Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 2 (страница 46)

Ниже приведен образец аналогичных вопросов, которые должен поставить перед собой исследователь при изучении цветкового растения.

1. Систематическое положение. Как называется вид? Какие существуют подвиды, разновидности и экотипы данного вида? Каковы сходства и различия между близкородственными видами? Каково полное таксономическое описание вида?

2. Местообитание

а) Эдафические факторы. К какому типу относится материнская порода? К какому типу относится почва? Какова толщина различных горизонтов? Каково процентное содержание воды в почве (полевая влагоемкость)? Каково процентное содержание органического вещества в почве? Каков минеральный состав почвы? Чему равен рН почвы? Как связан уровень грунтовых вод и его сезонные изменения с жизненным циклом и распределением особей вида?

б) Климатические факторы. Чему равны экстремальные и средние температуры в местообитании? Чему равна средняя относительная влажность воздуха в местообитании? Сколько осадков выпадает ежегодно? Каково направление господствующих ветров? Сколько света получает растение?

в) Топографические факторы. На склонах какой экспозиции обычно встречается вид? Предпочитает ли вид открытые или закрытые места? Предпочитает ли вид наклонные или равнинные местообитания? Влияет ли высота над уровнем моря на распределение вида?

3. Морфология. Насколько развита корневая система? Каков тип корневой системы? Каков тип ветвления? Сколько листьев на каждой ветви? Какой формы листья? В каких пределах изменяются длина и ширина листьев? Чему равна высота растения?

4. Физиология. Какие пигменты содержатся в листьях и лепестках? На какой поверхности листа транспирация идет интенсивнее? Как темнота влияет на скорость транспирации? Происходит ли изменение содержания воды в листьях в течение суток?

5. Размножение:

а) Цветки. Сколько цветков в среднем образуется на растении? Сколько чашелистиков, лепестков, тычинок, плодолистиков, или пестиков, в цветке? Какой они формы и размера? В каких пределах изменяется цвет лепестков? Какие пигменты содержатся в листьях? Когда начинается цветение? Как долго оно продолжается? Как происходит опыление? Какие существуют приспособления для опыления насекомыми или ветром?

б) Плоды и семена. Как образуются плоды? Каково строение плодов? Сколько семян образуется в среднем на каждый цветок? Как распространяются плоды и семена? На какое расстояние распространяются плоды и семена?

в) Вегетация. Как происходит вегетативное размножение? Какие органы растения сохраняют жизнеспособность в неблагоприятный период? С какой скоростью вид расселяется по территории?

6. Жизненный цикл. Какого типа семена образуются у растения? Какие условия необходимы для прорастания семян? Когда прорастают семена? Какой процент семян прорастает? Какие формы прорастания встречаются? С какой скоростью развиваются побеги? Сколько времени идет развитие растения и каких размеров оно достигает? (Почему часть проростков не становятся взрослыми?)

7. Экология. Растут ли особи вида как отдельные растения или куртинами? Каковы размеры куртин? Какие еще виды растут в данном местообитании? Какова степень интенсивности конкуренции между изучаемым видом и другими видами растений? Является ли вид паразитом, хозяином или симбионтом? Как вид связан с животными с точки зрения его положения в трофической сети? Служат ли растения вида защитой или убежищем для животных? Если да, то какие животные и как используют растение в качестве убежища? Какова экологическая ниша вида?

Объектами аутэкологического исследования могут являться также грибы, водоросли, мхи, печеночники или голосеменные растения. В этом случае приведенные выше вопросы можно видоизменить в соответствии с природой изучаемого вида.

Глава 14. Транспорт

Индивидуальные клетки обмениваются веществами с окружающей средой в результате физического процесса диффузии (сюда относится и осмос) и активных процессов — активного транспорта, эндоцитоза и экзоцитоза. Внутри клеток вещества обычно перемещаются за счет диффузии, однако происходят и активные процессы, например токи цитоплазмы. При небольших расстояниях эти средства транспорта достаточно быстро и хорошо функционируют у одноклеточных и у тех многоклеточных организмов, у которых достаточно велико отношение поверхности тела к его объему; в таких случаях нет нужды в специальных транспортных системах. Например, у дождевых червей и других мелких животных дыхательный газообмен с окружающей средой происходит путем диффузии газов через всю поверхность тела.

