву углекислый газ, яблочную и уксусную кислоту, сахара.

Морфологическое строение корней. Корни делятся на 2 группы: зародошивые, придаточные. У двудольных растений (фасоль, горох) из корешка формируется только 1 корешок. Корень у однодольных растений (пшеница, овес, ячмень), заложено несколько корешков 2-5. Часто у растений развиваются придаточные корни из стеблей, листьев. Придаточные корни у кукурузы образуются из верхних узлов стеблей. У однодольных растений корневая система состоит из придаточных корней.

Видоизменение (метаморфоз) корня. Запасающие корни являются местом отложения питательных веществ. Они делятся на корнеплод (свекла, морковь, турнепс, представляет собой утолщенный мясистый корень), и корнеклубни (по форме напоминает клубни картофеля, отсутствие глазков, почек; почка образуется только на основании корневой шейки; георгин, батат, аканит). Ходульные корни развиваются у тропических мангровых растений, образуют огромные заросли на приморских низменных местах, у этих растений корни погружаются в ил и хорошо заметны при отливе. У некоторых растений боковые корни иногда растут из почвы вверх, наблюдается у растений, растущих на местах избыточного увлажнения, особенно хорошо развиты у тропических болотных растений (дыхательные корни). Выполняют функцию дыхания, кислород воздуха поступает в чечевички дыхательных корней. Многие тропические растения имеют специальные придаточные корни, которые при помощи специальной поверхности поглощают воду из воздуха, корни образуются на ветвях тропических растений (баньян), растут сверху вниз. Достигая земли они укореняются и служат опорой для растений. Корни-присоски у растений полупаразитов, проникает внутрь растений, высасывают питательные вещества (образуются у плюща, погремок, повелика). Многие растения образуют на своих корнях придаточные почки, из них развиваются надземные побеги, такие растения называются корнеотпрысковыми (корень-отпрыск; осина, вишня, осот, молочай, вьюнок).

Симбиоз корней. Высшие растения при помощи корней могут вступать в симбиоз (сожительство) с бактериями и грибами. Наиболее распространенными видами корневого симбиоза является микориза, симбиоз с клубеньковыми бактериями. Микориза – симбиоз высших растений и грибов. Поселяясь на концах корней грибница оплетает корни, образует чехлик, способствует питанию растений.

Симбиоз клубеньковых растений – сожительство бобовых растений (клевер, горох) с бактериями. На корнях бобовых образуются вздутия (клубеньки). Значение симбиоза – обогащение почвы азотом, улучшение питания.

Типы корневых систем. Совокупность всех корней называется корневой системой. Различают 2 типа: стержневая (имеет ярко выраженный главный корень; двудольные растения), мочковатая (формируется у злаков; пшеница, овес, рожь; из зародыша появляются сразу несколько корней; у одного растения пшеницы общая длина корней – 20 км).

Анатомическое строение корня. Корень состоит из четырех участков. Зона деления клеток находится на кончике корня. Из наружных клеток формируется корневой чехлик, защищающий нежную ткань от повреждения. В зоне роста деление клеток прекращается, они вытягиваются по длине корня, в них появляются вакуоли (пустоты внутри клеток), которые служат для выделения из органов продуктов распада (удлинение корня, длина несколько миллиметров). В зоне всасывания формируются корневые волоски, высасывающие из почвы воду с минеральными веществами (длина зоны несколько миллиметров). Зона провидения занимает остальную часть корня, имеет протяженность до нескольких метров. По ней вода с минеральными веществами поступает ко всем органам растений, здесь формируются боковые корни. Корневая шейка (верхняя часть корня) расположена выше зоны провидения.

Стебель и его функции. Стебель обладает отрицательным геотропизмом (не реагирует на притяжение) и положительным фототропизмом, но иногда стебли верхней части растут вниз, образуя плакучие формы (ива, береза). Стебель выполняет 2 главные функции. Первая заключается в образовании листьев и ветвей, вторая заключается в обеспечении двустороннего передвижения веществ по растению от корня к листьев и от листьев к корню. Кроме этих функций стебель выполняет выполняют функцию запасания (картофель).

