Экологические группы растений по жароустойчивости

Жароустойчивость (жаростойкость) — способность растений переносить действие высоких температур/перегрев. Этот признак генетически обусловлен. Именно по этому признаку различают сорта и виды сельскохозяйственных растений.

По данному критерию выделяют три основные группы растений[26]:

1.Первая группа - жаростойкие растения. В основном это термофильные сине-зеленые водоросли, которые способны переносить повышение температур до 70-100°C. Их жаростойкость обусловлена высоким уровнем обмена веществ, повышенным содержанием в клетках РНК, устойчивостью белка цитоплазмы к температурной коагуляции.

2.Вторая группа - жаровыносливые. В основном это растения пустынь и сухих мест обитания (суккуленты, некоторые кактусы, представители семейства Толстянковые). Их температурные границы находятся в пределах 50-65°C. Способность противостоять высоким температурам у них обусловлена повышенной вязкостью цитоплазмы, содержанием связанной воды в клетках и пониженным обменом веществ.

3. И, наконец, третья группа - нежаростойкие. Сюда относятся мезофитные и водные растения. Данная группа характерна для наших мест обитания.

Исходя из того, что мы проживаем в условиях умеренных температур, я решила более подробно рассмотреть такие группы растений, как ксерофиты, мезофиты и частично гидрофиты (достаточно распространенная группа водных растений).

Первая группа, которая была рассмотрена, это группа ксерофитных растений.

Ксерофиты (от греч. xerox – сухой)- растения засушливых мест-пустынь, саванн, полупустынь, степей,- где в почве воды достаточно мало, а воздух горячий и сухой, обладающие способностью в процессе онтогенеза хорошо приспособляться к засухе благодаря наличию ряда признаков и свойств, возникших под влиянием условий существования и естественного отбора в процессе эволюции.(Генкель, 1956) Эти растения по-разному адаптированы к засушливым условиям, в которых они находятся: одни переживают в виде спор и семян, которые при наступлении благоприятных условий начинают прорастать, другие подстраивают свой организм так, чтобы за достаточно короткий срок быстро пройти все фазы вегетации. Приуроченность к засушливым условиям определяет их морфо-физиологические особенности. Они имеют достаточно разветвленную корневую систему с большой сосущей силой и приспособлениями к данным условиям- наличие шипов, колючек и мелких узких листьев. Многие имеют опушенные листья или восковой налет как защита от солнечного излучения.

Одной из характерных групп ксерофитов являются суккуленты, к которым относятся всем известные кактусы, агавы, ряд молочайных растений и представителей нашей флоры- очиток едкий (Sedum acre), молодило остролистный (Sempervivum soboliferum Sims) и другие. Эту группу представляют многолетние растения, которые запасают воду в стеблях, листьях или корнях. Собственно, отсюда и пошло их название -succulentus с латинского языка переводится как «сочный». Органы, запасающие воду, становятся толстыми, мясистыми вследствие сильно развитой водозапасающей паренхимы. Именно там скапливается вода после дождей и служит резервным фондом для растения. Например, кактус цереус высотой до 10 метров способен запасать в стебле до 3000 литров воды. Также суккуленты характеризуются очень экономным расходованием воды из-за низкой интенсивности транспирации, а это связано с сокращением испаряющей поверхности благодаря наличию колючек и шипов, в которые видоизменяются листья. При этом фотосинтетическую функцию листьев берет на себя стебель. Другой их особенностью является то, что они приспособились к экономному расходованию таким образом, что днем у них устьица закрыты, а открыты ночью, когда температура воздуха низкая, а влажность высокая.

Встречается данная группа растений чаще всего в засушливых районах, где другие виды растений произрастать уже не могут.

В дипломной работе использованы представители разных семейств данной группы (см. приложение). Среди них встречаются такие, как:

Семейство Толстянковые (Crassulaceae) – характерная черта данного семейства заключается в его названии, а именно- слово «crassus» переводится как «толстый», то есть их примечательной особенностью является наличие мясистых, сочных листьев и стеблей.

