Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Естествознание (Ботаника. Зоология). Учебное пособие для СПО
.pdf
71
предков наземных форм мог произойти лишь по мере выработки специаль-
ных приспособлений. И это был новый ароморфоз — образование тканей,
формирующих органы. Первые достоверные наземные растения известны
лишь по спорам. Они объединены в группу риниофитов. Несмотря на простоту морфологического и анатомического строения это были уже наземные
организмы. У самых первых наземных растений поглощение воды осуществ-
лялось с помощью ризоидов. Выход растений на сушу сопровождался улуч-
шением их освещения, что активизировало процесс фотосинтеза. Это приво-
дило к увеличению объема растений, а затем — к расчленению их тела. Ри-
ния была размером до 0,5 м, росла на болотах, образуя заросли. Риниофиты
дали начало споровым растениям, и некоторое время существовали вместе с
ними. Через 100 млн лет риниофиты вымерли, а эволюция растений шла по
пути возрастающего приспособления к условиям наземного существования.
4 этап. Развитие наземной растительности.
После риниофитов наступает расцвет споровых растений. Одной из
обособленных ее групп считают моховидных, древность которых подтверждается ископаемыми находками. От риниофитов произошли плауны, хвощи
и папоротники, которые достигли расцвета 300 млн лет назад. По мере увеличения тела развивались сложные структуры — корни с корневыми волосками, а для воздушного питания — листья. Основное размножение осуществлялось с помощью спор.
5 этап. Господство голосеменных растений.
Около 250 млн лет назад климат стал суше и холоднее. Для споровых
растений было необходимо наличие достаточного количества воды для осу-
ществления размножения спорами, которой стало недостаточно. Произошел
новый ароморфоз — переход от размножения спорами к размножению семе-
нами. Для защиты от неблагоприятных условий на побегах появились поч-
ки — зачатки новых побегов. Новое образование — семя возникает после
оплодотворения, а спермий доставляется к яйцеклетке по пыльцевой трубке.
Теперь у растений не стало зависимости от водной среды, что привело к об-
разованию многих видов голосеменных.
6 этап. Появление и господство покрытосеменных растений.
В эволюции растений потребовалось еще около 100 млн лет, чтобы
возникли покрытосеменные, или цветковые растения. В это время на планете
возросла солнечная радиация, усилилась сухость воздуха, что привело к гибели многих споровых и голосеменных растений, обитавших при высокой
влажности. Множественные ароморфозы обеспечили преимущество цветко-
72
вым растениям в расселении по всему земному шару, произрастанию в различных экологических условиях. Покрытосеменные растения в эволюцион-
ном развитии тесно связаны с эволюцией животных — опылителей, а также
распространителей семян и плодов. Таким образом, на протяжении многих
миллионов лет происходила эволюция растительного мира, который развивался и усложнялся. Растения прошли путь от простых одноклеточных зеле-
ных водорослей до высокоразвитых покрытосеменных форм.
Вопросы для самоконтроля.
1. Дайте определение понятию «эволюция»
2. В чем состоит вклад Ч. Дарвина в эволюционную теорию?
3. Перечислите основные законы эволюции.
4. Дайте название этапам эволюции растений.
5. Какие ароморфозы произошли на каждом этапе?
6. Какая наука занимается изучением древних растений?
7. Почему цветковые растения занимают господствующее положение в
современном природном мире?
Глава 7. Экология растений
Экология как наука и краткий обзор ее развития Растения и среда. Группы
растений по отношению к факторам среды. Жизненные формы растений.
Условия и ресурсы среды. Энергетический бюджет и тепловой баланс
растительного организма. Экологическая ниша.
«Экология» — слово греческого происхождения. Оно, как и «биология», «зоология» имеет общую часть — «логия», или, правильнее сказать,
«логос». В переводе это значит — наука. Итак, экология — это наука. Что же
изучает экология? Классическая формула, приводимая во многих научных и
популярных изданиях: экология — наука о взаимоотношениях организмов со
средой их обитания. Более строгое определение гласит: экология — наука о
взаимоотношениях организмов и образуемых ими сообществ с факторами
окружающей среды. Впервые слово «экология» было произнесено австрийским ученым Э. Геккелем в 1866 г. Современное определение звучит следующим образом: «Экология — это наука о воспроизводстве жизни, о геологических, биологических, социальных условиях этого процесса». Предметом
экологии является совокупность или структура связей между организмами и
73
средой. Главный объект изучения — экосистемы, т.е. единые природные
комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Основ-
ной частью экологии как биологической науки является общая экология, ко-
торая изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых орга-
низмов и среды (включая человека, как биологического существа). Выделяют
следующие разделы:
– аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей средой;
– демэкологию (популяционная экология), в задачу которой входит
изучение структуры и динамики популяций отдельных видов;
– синэкологию (биоценологию), изучающую взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой.