Разнообразие стеблей по форме. Стебли бывают цилиндрические (злаковые, бобовые), четырехгранные (шалфей, мята), ребристые (борщевик). Преобладают цилиндрические стебли.

Типы стеблей по характеру роста. Прямостоящие растут вертикально или несколько наклонены по отношению к почву (яблоня, береза, дуб); ползучие растут невертикально, лежат на земле, легко укореняются в своих стеблевых узлах (земляника); стелющиеся похожи на ползучие, но имеют короткие междоузлия, неспособны укореняться; цепляющиеся стебли, листья превращаются в усики (виноград, горох); вьющиеся стебли свойственны травянистым и древесным растениям (хмель).

Видоизменения (метаморфозы) стеблей. Клубень – мясистый, сильно утолщенный побег. Луковица представляет собой видоизмененный мясистый укороченный побег (лук). Корневище – подземный побег, образующийся у многолетних растений, верхушка корневища заканчивается почкой, а не чехликом. Колючки – твердые, остроконечные образования, развивающиеся из пазушных почек и представляющих собой видоизменения побега; в отличие от шипов (шиповник) колючки сдираются только с частью древесины, они свойственны таким растениям, как груша, яблоня, боярышник. Сочные стебли (кактусы) приспособлены для накопления и сохранения влаги, листья превращены в колючки, а их функции выполняют стебли.

Анатомическое строение стебля. В стебле различают эпидермис, первичную кору и центральный цилиндр. Эпидермис состоит из вытянутых клеток, с утолщенными внешними стенками. Первичная кора состоит из основной паренхивной ткани. Центральный цилиндр состоит из ксилемы, проводящей воду и минеральные вещества, и флаемы, через которые движутся органические питательные вещества.

Лист и его функции. Первая функция – фотосинтез, образование органического вещества из воды и СО2. Наиболее активно фотосинтез проходит в красных лучах света. Вторая функция – дыхание, в процессе дыхания сложные органические соединения взаимодействуют с кислородом и окисляются, разлагаясь до воды и углекислого газа. Третья функция – транспирация, испарение воды листьями. Вода испаряется, а минеральные вещества, поступающие из почвы, остаются. Транспирация способствует беспрерывному движению воды, охлаждению растений.

Морфологическое строение листа. Лист состоит из листовой пластинки и черешка. Построение листовой пластинки делят на простые и сложные. Простой лист во время листопада опадает вместе с черешком, сложный лист опадает частями (сначала отдельно листья, затем черешок; клевер). Простые листья по строению делятся на цельные, лопастные, раздельные и рассеченные. У цельных листьев пластинка не расчлененная (сирень); лопастные листья имеют пластинку, разделенную на лопасти (дуб); раздельные листья расчленены более глубоко; у рассеченных рассечение доходит глубоко. Сложные листья бывают тройчатые (клевер, люцерна) и пальчатые (люпин). Перистые листья разделяют на парноперистые (горох), и непарноперистые. Поверхность листовой пластинки может быть гладкой или покрытой волосками.

Анатомическое строение листа. Сверху и снизу лист покрыт эпидермисом. Между верхним и нижним эпидермисом заключена мякоть листа – мезофил, состоящий из основной ассимиляционной паренхимы и разделяется на 2 типа тканей (столбчатая, примыкающая к верхнему эпидермису, имеют вытянутую форму, расположены плотно, содержат хлоропласты; губчатая ткань представлена более или менее округлыми рыхлыми клетками, с большим количеством межклеточного вещества). Помимо фотосинтеза губчатая ткань осуществляется газообмен, транспирацию и отток ассимилянтов.

Взять учебник, «Биология растений с основой экологии», авторы: Шевченко, Соловьев.

Анатомия растений (Глава 2, стр 33-53 учить).

14.02.2012

Водное питание растений.

1. Формы почвенной влаги и ее доступность для растений. Всю почвенную влагу подразделяют на доступную (гравитационную, передвигающуюся между комочками почвы; капиллярная) и недоступную (связанную, пленчатую, парообразная (гидроскопическая)). Вся доступная растению влага образует почвенный раствор.