· Каланхоэ Блоссфельда (Kalanchoe blossfeldiana). Родиной является Мадагаскар. Растение с голыми слабоветвящимися стеблями высотой до 30 см. Листья яйцевидные, по краю городчатые, зелёные, с красной каймой по краю. Цветки до 1 см в диаметре, красные, розовые, жёлтые или оранжевые; собраны в верхушечное соцветие.

Рисунок 1 - Каланхоэ Блоссфельда (Kalanchoe blossfeldiana).

· Толстя́нка портулаковая (Crássula) — род суккулентных растений семейства Толстянковые. Более двухсот видов произрастают в Южной Африке. Значительное число видов распространено в Тропической Африке и на Мадагаскаре, несколько видов встречается на юге Аравии. Растения этого рода распространены очень широко, но преимущественно в Южном полушарии.

Рисунок 2 - Толстя́нка портулаковая(Crássula)

Семейство Кактусовые (Cactaceae) - многолетние цветковые растения. Главной особенностью является видоизменение листьев в колючки, а роль фотосинтезирующего органа взял на себя мясистый сочный стебель

· Зигокактус обрубленный (Zygocactus truncatus). Многолетний эпифитный кустик. Растет в прибрежных влажных тро­пических лесах Бразилии, в штате Рио-де-Жанейро на деревьях или влажных скалах

Рисунок 3 - Зигокактус обрубленный (Zygocactus truncatus).

· Опунция мелковолосистая (Opuntia microdasys). Произрастает в долинах центральной Мексики (Идальго) на высоте около 1000 метров над уровнем моря. Описана Иоганном Леманом в 1827 году.

Рисунок 4 - Опунция мелковолосистая (Opuntia microdasys)

Семейство Молочайные (Euphorbiaceae) цветковые растения. Данное семейство объединяет общий признак- при надрезе из стеблей и листьев этих растений вытекает вязкий и белый как молоко сок, откуда, собственно, и название данной группы.

· Педилантус титималоидный (Pedilanthus tithymaloides). Родиной являются тропики Центральной Америки. Прямостоячие, зеленые, мясистые, зигзагообразно изогнутые стеб­ли педилантуса титамалоидного достигают порой 2 м в высоту и силь­но ветвятся. Характерно наличие пестрых, волни­стых, короткочерешковых листьев с неровной, фарфорово-белой с пе­реходом в розовую или карминово-красную каймой.

Рисунок 5 - Педилантус титималоидный (Pedilanthus tithymaloides)

· Молоча́й ребристый (Euphórbia lophogona) — самый большой род растений, в котором насчитывается около 2000 видов. На территории России и сопредельных стран представлен 160 видами. Родиной являются субтропики Африки и Америки. Это однолетние и многолетние травы, кустарники (зачастую суккулентные или кактусовидные), иногда небольшие деревья. Все формы характеризуются содержанием едкого млечного сока.

Рисунок 6 - Молоча́й ребристый (Euphórbia lophogona)

Семейство Ксанторреевые (Xanthorrhoeaceae) – однодольные цветковые растения, имеет широкий ареал в тропическом и умеренном климатических поясах. Многие его представители выращиваются как декоративные растения. Несколько видов обладают лекарственными свойствами.

· Ало́э древови́дное (Alóe arboréscens, также известно как «столетник») — вечнозелёное суккулентное растение. Его естественный ареал охватывает Южную Африку — Мозамбик, Зимбабве, Свазиленд и Малави. Алоэ древовидное — вечнозелёное суккулентное, низко и сильно ветвящееся деревце или кустарник, 2—5 м высотой, с мочковатым, сильно разветвлённым, цилиндрическим, серовато-оранжевым корнем.