Для всех направлений главным является изучение выживания живых
существ в окружающей их среде, адаптационные механизмы организмов и
их сообществ к средам жизни. Экологическими проблемами планеты занимается глобальная экология, основным объектом которой является биосфера.
Это живая оболочка Земли, включающая все природные экосистемы.
Четыре основных «закона» экологии сформулировал американский
эколог Б. Коммонер (1974 г.): все связано со всем; все должно куда-то девать-
ся; природа знает лучше; за все надо платить, которые доказываются приме-
рами из повседневной жизни.
Среда обитания — это та часть природы, которая окружает живой ор-
ганизм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части
среды, которые называются факторами, а также их свойства многообразны и
изменчивы. В природе все факторы не бывают постоянными. Они изменяют-
ся в отдельные годы, в разные его периоды, в разное время суток и даже в те-
чение часа. Но между отдельными факторами всегда существует определен-
ная взаимосвязь, и, следовательно, изменение одного фактора влечет за собой
изменение других факторов. Если хотя бы один из экологических факторов
приближается или выходит за пределы критических величин, то, несмотря на
оптимальное сочетание остальных условий, растениям грозит гибель. Такие
сильно уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное
значение в жизни вида или отдельных его представителей в каждый конкрет-
ный отрезок времени. Нередко наблюдается неравноценность действия фак-
торов и выявляется ведущий фактор, т.е. такой, который в определенный мо-
мент жизни растения является наиболее необходимым. Каждый вид растения
74
специфичен по своим экологическим возможностям. Правило экологической
индивидуальности видов сформулировал русский ботаник Л.Г. Раменский
(1924 г.).
По отношению к влаге и способам адаптации к водному режиму выде-
ляют следующие основные группы растений, существенно различающихся
как по внешнему виду, так и по внутренней структуре: гидрофиты, гигрофиты, мезофиты, ксерофиты, криофиты.
Для растений, основу жизнедеятельности которых составляет фотосин-
тез, уровень освещённости является существенным фактором развития. По
отношению к количеству света, необходимого для полноценного развития
выделяют экологические группы растительных организмов: гелиофиты (светолюбивые), сциофиты (тенелюбивые), теневыносливые. По типу фотопериодической реакции выделяются определенные группы. Растения короткого
дня, для перехода к цветению которым требуется 12 ч светлого времени и
менее в сутки (конопля, капуста, хризантемы, табак, рис); растения длинного
дня; для цветения и дальнейшего развития им нужна продолжительность
беспрерывного светового периода более 12 ч в сутки (пшеница, лен, лук, кар-
тофель, овес, морковь); фотопериодически нейтральные, когда длина фото-
периода безразлична и цветение наступает при любой длине дня, кроме
очень короткой (виноград, томаты, гречиха, одуванчик, флоксы и т.д.).
Тепло тесно связано со светом, так как распределение тепла на планете
обусловлено поступлением лучистой энергии Солнца. Температурные преде-
лы жизни растений крайне разнообразны. Отношение температуры почвы к
температуре воздуха составляет температурный градиент. В процессе эволю-
ции растения приспособились к отрицательному температурному градиенту,
поэтому лучше растут, если температура почвы ниже температуры воздуха.
Холодостойкие растения такие, которые способны переносить низкие поло-
жительные температуры. Жаростойкие растения выносливы к таким повы-
шенным температурам, при которых растения, требовательные к теплу, при-
останавливают свой рост. Требовательность растений к теплу изменяется в
отдельные периоды их жизненного цикла.
Почва, как экологический фактор, обладает особым свойством — пло-
дородием. Оно зависит от химического состава, физических свойств и водно-
го режима. Выделяют растения, произрастающие на почвах, богатых мине-
ральными веществами; нейтральных почв; кислых почв; щелочных почв; со-
лончаков и солонцов.