У более крупных и более сложно устроенных организмов клетки могут быть настолько удалены и друг от друга, и от окружающей среды, что одной диффузии становится недостаточно. Возникает необходимость в специализированных системах транспорта на дальнее расстояние, гарантирующих быстрое перемещение нужных веществ. При этом вещества обычно передвигаются за счет системы массового потока. Массовый, или общий, поток — это массовый перенос веществ из одного места в другое за счет разности давления в этих двух местах. Для массового потока характерно то, что все вещества, находятся ли они в растворе или суспензии, переносятся с одинаковой скоростью, как в реке, и это отличает массовый поток от диффузии, при которой молекулы передвигаются независимо друг от друга в соответствии с их диффузионными градиентами. Некоторые системы массового потока у растений и животных перечислены в табл. 14.1.

Таблица 14.1. Некоторые системы массового потока у животных и растений

Транспорт у растений

В табл. 14.2 перечислены важнейшие группы веществ, которые транспортируются у растений; там же даны некоторые сведения об основных путях и механизмах поглощения, транспорта и удаления веществ.

Таблица 14.2. Передвижение веществ у растений[10]

Передвижение веществ по проводящим тканям растений называют транслокацией. У сосудистых растений (папоротникообразных и семенных) проводящие ткани крайне специализированы и подразделяются на ксилему и флоэму. По ксилеме осуществляется главным образом транслокация воды, минеральных солей, некоторых органических соединений азота и гормонов, и транспорт при этом направлен от корней к надземным частям растения. По флоэме переносятся самые разные органические и неорганические вещества, направляемые из сформировавшихся листьев в другие части растения.

Изучение транслокации имеет большое практическое значение. Например, очень важно знать, как попадают в растение гербициды, фунгициды, регуляторы роста и питательные элементы и по каким путям они перемещаются внутри растения. Это нужно и для того, чтобы решить, как лучше всего применять такие вещества, и для того, чтобы уметь предвидеть их возможные эффекты. Кроме того, транслокация иногда приводит к распространению таких патогенных для растений агентов, как грибы, бактерии и вирусы, и от этого может зависеть выбор лечебных или предупредительных мер. Одним из сравнительно недавних новшеств явилось применение так называемых системных фунгицидов, которые разносятся по всему растению и обеспечивают более длительную и более надежную защиту от таких опасных болезней, как милдью (ложная мучнистая роса).

14.1. Водный режим растений

14.1.1. Осмос

Чтобы понять, как поддерживается водный режим растения, нужно прежде всего разобраться в таких физических процессах, как осмос и диффузия, которые объясняются в Приложении 1.5 (т. I). Там особо подчеркнуто, что осмос можно рассматривать как своеобразную диффузию, при которой диффундируют только молекулы воды, а молекулы всех остальных веществ и взвешенные в воде частицы не проходят через полупроницаемую мембрану. Молекулы воды передвигаются из того места, где их много (т.е. из разбавленного раствора), туда, где их концентрация ниже (т.е. в более концентрированный раствор), и при этом мембрана избирательно пропускает только молекулы воды. Известно, что этот процесс идет быстрее, чем следовало бы из расчетов для обычной диффузии, и что в нем участвует массовый поток. Тем не менее такое передвижение воды вполне объяснимо с помощью законов диффузии.

14.1.2. Осмотическое давление (ОД) и осмотический потенциал (π)

Осмотическое давление — это давление[11], которое создается в растворе, помещенном в осмометр, после того как будет достигнуто равновесие с чистой водой. Чем концентрированнее раствор, тем выше ОД.

В наше время чаще используют термин осмотический потенциал, так как при обычных обстоятельствах речь идет лишь о потенциальном (теоретическом) давлении, которое становится реальным только в особых условиях — при измерении осмометром (см. Приложение 1.5.2). Осмотический потенциал условно считают отрицательным, а осмотическое давление — положительным. Для обозначения осмотического давления в этой главе мы используем сокращение ОД, имея в виду положительную величину, так как отрицательные значения могут затруднить понимание.

14.1.3. Водный потенциал (символ Ψ, греч, буква "пси")

В наши дни физиологи растений пользуются термином "водный потенциал"[12], ψ, когда хотят описать тенденцию молекул воды к перемещению из одного места в другое. В литературе могут встретиться и другие, более традиционные термины, о которых будет сказано в разд. 14.1.10.