Рисунок 7 - Ало́э древови́дное (Alóe arboréscens)

Семейство Агавовые (Agavoideae)

корневищные древовидные растения, для которых характерно вторичноеутолщение стебля однодольного типа. Представители семейства произрастают в тропических, субтропических и тёплых умеренных областях планеты.

· Агава американская (Agave americana L.)

Родиной является центральная Америка. Род однодольных растений с прикорневыми сочными толстыми зелеными или зелено-пестрыми, большими, твердыми, линейно-ланцетными, зауженными к верхушке, листьями.

Рисунок 8 - Агава американская(Agave americana L.)

 

Семейство Спаржевые (Asparagaceae) - в основном травы, реже полукустарники, кустарники или деревья; Колючие копьевидные листья иглицы являются плоскими видоизмененными побегами. Ботаники называют их филлокладиями (кладодиями). Цветок обоеполый или однополый, обыкновенно с трёхчленными кругами. Плод — односемянная или многосемянная ягода; семя белковое.

 

· И́глица подли́стная (Ruscus hypophyllum)

распространена в Средиземноморье и Закавказье, но также встречается и в наших местах. Растет под пологом леса, поэтому достаточно теневыносливое растение. Вырастает до полуметра высотой. Филлокладии продолговато-ланцетные, суживающиеся к основанию, глянцевитые.

Рисунок 9 - И́глица подли́стная (Ruscus hypophyllum)

 

Данный вид продемонстрировал суперустойчивость к повышенным температурам на протяжении всего опыта. Чтобы узнать, с чем связана такая характерная особенность данного вида, мы обратились к литературным источникам. Иглица подлистная относится к экологической группе склерофитов (подгруппа в группе растений ксерофитного типа). Данная экологическая группа характеризуется наличием жестких побегов, листьев с толстой кутикулой, препятствующей испарению и сильным развитием механических тканей. Достигается это несколькими путями:

· уменьшением размера клеток

· уменьшением межклеточного пространства

· сокращением фотосинтезирующей поверхности

Склерофиты в отличие от суккулентов пошли по пути увеличения площади корневой системы. Ограничением для ее распространения является наличие доступной почвенной влаги в горизонтах, пронизанных корнями. Как только запасы почвенной влаги сокращаются ниже определенного уровня, склерофиты начинают еще больше сокращать транспирирующую поверхность путем сбрасывания листьев или заменяющих их веточек.

Проанализировав данный материал, становится понятно, почему этот вид продемонстрировал такую высокую устойчивость к заданным нами температурам.

Помимо высокой устойчивости к высоким температурам данный вид обладает еще некоторыми интересными особенностями, а именно:

· Иглицу нередко используют для создания бордюров, размещая в садах, парках, и тех местах, где климатические условия благоприятствуют распространению данного вида.

· Молодые побеги применяют в пищу, а плоды нередко используют вместо кофе или добавляют в блюда.

· Также плоды используют в декоративных целях как украшения.

· В медицине Иглицу применяют при отеках, судорогах, для повышения тонуса вен.

Существует интересная легенда, связанная с рускусом. Однажды лесная нимфа, устроив бал, пригласила к себе все растения, которые произрастают в лесу. Все они веселились и плясали, но только иглица не радовалась, а стояла одиноко в уголке. Тогда к ней подошла нимфа и стала интересоваться причиной грусти гостьи. Иглица посетовала на свой неказистый наряд, мол, похвастаться совершенно нечем. И тогда нимфа, обладающая магией, даровала ей вечнозеленые листья и плоды-ягодки, которые как яркие бусины украсили кустик. Но иглица отказалась от такого подарка и сказала, что хочет нести пользу людям. И тогда все гости стали решать, какая же часть иглицы станет лечебной. Именно так были выбраны красивые ягодки-бусины. Также примерно 100 лет до нашей эры один известный поэт Публий Вергилий Мирон упоминал о полезных свойствах иглицы, то же утверждал историк Плиний Старший, рожденный в 1 веке нашей эры.