75
Жизненная форма — это внешний облик растений, сформировавшийся
во взаимодействии с окружающей средой. И.Г. Серебряков в основу своей
системы положил признак длительности жизни всего растения и его скелетных осей, как наиболее четко отражающий влияние внешних условий на
морфогенез и рост. По физиономической классификации, детально разрабо-
танной им, выделяют несколько типов. Изучение жизненных форм, их при-
знаков и приспособлений к переживанию неблагоприятных периодов имеет
большое значение в сохранении и возобновлении дикорастущих растений, в
том числе используемых человеком для своих целей.
Любой происходящий в организме процесс требует затрат энергии. За
этим понятием стоят ресурсы, которые могут расходоваться и исчерпываться.
Ресурсы живых существ — это в основном вещества, идущие на построение
их тел, и энергии, необходимой для жизнедеятельности. С размерами тела и
образом жизни тесно взаимосвязан энергетический ресурс. Это соотношение
между энергией, полученной организмом извне, и ее расходом на построение
тела, размножение, выполнение реакций на изменения факторов среды и
поддержание процессов жизнедеятельности. Тело зеленого растения создает-
ся из молекул неорганических веществ, которые составляют пищевой ресурс
растения. Каждый вид растения занимает определенную экологическую нишу — это положение вида в экосистеме, включая его место в пространстве с
определенными условиями существования и его функциональной роли в ней.
Иногда образно сравнивают экологическую нишу с «профессией» вида в
определенной экосистеме, т.е. каким образом организмы реагируют на внеш-
ние условия. Экологическая пирамида — графическое изображение соотношения между продуцентами (производителями органического вещества, зелеными растениями), консументами (потребителями органического веще-
ства, животными и грибами) и редуцентами (разрушителями органического
вещества, бактериями и грибами), которое выражается в единицах биомассы,
числе особей или заключенной в особях энергии.
Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение экологии как науке. Что она изучает?
2. Какие цели и задачи стоят перед экологией как наукой?
3. Приведите примеры деятельности человека, доказывающие законы
Б. Коммонера.
4. На какие группы подразделяют экологические факторы?
5. Дайте определение понятию «среда». В каких средах живут растения?
76
6. На какие группы делятся растения по отношению к свету?
7. На какие группы делятся растения по отношению к температуре?
8. На какие группы делятся растения по отношению к воде?
9. На какие группы делятся растения по отношению к почве?
10. Как влияет воздух на растительный организм?
11. Что такое жизненная форма растений?
12. В чем проявляются ресурсы среды?
13. Что включает понятие «экологическая ниша»?
14. Почему необходимо каждому человеку, в том числе студенту, эколо-
гическая культура и экологическое образование?
Глава 8. Биосферно-биогенетический уровень организации
живой материи. Растение — часть живого вещества биосферы
Биосфера и ее границы. Изменение биосферы в период научно-технического
прогресса. Основы геоботаники. Растительные сообщества. Формы охраны
растительных организмов. Красная книга. Интродукция и акклиматизация.
Комнатные и декоративные растения.
Биосфера (от греч. биос — жизнь и сфера — шар) — часть оболочки
Земли, населенная живыми организмами. Границы биосферы: атмосфера —
15–20 км, гидросфера — 11 км, литосферы — до 100 м. Основная биомасса
сосредоточена на суше. На долю растительных организмов приходится 99 %,
но в море преобладают животные организмы. Выдающийся русский ученый
В.И. Вернадский, один из создателей учения о биосфере, определил ее как
наружную оболочку Земли, область распространения жизни. Она включает:
живое вещество, биогенное вещество, биокостное вещество. Биосфера тесно
связана с деятельностью человека, от которого зависит сохранность равновесия состава биосферы. Для выполнения этого необходимы глубокие знания о
закономерностях и механизмах функционирования экологических систем,
которые изучаются разделом ботаники, называемым геоботаникой. Слово
геоботаника означает в переводе «земельная ботаника» (от греч. гео — зем-
ля). Специфика геоботаники заключается в том, что объектами ее изучения
являются не отдельные растения в их отношениях к почве, климату и другим
экологическим факторам, а образуемые растениями группировки или сооб-
щества, которые называются фитоценозами (от греч. фитон — растение,
кайнос — общий), поэтому геоботанику иначе называют фитоценологией.
