Методическая разработка по биологии на тему: "Сезонные изменения в жизни растений"

Методическая разработка

по биологии на тему:

«СЕЗОННЫЕ  ИЗМЕНЕНИЯ  В ЖИЗНИ  РАСТЕНИЙ»

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………  3

ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

1.     Характеристика сезонных явлений в природе………………….  5

2.     Строение побега…………………………………………………    8

3.     Строение листа……………………………………………………12

4.     Физиологические особенности листопада………………………19

ВЫВОДЫ………………………………………………………………. 22

СПИСОК   ИСТОЧНИКОВ    ИНФОРМАЦИИ………………………23

ВВЕДЕНИЕ

 Экология, экологическая ситуация, рациональное природопользование – это слова, которые мы слышим все чаще и чаще. По результатам исследований термин «экология» ‒ один из самых распространенных и часто употребляемых на Планете. Этому есть объяснение, ведь нормы взаимодействия с природой, существующие в настоящее время, неизбежно ведут к экологической катастрофе, к угрозе всем формам жизни на Земле. Характерной чертой современного общества является снижение и даже разрушение духовно-нравственных и этических норм ценностей. Неразумное, потребительское отношение людей к природе неизбежно приводит к угрозе истребления многих видов растений и животных и, в конечном итоге, ‒ самого человека.

Проблема охраны природной среды, охватывая все страны и континенты, стала за последние десятилетия одной из важнейших глобальных проблем современности, превратившись из биологической в политическую, экономическую, социальную, педагогическую. Для её решения кроме административных мер необходима и широкая просветительная работа среди населения, особенно среди подрастающего поколения. Успешное решение всего дела охраны природы возможно только при условии резкого подъема экологической культуры и знаний в этой области. Сознательное и бережное отношение человека к природе должно формироваться, начиная с детства, в семье, школе, в средних и высших учебных заведениях и непосредственно на производстве.   Но особенно ответственная роль в общей системе экологического образования и воспитания принадлежит школе, формирующей у учащихся знания о природе и навыки её охраны. Отношение человека к природе определяется тем, насколько глубоко ценностные аспекты мировоззренческого понятия «природа» взаимодействуют с системой его социальных ценностей, которыми он руководствуется в своем повседневном поведении.  Лишь в том случае, когда экологические ценности включены в число социальных ценностей человека, они приобретают в его сознании соответствующую значимость, побуждая его действовать в направлении сохранения и восстановления природы. Такое включение экологических ценностей в социальные и является одной из важнейших задач экологического воспитания школьников. Проблема экологического воспитания и образования учащихся ‒ важный аспект проблемы охраны природы. В её решении заинтересованы педагоги, ученые, общественность государств, так как сохранение   природы является общечеловеческой ценностью на всей планете.
Сущность экологического образования и воспитания составляют целенаправленный процесс формирования ответственного отно­шения школьников к окружающей природной среде во всех видах учебной, общественно-трудовой   деятельности и общения с природой. В связи с этим оно не может осуществляться в рамках отдельного предмета, а требует участия всех школьных дисцип­лин в их взаимосвязи. Особое внимание должно уделяться деятельности учащихся по изучению и охране окружающей   среды, формированию   нравственно-эстетического отношения к приро­де.

Целью данной работы является выявление особенностей жизнедеятельности растений в связи с сезонными явлениями природы; изучение особенностей весеннего обновления жизнедеятельности растений и переход от гетеротрофного питания к  автотрофному;  охарактеризовать летний период основной ассимиляции и формирования продуктивности растений, определить особенности осенне-зимнего завершения активной жизнедеятельности растений и их переход в состояние покоя.

Выдающиеся деятели прошлого видели в природе могучий источник знаний, средство для развития ума, чувств и воли. Мысль об огромном вос­питательном значении материалистических представлений была сформули­рована А.И. Герценом: «Нам кажется почти невозможным без естество­ведения воспитать... мощное умственное развитие; никакая отрасль знаний не приучает так ума к твердому, положительному шагу, к смирению перед истиной, к добросовестному труду, и что еще важнее, к добросовестному принятию последствий такими, какими они выйдут, как изучение приро­ды...».

1        Характеристика сезонных явлений в природе

На большей части территории нашей планеты происходит изменение времен года – весна, лето, осень, зима. Растительные организмы чувствуют изменения внешней среды и это приводит к их собственным периодическим изменениям, что помогают приспособиться к тем или иным условиям обитания.

Сезонными изменениями в природе называют периодические явления, повторяющиеся ежегодно в одной и той же последовательности. Сезонные изменения, или – смена времен года, обусловлена годовым обращением Земли вокруг Солнца при изменении наклона земной оси к плоскости орбиты. Яркость и продолжительность ежедневной солнечной радиации в разные сезоны года влияет на температуру воздуха и почвы, на влажность, что, в свою очередь, влечет за собой изменения в жизни растений и животных.

Положение Земли на ее орбите определяет наступление астрономических времен года. Выделяют четыре сезона: весна, лето, осень и зима. В зависимости от сезона у деревьев, кустов и трав изменяется внешний вид, процессы роста и развития.

Весной увеличение продолжительности дня для растений является сигналом к ​​распускания листьев, цветение и плодоношение. Изменение продолжительности светового периода суток воспринимают листья. В них образуются вещества, обусловливающие развитие цветочных почек. Весну разделяют на три периода:

1 - ранняя весна ‒ появление проталин, исчезновение снега на полях, цветение раннецветущих растений ‒ первоцветов, начало сокодвижения;

2 - средняя весна (цветущая) ‒ длится до зацветания черемухи;  

3 - поздняя весна ‒ отцветает сирень, начинает колоситься рожь, отцветают яблони.