2. Осмотическое давление клетки. Скорость движения воды из почвенного раствора в клетку определяется осмотическим давлением клетки, которое связано с концентрацией раствора. Рассмотрим случаи с различным соотношением осмотического давления клетки с окружающим раствором:

- Гипотонический – раствор окружающей среды, при котором концентрация веществ в нем ниже, чем в клетке. Используется разность потенциалов, вода из раствора будет поступать в клетки.

- Изоосмотический раствор – раствор, в котором достигается равновесие. Вода не поступает в клетку и не выходит из нее.

- Гипертонические – высокая концентрация окружающей среды. Клетка уменьшается в размере, растение увядает.

Давление, которое выравнивает скорость движения молекул в обоих направлениях, называется осмотическим давлением.

3. Тургор и плазмолиз, сосущие силы клетки. Под тургором понимается напряженное состояние органов растений. Оно зависит от величины сосущей силы клетки, которая представляет собой разницу между осмотическим и тургорным давлением. В полностью насыщенной водой клетке уравновешивается тургорное и осмотическое давление. Следовательно сосущая сила данной клетки равна нулю. При плазмолизе (засухе) цитоплазма клетки отходит от стенок клетки и тургорное давление будет близко к нулю, а сосущая сила будет равна осмотическому давлению. Сосущая сила, создающаяся в клетках корня, позволяет клетке высасывать воду из окружающего почвенного раствора. Таким образом происходит перемещение влаги из окружающего почвенного раствора в клетку.

4. Механизм поступления воды в корни. Высшие растения имеют специальные корни для всасывания воды, тончайшие окончания корней называют корневыми волосками. Корневая система растений способна активно передвигать воду корневыми клетками в поперечном направлении: корневые волоски – клетки коровой паренхимы – эндодерма – центральный цилиндр. Самый внутренний слой первичной коры (паренхимы), окружающей центральный цилиндр – эндодерма, имеет часть тонкостенных клеток, которые называются пропускными клетками. Через них, как через микроскопические шлюзы, вода под давлением проникает из клеток корня в центральную часть корня. Пропускные клетки располагаются против элементов ксилемы. Из пораженной лесной березы выделяется сок, пасока или весенний плач. Наличие плача в растении служит свидетельством высших растений. Химический состав пасоки зависит от внешних условий. Весной преобладают белки, летом органические кислоты. Гуттация – из усичных клеток выделяется роса, которая насыщена солями. Выделение воды клетками подтверждает наличие корневого давления.

5. Продольное движение воды по растениям. Корневой волосок – паренхима корня – сосуды корня и стебля – паренхима листа. Все перечисленные этапы движения воды можно подразделить на 2 этапа: движение по живым клетками и движение по мертвым трубкам, трахеям. Живые клетки, транспортирующие воду: волосок корня, паренхимы корня и листа. Передвижение воды в основном осуществляется по мертвым сосудам (ксилема), которые не способны сами толкать воду в листья. Корни растений, как нижний двигатель воды, способны создавать давление до 3 атмосфер. Кроме нижнего существует верхний двигатель, представляющий собой клетки паренхимы листа. Верхний кольцевой двигатель работает на принципе притяжения и давления, развивает давление до 16 атмосфер. Кольцевые двигатели различаются не только силой воздействия на воду, но и источниками энергии. Для листьев это лучистая энергия солнца, для корней – дыхание.

6. Виды транспирации. Интенсивность транспирации – количество воды, испаряемой растением в единицу времени на единицу площади, варьируется от 0.1-4 г/ч. С 1 га посевов пшеницы испаряется до 100 тонн воды в сутки. 1 растение кукурузы за период вегетации расходует 200 л воды. Транспирация происходит через усица и через кутикулы. Усичная транспирация преобладает, она происходит через усица, расположенные на поверхности листа. Кутикулярная транспирация представляет собой испарение воды через кутикулы (жироподобные вещества), покрывающие лист. Внеусичная транспирация в нормальных условиях составляет 3-4 % транспирации, однако при засухе, когда усицы закрыты, она может достигать 50 % общей транспирации. В молодом возрасте довольно высока транспирация, когда не сформировалась кутикула. При старении из-за трещин транспирация повышается.