77
Задачами сегодняшней геоботаники является не только изучение природных
фитоценозов, создаваемых дикорастущей флорой, но и культурных (искусственных), созданных человеком. Примером могут служить культурные сообщества: сенокосы и пастбища, и даже посевы монокультур (пшеница, рожь
и т.д.), так как здесь произрастают спутники культурных растений — сорня-
ки. Отдельные разделы геоботаники изучают основные типы растительности
(лесоведение, луговедение, болотоведение). В геоботанике включены специ-
фические понятия. Флора — богиня цветов и весны в римской мифологии.
Это исторически сложившаяся совокупность таксонов растений, произрас-
тавших в прошлые геологические эпохи или произрастающих на данной тер-
ритории. Каждой флоре присущи специфические свойства, главное — разно-
образие составляющих ее видов. По территориальным рангам современная
флора включает около 250 тыс. видов цветковых растений. Различают флору
отдельных материков и их частей, островные флоры, флору горных систем, а
также флору государств и отдельных административных районов. Кроме того, рассматривают флору отдельных систематических подразделений: флору
водорослей, флору мхов, флору ископаемых. Растительность — совокуп-
ность определенных растительных сообществ (фитоценозов) Земли или отдельных ее регионов. В отличие от флоры она характеризуется не видовым
составом растений, а, главным образом, численностью и сочетанием видов и
различных жизненных форм растений. Распределение растительности имеет
зональный характер и обнаруживает тесную связь с природными поясами,
главным образом, климатическими. Наиболее четко зональное распростра-
нение растений проявляется на равнинах, в горах оно выражено вертикаль-
ной поясностью. Можно говорить о растительности болот, растительности
степей, растительности леса и др. Всю растительность Земного шара разделяют на 4 основных типа:
1) древесный (древесно-кустарниковый);
2) травянистый;
3) пустынный;
4) блуждающий.
Первые три типа растительности объединяют растения, прикреплен-
ные к субстрату (к почве), а четвертый — объединяет водные растения.
Основным объектом изучения геоботаники являются фитоценоз, или
растительные сообщество, т.е. совокупность растений на относительно однородном участке земной поверхности. Фитоценоз представляет собой не случайный набор растений, а конкретное их сочетание, исторически сложивше-
78
еся сообщество, в состав которого входят как высшие, так и низшие растения, отличающиеся различными отношениями к экологическим факторам.
Различие фитоценоза в значительной степени зависит от характера места
их произрастания, которое в геоботанике называется экотопом. Это определенный участок фитоценоза, характеризующийся своими почвенноклиматическими условиями. Каждый фитоценоз отличается определенными
отличительными признаками. Перечислим их: видовой состав; обилие; ярусность; количественное и качественное соотношение видов; встречаемость;
покрытие; жизненность; характер местообитания.
В природе существует большое разнообразие фитоценозов, которые
имеют различную степень сходства друг с другом. Ассоциация раститель-
ная — основная единица классификации растительного покрова, представ-
ляющая собой совокупность однородных фитоценозов со сходной структурой, видовым составом и взаимоотношениями как между растениями, так и
между ними и средой. Свойства каждой ассоциации тесно связаны с историей ее возникновения, условиями среды, гетеротрофными компонентами соответствующих биоценозов, а во многих случаях и воздействием человека.
Ассоциация есть растительное сообщество определенного флористического
(видового) состава с особыми условиями местообитания, особой физионо-
мичностью — такое определение было принято на 6-м Международном ботаническом конгрессе в 1910 г. и употребляется в настоящее время.
Название ассоциации лесного фитоценоза складывается по доминирующему виду, название которого ставится на первое место, а название субдо-
минантного вида — на второе место (дубрава ландышевая). В травянистых
фитоценозах растений доминирующий ставится на второе место, а субдоминантный — на первое (типчаково-ковыльная степь). Любое сообщество жи-
вых существ и среда их обитания, объединенные в одно функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости между отдельными эколо-
гическими компонентами, называется биогеоценозом. Понятие о биогеоценозе ввел в науку российский ученый В.Н. Сукачев. Биогеоценоз — это ин-
формационно саморазвивающаяся, термодинамически открытая совокупность экологических компонентов и абиотических источников вещества и
энергии. В структуре природного сообщества выделяют четыре компонента:
неорганические вещества и солнечная энергия; зеленые растения (автотро-
фы); гетеротрофы — поглотители автотрофов; редуценты — организмы, разлагающие мертвые органические вещества.