Еще одной особенностью иглицы является то, что она относится к реликтовым растениям. Существовала она еще в доледниковый период. Но, тем не менее, это не мешает ей прекрасно чувствовать себя в современных условиях.
Взятые нами виды характеризуются разной толерантностью к повышенным температурам, на основании чего была сделана сравнительная таблица, показывающая, как эти виды реагируют на изменение температурного порога.

Материалами, оборудованием и реактивами служили:

· Листья растений

· Водяная баня с термометром

· Кюветка для охлаждения листьев после бани

· Кюветка с 0,2N-ной соляной кислотой

Таблица 1 – Жароустойчивость группы растений ксерофитного типа.

 

Объект исследования	Степень повреждения листовой пластины
40°C	50°C	60°C	70°C	80°C
Агава американа(Agave americana L.)	-	-	-	+	+
Зигокактус обрубленный(Zygocactus truncatus)	-	+	+	++	++
Опунция мелковолосистая(Opuntia microdasys)	-	-	+	++	+++
Красула портулак(Crássula)	-	-	+	++	+++
Каланхо́э[, (Kalanchoë)	-	-	+	+	++

Продолжение

Традеска́нция (Tradescantia)	-	-	+	+	+++
Ало́э (Áloë)	-	-	-	+	+++
Педилантус титималоидный(Pedilanthus tithymaloides)	-	-	+	++	++
Молочай sp (Euphórbia)	-	+	++	++	+++
И́глица подли́стная (Ruscus hypophyllum)	-	-	-	-	-

 

 

Обозначения:

1) знак «-» - отсутствие побурения

2) знак «+» - -слабое побурение

3) знак «++» - побурение более 50% поверхности листа

4) знак «+++» - сплошное побурение

 

Второй группой является группа мезофитных растений, широко распространенных в наших местах и повсеместно встречающихся.

Мезофиты - растения, обитающие в условиях достаточного, но не избыточного увлажнения; являются промежуточной группой между ксерофитами и гигрофитами. Достаточно легко подвержены увяданию. Условия жизни мезофитов достаточно благоприятны для роста, поэтому они имеют хорошо развитую корневую систему, относительно большую поверхность листьев. К мезофитам относится большинство растений средней полосы: луговые злаки и бобовые, почти все плодовые культуры, многие овощные растения.

Мезофиты способны переносить кратковременное действие температур 40-50 °C, водные растения могут выдерживать повышение температуры до 38-42 °С. Многие мезофиты переносят высокие температуры воздуха и избегают перегрева благодаря интенсивной транспирации, которая способствует снижению температуры листьев. Более жаростойкие мезофиты отличаются высокой вязкостью цитоплазмы и усиленным синтезом жаростойких белков-ферментов (БТШ), которые синтезируются в клетках при приближении температур к высоким границам. Растения, клетки которых имеют способность образовывать такие белки, устойчивы к высоким температурам.

Из данной группы я использовала виды следующих семейств (см. приложение):

Семейство Агавовые (Agavoideae) корневищные древовидные растения, для которых характерно вторичноеутолщение стебля однодольного типа. Представители семейства произрастают в тропических, субтропических и тёплых умеренных областях планеты.

· Сансевиерия трехполосая, или Гвинейская (Sansevieria trifasciata). Родин- Южная Африка. Распространенное и весьма стойкое в комнатной культуре растение. Травянистый многолетник с толстым, ползучим корневищем, от которого отрастают мечевидные, прямостоячие, жесткие, с темно-зелеными горизонтальными полосами на светлом фоне листья. Цветки мелкие, беловато-зеленые, собраны в длинную кисть, с приятным запахом.

Рисунок 10 - Сансевиерия трехполосая , или Гвинейская (Sansevieria trifasciata).