7. Физиологические основы корневого питания. Для нормальной жизнедеятельности растений необходим приток питательных веществ, обеспечивающий формирование новых клеток. Таким образом создается взаимосвязь двух процессов, происходящих на полярных концах растений: фотосинтез и минерального питания растений. Фотосинтез призван обеспечить растения углеводами. Корню, как кольцевому двигателю воды и поглощения минеральных веществ нужна энергия распада продуктов фотосинтеза. Происходит обмен продуктом фотосинтеза, водой и растворенных в ней минеральных веществ.

8. Элементы питания. Все элементы подразделяются на 2 группы: макроэлементы (калий, фосфор, магний, кальций) и микроэлементы (бор, марганец, молибден, медь). Микроэлементы входят в состав ферментов, катализирующих биохимические процессы, вносятся раз в пять лет.

9. Понятие адсорбции и десорбции. Перед началом разбора механизма поглощения следует отметить 2 термина. Адсорбция – процесс осаждения ионов из почвенного раствора на поверхности корневых волосков. Десорбция – процесс, противоположный адсорбции, заключающийся в выделении ионов и замещении их другими ионами. Процесс адсорбции на стенках корневых волосков может проходить двумя способами. Непосредственным химическим взаимодействием молекул клеточного сока с адсорбируемым ионом. Данная реакция происходит с выделением или поглощением тепла. Основой другого способа осаждения служит взаимное притяжение ионов и молекул клеточной стенки, основанной на электростатических силах. Такие случаи наблюдаются если ионные участки, на которых происходит осаждение, имеют противоположные заряды. Такое осаждение идет без тепловых затрат и характеризуется нестабильностью, то есть адсорбированные ионы могут замещаться другими ионами. Попадая на стенку корневого волоска ионы проникают в протоплазму клетки, где могут связываться и накапливаться, затем они передвигаются по клеткам паренхимы при помощи электростатических сил. Ионы перескакивают с одного участка протоплазмы на другой, пока не переместится в проводящие пучки, где он захватит ионы воды. При движении в определенном направлении ионам приходится преодолевать препятствий в виде оболочек клеток и мембран. Проникновение ионов через оболочку осуществляется диффузией – движением растворенного вещества в неподвижном растворе при действии диффузионной силы, основанной на разнице концентрации (от большей к меньшей). Преодолевать мембрану помогают гидрофильные поры, через которые проникают ионы и некоторые молекулы. Работа ионных насосов основана на том, что они переносят ионы с одной стороны мембраны на другую, используя превращение химической энергии в кинетическую, то есть являются источником энергии для белков. Присоединив к себе ион и перенеся его через мембрану, функциональный белок опять движется.

10. Способы поступления минеральных веществ в растения. Клетки растений способны одновременно поглощать как положительно, так и отрицательно заряженные ионы, то есть катионы и анионы. Почвенный раствор содержит ряд катионы, растения содержат адсорбированные катионы и водородные ионы. В непосредственном контакте двух систем растения и почвы происходит замена иона водорода на ион кальция и калия. Таким образом идет адсорбция любого аниона почвенного раствора на место любого катиона, перемещающегося в почву. Существует ряд труднодоступных для растений катионов, которые скреплены с почвой связями. Корни в процессе жизнедеятельности выделяют разнообразные вещества, среди них органические кислоты (яблочная, лимонная) и неорганические кислоты (угольная). Эти кислоты способны расщеплять труднодоступные соединения. В процессе превращения веществ из недоступных в доступные важную роль играют почвенные растения.

11. Влияние кислотности на жизнедеятельность растений. Для того, чтобы растения нормально произрастало, почва должна быть нейтральной (рН 7). При изменении рН меняется концентрация ионов вокруг корня, известно непосредственное влияние на корень. рН оказывает прямое действие на растворимость солей, на поглощение ионов. На этом основан метод внесения веществ, изменяющих кислотность. Все удобрения делятся на кислые, щелочные и нейтральные. Сульфат аммония ((NH4)2SO4). Катионы NH4 поглощаются сильнее, накапливается сульфатный ион, что ведет к его подкислению. Напротив СаNO3, NaNO3 – щелочные соли, так как NO3 поглощается сильнее и в почву направляются щелочи. Буферность – способность почвы сохранять свою концентрацию и свойства.

