16. Закон оптимума, правило минимума Либиха и правило максимума Шелфорда – как характеристика внутренней структуры экологической ниши.
Ниша – отношение организма к факторам внешней среды.
Факторы:
Условия существования (не зависят от организмов)
Ресурсы (зависят от организмов) – биогены, вода, свет для растений, пища
Факторы могут быть одновременно и условием, и средой
Экологическая ниша – место, занимаемое видом в сообществе
Местообитание
Положение вида в цепях питания
Положение вида в многомерном пространстве условий и ресурсов
Диапазон условий, при котором популяция может неограниченно долго существовать в данном местообитании
Ниша бывает Фундаментальная (в отсутствие конкурентов) и реализованная (в присутствии видов-конкурентов, меньше фундаментальной)
В каждой точке пространства ниши можно поставить точку определенной скорости роста численности (у каждой точки своя скорость)
Пространство внутри ниши неоднородно – ближе к границам толерантности оно менее благоприятно, чем вдали от границ
Функция отклика – степень благоприятности среды по отношению к организму или популяции относительно каждого из значений описываемых параметров среды (в многомерном пространстве факторов)
Закон оптимума
Любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. Выход за эти пределы отрицательно сказывается на организмах.
Выделяют зоны оптимума и зоны пессимума.
Зона оптимума – диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности
Зона пессимума – диапазон, который определяет отклонение от оптимума, в нем организмы испытывают угнетение
Разные функциональные характеристики имеют зоны толерантности разной протяженности
Экотипы – популяции одного вида, по-разному реагирующие на одинаковые значения одного и того же экологического фактора (закреплена генетически)
По Y откладывают – скорость роста, размножения, выживаемость (в идеале r)
Правило минимума Либиха:
Лимитиует тот фактор, который находится в наибольшем недостатке
Правило максимума Шелфорда:
Лимитировать может не только фактор, который находится в недостатке (т.е. на нижний границе зоны толерантности), но и тот, который находился в избытке (т.е. на верхней границе зоны толерантности)
-вид по-разному реагирует на разные факторы
-вид по-разному реагирует на изменение разных факторов
-нет изменения фактора – нет реакции на него
Пример: содержание кислорода в воздухе и в воде
Важнейшие факторы, лимитирующие распространение и обилие организмов:
температура, влажность, свет для наземных животных и растений
температура, соленость, содержание кислорода – для морских животных
Лимитирует тот фактор, на который организм (популяция) сильнее всего реагирует – это определение с точки зрения организма.
Реакция = чувствительность х Изменение фактора
17. Фотосинтез, как один из важнейших процессов в жизни растений.
Фотосинтез – это важнейший фактор и условие среды и представляет собой процесс преобразования энергии солнца в энергию химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл у бактерий, бактериородопсин у архей).
Для роста как минимум 1 м3 древесины, растению необходимо потребить около 1 млн м3 воздуха.
Фотосинтезирующие организмы в основном автотрофы.
Единственный процесс с увеличением свободной энергии
Одна двухтысячная процента энергии используется эффективно
Распределение хлорофилла на Земле крайне неравномерное. Максимальная концентрация в тропиках и таежных лесах, эстуариях рек. Один из важнейших факторов – это температура.
Условия и почему работает?
Типы фотосинтеза |
С3 (самый важный) |
С4 |
Первичные продукты фотосинтеза |
ФГК, ФГА (трехуглеродистые соединения) |
ЩУК, Аспартат, Малат (четырехуглеродистые соединения) |
Первичные акцепторы СО2 |
Рибулезодифосфат (рибулозо-1,5-бисфосфат) |
Фосфоенолпируват |
С3 – двойной захват СО2, нужна слабая освещенность и невысокая температура (умеренные широты, нагорья). Самый распространенный тип – 95% от всей биомассы.
С4 – кранц анатомия и последовательный захват СО2 позволяют меньше держать устьица открытыми и экономить воду. Меньше потери Рубиско, меньше потери энергии, но больше затраты на 1 молекулу глюкозы (не 18, а 30 АТФ), оправдан в умеренно аридных условиях или у рудеральных растений. Не эффективен при низкой освещенности. Произрастают в тропиках и субтропиках ниже широты 45 градусов и высокогорьях.
САМ фотосинтез – Разделение ассемиляции СО2 не в пространстве, а во времени. Ночью при открытых устьицах цикл С4, а цикл Кальвина днем. Имеют крупные вакуоли с резервом СО2 для цикла кальвина. Уступает в эффективности С3 и С4, оправдан при нехватке воды - экстрааридные условия, когда С4 не справляется.
18. С3 – фотосинтез. Механизм и экологическое значение.
С3-фотосинтез — один из трёх основных метаболических путей для фиксации углерода. В ходе этого процесса углекислый газ и рибулозобисфосфат (пятиуглеродный сахар) превращаются в две молекулы 3-фосфоглицерата (трёхуглеродного соединения) посредством следующей реакции:
СО2 + H2O + РуБФ → (2) 3-фосфоглицерат
Эта реакция является первым шагом цикла Кальвина и происходит у всех растений. У С3-растений углекислый газ фиксируется напрямую из воздуха.
Характерные особенности С3-фотосинтеза:
1) акцептором углекислого газа является РиБФ,
2) реакцию карбоксилирования РиБФ катализирует РиБФ-карбоксилаза,
3) в результате карбоксилирования РиБФ образуется шестиуглеродное соединение, которое распадается на две ФГК фосфоглицериновая к-та. ФГК восстанавливается до триозофосфатов (ТФ). Часть ТФ идет на регенерацию РиБФ, часть превращается в глюкозу.
С3-растения, как правило, процветают в районах с обилием подземных вод, умеренной интенсивностью солнечного света, умеренной температурой и концентрацией углекислого газа около 200 промиле или выше. Эти растения зародились в мезозое и палеозое, задолго до появления С4-растений, и по-прежнему составляют около 95 % растительной биомассы Земли. В качестве примера можно привести рис и ячмень.
С3-растения теряют при транспирации до 97 % воды, закачанной через корни. По этой причине они не могут расти в жарких местах: главный фермент С3-фотосинтеза, рибулозобисфосфаткарбоксилаза, с повышением температуры начинает активнее катализировать побочную реакцию РуБФ с кислородом. Утилизация побочных продуктов этой реакции происходит в ходе фотодыхания, что приводит к потере растением углерода и энергии и, следовательно, может ограничивать его рост. В засушливых районах С3-растения закрывают устьица, чтобы уменьшить потери воды, но это не даёт CО2 попадать в листья и снижает его концентрацию в листьях. В результате падает соотношение СО2:О2, что также усиливает фотодыхание. С4- и CAM-растения имеют приспособления, позволяющие им выживать в засушливых и жарких районах, и поэтому они могут вытеснить С3-растения в этих областях.
19. С4 – фотосинтез. Механизм и экологическое значение
Фотосинтез – процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ при участии фотосинтезирующих пигментов.
Значимость фотосинтеза: потребление/питание для растений. Это единственный процесс, протекающий с увеличением свободной энергии, без потребления дополнительной энергии.
C4-растения составляют:
5% от общей растительной биомассы
3% от общего количества видов растений
Заселено всего 17% поверхности Земли
Осуществляют около 30% наземного фотосинтеза.
Основные семейства цветковых растений, использующих C4-путь фиксации углерода (~8100 видов):
Злаковые (61% видов),
Маревые (40% видов),
Амарантовые (25% видов),
Осоковые,
Астровые,
Капустные,
Молочайные.
У двудольных– 4%
У однодольных 40%, встречается в 3х семействах, большая часть из них - травы