Семейство Розоцветные (Rosaceae). Семейство включает около 100 родов и 3000 видов, распространенных почти во всех областях земного шара, от субтропиков до Арктики. Это семейство необыкновенно ценно для человека. Плодоводство основано главным образом на различных видах именно этого семейства.

· Я́блоня дома́шняя (Malus domestica) — вид деревьев рода Яблоня. Родиной является Кавказ и Средняя Азия. Широко распространённое плодовое дерево, выращиваемое ради его плодов — яблок.

Рисунок 11 - Я́блоня дома́шняя (Malus domestica)

Семейство Бобовые (Мотыльковые (Fabáceae, или Fabaceae s.l., или Leguminósae, или Papilionaceae) - Травянистые представители семейства, способные фиксировать атмосферный азот.

· Клевер луговой (Trifolium praténse)- двулетнее, чаще многолетнее травянистое растение, которое достигает в высоту 15—55 см. Имеет ветвистые приподнимающиеся стебли.

Рисунок 12 - Клевер луговой (Trifolium praténse)

Семейство Зо́нтичные (Umbellíferae), или Сельдере́евые- многолетние травы, имеющие характерные соцветия— простые или сложные зонтики, цветки мелкие, большей частью белые, реже жёлтые или голубые, правильные, обоеполые.

· Морковь посевная (Daucus carota subsp) -Двулетнее травянистое растение с мясистым корнеплодом и многократно перисто-рассечёнными листьями.

Рисунок 13 - Морковь посевная (Daucus carota subsp)

· Сныть обыкнове́нная (Aegopódium podagrária)

травянистое многолетнее растение. Родина – Средняя Азия.Голый, полый, слабоброздчатый и слабоветвистый стебель достигает в высоту до 1 метра. Листья сверху голые, сложные, очередные, нижние – дважды тройчатые, с длинным черешками; сегменты листьев остро-двоякопильчатые, продолговато-яйцевидные; верхние менее рассеченные и более мелкие. Растёт на богатых почвах в лиственных и смешанных лесах, на вырубках, среди кустарников, нередко как сорное в садах и парках. Теневынослива.

Рисунок 14 - Сныть обыкнове́нная (Aegopódium podagrária)

Семейство Гераниевые (Geraniaceae)- распространены преимущественно в умеренных областях. Представлены в основном травянистыми растениями. Однолетние виды имеют тонкий стержневой корень, легко выдергивающийся из земли.

· Гера́нь зональная (Pelargōnium )

Многолетнее травянистое растение. Родина – Южная Африка. Стебли прямые или ползучие, ветвистые. Листья простые или пальчато-рассеченные.

Цветки собраны в зонтиковидные соцветия, имеют разнообразную окраску. Плод представляет собой коробочку с чашелистиками.

Рисунок 15 - Гера́нь зональная (Pelargōnium )

Семейство Астровые (Сложноцветные) (Asteráceae ) - представители данного семейства — главным образом травянистые растения, однолетние или многолетние, реже кустарники или небольшие деревья. Главный отличительный признак этого семейства в том, что в обиходе называется цветком, представляет на самом деле целое соцветие из мелких цветков — корзинку. Эти мелкие цветки сидят на общем ложе — расширенном конце цветоножки, имеющем плоскую, вогнутую или выпуклую поверхность и окружены общей обвёрткой.

· Одува́нчик лека́рственный (Taráxacum officinále)

Одуванчик лекарственный — многолетнее травянистое растение высотой до 30 см, с маловетвистым стержневым корнем толщиной около 2 см и длиной около 60 см, в верхней части переходящим в короткое многоглавое корневище. Родина – центральная Азия. Плод — серовато-бурая веретенообразная семянка с хохолком, состоящим из белых неветвистых волосков. Семянки прикреплены к цветоложу непрочно и легко разносятся ветром.

Все части растения содержат густой белый млечный сок, горький на вкус.

 

Рисунок 16 - Одува́нчик лека́рственный (Taráxacum officinále)