21.02.2012

Почвами следует называть поверхностный слой горной породы, естественно измененный под влиянием внешний факторов: климата, растительности, рельефа, возраста почвообразовательного процесса. Докучаев отмечал огромную роль живых организмов, особенно микроорганизмов. В процессах выветривания горных пород основную роль играет угольная кислота, минеральные органические кислоты, вырабатываемые разными микроорганизмами. Разрушение горных пород производят нитрифицирующие бактерии, образующие азотную кислоту, а также тионовые бактерии, окисляющие серу и сероводород до серной кислоты. Многие бактерии в процессе жизнедеятельности образуют слизи, обеспечивающие тесный контакт микроорганизмов с горными породами. Разрушение последней происходит как под влиянием продуктов микроорганизмов, так и в результате образования комплексных соединений. Под действием микроорганизмов минералы, содержащие элементы с переменной валентностью (железо, марганец, сера) способны окисляться и образовывать новые соединения. Новые минералы могут возникать при взаимодействии микробных метаболитов друг с другом, следовательно, выветривание горных пород в природе должно рассматриваться как распад первичных и возникновение вторичных минералов. Метаболиты – вещества, образующие в клетках в процессе обмена. Образование гумуса непосредственно связано с деятельностью микроорганизмов. На первых стадиях разложения растительных и животных остатков развиваются грибы и неспообразующие бактерии. Повышение плодородия почвы связано с деятельностью в первую очередь азотфиксирующих бактерий, которые усваивают молекулярный азот воздуха, а также микроорганизмы, которые переводят соединения углерода, азота и фосфора из недоступные в доступные для растения формы. Среди них следует выделить микроорганизмы, разлагающие целлюлозу, белки и жиры. Микрофлора, участвующая в разложении растительных и животных тканей, носит название зимогенной и поселяется на богатых питательных средах. Так что вовсе не имеется разницы между зимогенной микрофлорой и группой сапрофитных микроорганизмов в объектах разложения тканей. Всю совокупность почвенных микроорганизмов можно разделить на следующие группы:

1. Сапрофитные разлагают различные ткани органического и неорганического происхождения, называются также зимогенными. Эту группу, объединяющую разнообразные микроорганизмы (бактерии, актиномицеты).

2. Автохтонные – группа веществ, способных разлагать перегнойные соединения в почве.

3. Олиготрофные – способны ассимилировать органические соединения из растворов низкой концентрации. Сюда относятся разнообразные бактерии.

4. Автотрофные микроорганизмы – группа ряда бактериальных видов, способных получать необходимую им энергию от окисления минеральных соединений. Сюда относятся нитрифицирующие бактерии, а также бактерии, окисляющие соединения серы, железа и марганца.

Биологическая дифференциация почвы. Количественные и качественный состав микрофлоры зависит от химического состава почвы, его физических свойств, рН, влагоемкости, степени аэрации. Распределение микроорганизмов в почве обусловлено экологическими факторами. Неодинаково распределение микроорганизмов по горизонту почвы, меньше всего их обычно в самом верхнем слое, где микроорганизмы подвергаются солнечному излучению. Больше всего насыщен слой 5 см, на д-п. 1.6 млрд шт., В ЦЧО 8-9 млрд шт. По мере углубления число микроорганизмов падает. Верхние слои богаты растительными и животными остатками, хорошо аэрируются и почва активизирует развитие аэробных микроорганизмов. Чем глубже расположены почвенные слои, тем более затруднен доступ воздух. Живая масса бактерий в слое почвы толщиной 25 см равна 3 т/га. Существует еще одна закономерность: по мере продвижения с севера на юг численность микробного населения увеличивается. Огромное влияние на расположение микроорганизмов имеет форма корня.

Гумусо-образование и его роль в плодородии почвы. Гумус – сложное аморфное темноокрашенное соединение, возникающее в результате разложения органического вещества растительного и животного происхождения. Данный процесс называется гумификацией. Гумус составляет 85 % всей массы органического вещества почвы, в нем содержится 3-5 % азота. Известно, что ежегодно вместе с остатками урожая, почвенных животных и микроорганизмов в почву поступает огромное количество органических веществ: сахаров, органических кислот, белков, жиров, воска, смол, дубильных веществ, целлюлозы. Перечисленные органические соединения служат пищей для почвенных организмов и подвергаются превращениям, которые ведут к образованию гумуса. Непосредственное участие в гумификации принимают также дождевые черви.