79
Охрана природы — совокупность мероприятий, направленных на под-
держание природы планеты в состоянии, соответствующему эволюционному
уровню биосферы. Заповедники — высшая форма охраны природных участ-
ков. Они создавались и создаются в нашей стране в развитие положения о
том, что заповедники предназначены исключительно для выполнения науч-
ных, научно - технических задач страны. Заповедные территории полностью
изъяты из обычного хозяйственного пользования. Под заповедники отводят-
ся участки, наиболее типичные для данной природной зоны, с тем, чтобы
они могли служить образцом (эталоном) ландшафтно- географических зон.
Важнейший критерий при выборе участка под заповедник — присут-
ствие на его территории редких видов животных и растений, уникальных образований неживой природы (пещер, водопадов, минеральных источников,
гейзеров и т.п.). На основе научных данных, полученных в заповедниках,
были разработаны меры по разумному использованию охотничьих видов и
восстановлению численности редких растений и животных. Заповедная
форма — природные (национальные) парки широко распространена в России и в Волгоградской области. В настоящее время создано семь. Программа
ЮНЕСКО «Человек и биосфера» придает заповедникам исключительное
значение.
Заказники объявляются участки природы, на которых в течение ряда
лет (или постоянно) в определенные сезоны или круглый год охраняются
определенные виды растений или часть природного комплекса. Хозяйственное использование остальных природных богатств разрешается в такой форме, которая не наносит ущерб охраняемому объекту. Заказники разнообразны
по своим целям. Республиканские заказники могут быть постоянными или на
срок до 10 лет. Местные — организуются на 5 летний срок. В случае необходимости срок заказа может быть продлен.
Национальный парк представляет собой большой участок, выделенный
для сохранения природы в оздоровительных и эстетических целях, а также в
интересах науки, культуры и просвещения. Для того, чтобы национальные
парки выполняли свои задачи, они должны не только осуществлять ряд мер
по охране ландшафтов и объектов, но быть привлекательными. Национальные парки России организуются с учетом принятых международных требований: относительно большие размеры территорий; наличие ценных в научном и познавательном отношении природных ландшафтов или объектов; относительная сохранность природы; разрешение посещения парка туристами.
Здесь не разрешается проведение аттракционов, спортивных соревнований,
80
игр, организация которых возможна и вне парка. Вместе с тем в национальном парке в зоне свободного посещения нередко создают краеведческие музеи, консультативные пункты, зоопарки и ботанические сады, где предостав-
лена цветная фауна и флора.
Морские парки созданы в ряде стран: Японии, США и др. Морские
парки созданы ив России, недалеко от Владивостока. Задачи их те же, что и
для национальных парков. Участки для морских парков выбираются в
наиболее живописных местах, где хорошо сохранился подводный мир жи-
вотных и растений. Занимают обычно мелководные участки моря и при-
брежную полосу. Открыты для посещения туристами со строгой регламента-
цией, использовать их как пляж и купаться запрещено.
Ботанический сад — форма охраны растительных объектов, для кото-
рых создаются благоприятные условия. Привезенные из разных стран растения должны пройти акклиматизацию, но бывает, что суровые зимние климатические условия, даже в защищенных садах, приводят к гибели. Поэтому,
прежде чем интродукцировать растение, необходимо подумать о возможности создания необходимых условий.
Сеть биосферных заповедников создается на всей планете по программе ЮНЕСКО «Человек и биосфера». Они уже образованы в 62 странах мира
на площади 115 миллионов гектаров. Здесь сохраняются эталоны нетронутой
природы и ее генофонд, ведется наблюдение за естественным ходом природных процессов и за глобальными изменениями природной среды. Первыми в
стране созданы четыре таких заповедника: Кавказский, Сихотэ-Алинский,
Центрально-Черноземный и Приокско-Террасный.
В помощь защитникам природы во всех регионах создаются Красные
книги, которые являются рабочим документом, в который вносятся виды растений и животных, находящихся на грани выживания из-за сокращения их
численности и сужения ареалов в связи с хозяйственной деятельностью человека. Значение Красной книги велико в том плане, что она фиксирует живущих животных и произрастающих растений в их первозданном виде. Однако она не имеет юридической силы: само по себе составление списка не
означает установления запрета на добывание или охрану его местообитания.
Но она является основой для принятия законодательных актов. Имеются
«Красные книги» международные, национальные и локальные (региональ-
ные). В Волгоградской области издана «Красная книга Волгоградской обла-
сти» в двух томах, которые включают в себя 125 видов животных и 197 видов
растений, грибов и лишайников.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]