Факторы гумусо-образования. Оптимальная температура почвы 15-20 гр. При температуре 5 гр. в почве перестает накапливаться углекислый газ, то есть приостанавливается процесс разложения органических соединений. Микробиологические процессы, приводящие к распаду органических веществ, лучше всего протекают при влажности 60 % от ППВ. Воздух крайне необходим для аэробных микробиологических процессов почвы, для разложения органических соединений. Все группы микроорганизмов, участвующих в гумусо-образовании, проявляют свою жизнедеятельность в нейтральной среде, рН 7, поэтому известкование кислых и гипсование щелочных почв приводят к активизации процессов в почве. Основная масса почвенных микроорганизмов связана с твердой фазой почвы, наиболее благоприятна макроструктура с размером комочков в 0.25-0.3 мм. Биотические факторы среды – совокупность влияний, оказывающих на организмы со стороны других организмов. При биотических отношений продукты жизнедеятельности одних служат питанием для одних, так нитрификаторы могут развиваться только при достаточной количестве аммиака, вырабатываемого гнилостными организмами. Гумус имеет огромную влагопоглощаемость. Благодаря темной окраске поглощает солнечные лучи, что имеет большое значение для теплового баланса почвы. Адсорбированные гумусом химические соединения остаются в почве, образуя естественный запас минерального питания растений. Гумус обладает сильным буферным действием, благодаря чему не происходит избыточное подкисление почвы. Гумус способствует созданию структуры почвы. Постепенно и медленно разлагаясь под действием почвенных микроорганизмов, гумус служит ведущим источником питания растений. Участие микроорганизмов в синтезе гумуса можно представить так: первичные структуры органических соединений претерпевают реакции поликонденсации и изомеризации. Изомеризация – изменение кристаллической структуры вещества.

Микроорганизмы и структура почвы. Микроорганизмы активно участвуют в образовании почвенных агрегатов. Они выделяют вещества, склеивающие отдельные частицы в агрегаты и комочки. Выделяя газообразные продукты жизнедеятельности микроорганизмы разрыхляют уже сложившиеся структуры почвы. Многие микроорганизмы (грибы и апинецеты) имеют мицелярный рост. Развиваясь в почве эти микроорганизмы окутывают частицы почвы и вызывают образование агрегатов. На образование комковых структур оказывает влияние обилие в почве доступных соединений углерода. Удобрение почвы навозом направлено не только на улучшение питания, но и на улучшение структуры.

Микориза и ризосфера. Наиболее благоприятные условия для развития микроорганизмов создаются вокруг корней или в ризосфере. Ризосфера – зона, окружающая корни растений, в которой наблюдается интенсивный рост микроорганизмов. Росту бактерий способствуют выделяемые корнями органические вещества, которые служат им источником питания. Суммируя разнообразие взаимоотношения между растениями и почвенными микроорганизмами некоторые из них благоприятные. У многих растений возникает тесная ассоциация корней с грибами – микориза. Грибы проникают в корни растений и в их клетки, стимулируя при этом рост корней, выделяя ауксины.

Влияние агротехники на микробиологическую активность. Обработка почвы должна рассматриваться не только как механическая операция, но и как воздействие на биологию почвы. Обработка почвы формирует тип корневой системы. При безотвальной обработке корневая система располагается в верхнем слое почвы, а при отвальной вспашке с оборотом пласта более глубоко. На микробиологическую активность почвы наибольшее влияние оказывают следующие агротехнические приемы: глубина обработки. Поверхностное рыхление усиливает процессы в 3-4 раза. Внесение химические мелиорантов нормализует питание почвы. Промывка почвы нейтрализует реакцию почвы. При внесении органических удобрений отмечается бурное развитие растений, особенно корней. При этом клетки корней продуцируют слизь, которая защищает кончики корней от механических повреждений и микроорганизмов.