Астрономическое начало лета 21-22 июня ‒ день летнего солнцестояния. Наличие большого количества тепла, влаги, света способствуют активному развитию растений. Большинство деревьев, на которых созревают семена, запасают органические вещества.  Большое количество кустов и деревьев цветет. Лето разделяют на три периода:

1 - начало лета ‒ на лугах появляются цветущие травы (васильки, колокольчики, ромашки и т.д.), в лесах расцветает малина, в водоемах ‒ кувшинки, в садах ‒ чубушник. В народе Календарь июня называют разноцветьем. Начинает созревать земляника, появляются летние грибы;

2 - середина лета ‒ начинается с зацветания липы и длится обычно до середины августа. Созревают плоды вишни, черники, малины, смородины, крыжовника, черемухи. На полях заканчивается уборка озимых;

3 - конец лета ‒ продолжается с середины августа до середины сентября, до первых заморозков. Это пора грибов, которая приходится на конец лета и начало осени. В лесу созревают орехи, начинают желтеть листья у липы и опадать листья у березы.

Осень ‒ пора сбора урожая. Осенью у большинства растений, в том числе и многолетних, созревают плоды и семена. Листья многих деревьев и кустов меняют окраску, а затем опадают: происходит ноябрь. Осень разделяют на два периода:

1- первый период ‒ от первых заморозков на почве до конца ноября ‒ золотая осень, когда изменяется окраска листьев и начинается листопад. Ноябрь спасает растение от высыхания, от ломки ветвей, через листья выводятся ненужные растению вещества. В первой половине октября полностью теряют листья черемуха и вяз, затем липа, клен, ясень, орешник, осина ... Во второй половине октября ‒ рябина, калина, ольха, бузина, ива ... Важно знать последовательность созревания семян древесных и кустарниковых растений, чтобы помочь школьникам в организации их сбора.

2 - второй период ‒ с конца ноября до замерзания водоемов ‒ характерен переход осени к зиме. Осенью можно наблюдать некоторые интересные явления, например, повторное цветение растений. Можно увидеть цветущую белую акацию, калину, рябину, цветки на яблоне и груше.

Расцветают и травянистые растения: ромашка, клевер, василек, одуванчик ... Повторное цветение связано с наступлением теплой осени, когда спящие почки идут в рост и начинается новый цикл развития. Используя это явление селекционеры вывели новые сорта различных растений: клубники, роз, которые цветут и плодоносят все лето.

Астрономическое начало зимы 21-22 декабря ‒ день зимнего солнцестояния. В настоящее время на северное полушарие приходится наименьшее количество солнечных лучей.  Растения зимой находятся в состоянии глубокого покоя. Снег, как плохой проводник тепла, защищает растения от переохлаждения. Однолетние растения погибают, оставляя семена, которые способны выдерживать сверхнизкие температуры (-270°C). У многолетних растений погибает наземная часть, а подземная остается (корни, клубни, луковицы). Ствол и ветви деревьев покрыты корой, в которой в течение жизни образуется особая корковая   ткань, которая отмокает и заполняется воздухом, тем самым сохраняет от переохлаждения ствол. Зиму разделяют на три периода:

1 - первый период (бесснежный) ‒ начало зимы ‒ наступает с момента окончательного замерзания водоемов до установления постоянного снежного покрова;

2 - второй период (настоящая зима) продолжается до начала таяния снега на солнце;

3 -  третий период (предвесенний) продолжается до появления первых проталин.

Знание сезонных явлений имеет большое значение для сельского хозяйства, экологии, медицины. С помощью фенологических наблюдений формируется понимание взаимосвязей в природе, представление об изменчивости и целостность природы в целом.

2        Строение побега

Побег (cоrmus) ‒ один из основных вегетативных органов высших растений, состоящий из стебля с расположенными на нём листьями и почками. Воз­ник­но­ве­ние по­бе­гов ‒ круп­ней­ший аро­мор­фоз в ис­то­рии рас­ти­тель­но­го мира на Земле, а бла­го­да­ря плос­кой форме ли­стьев резко воз­рос­ла фо­то­син­те­зи­ру­ю­щая по­верх­ность, а свя­зан­ное с этим уве­ли­че­ние транс­пи­ра­ции спо­соб­ство­ва­ло раз­ви­тию у рас­те­ний на­сто­я­щих кор­ней как со­вер­шен­ных ор­га­нов по­гло­ще­ния воды и ми­не­раль­ных солей.

Побег развивается из почек зародыша либо из пазушной или придаточной (адвентивной) почки. Таким образом, почка является зачаточным побегом. При прорастании семени из зародышевой почки, формируется первый побег растения ‒ его главный побег, или побег первого порядка. Из главного побега формируются боковые побеги, или побеги второго порядка, а при повторении ветвления - третьего порядка и т. д.

Так формируется система побегов, представленная главным побегом и боковыми побегами второго и последующего порядков. Система побегов увеличивает общую площадь соприкосновения растения с воздушной средой.

В зависимости от выполняемой функции различают побеги вегетативные, вегетативно-генеративные и генеративные.

Вегетативные побеги, состоящие из стебля, листьев и почек и вегетативно-генеративные (частично видоизменённые), состоящие дополнительно из цветка или соцветия, выполняют функции воздушного питания и обеспечивают синтез органических и неорганических веществ. В генеративных (полностью видоизменённых) побегах фотосинтез чаще всего не происходит, ведь там образуются спорангии, задача которых сводится к обеспечению размножения растения (к таким побегам относится и цветок).

Вегетативный побег ‒ это единый орган растения, состоящий из стебля, листьев и почек, формирующийся из общего массива меристемы (конуса нарастания побега) и обладающий  единой проводящей системой. Стебли и листья, являющиеся основными структурными элементами побега и рассматриваются как его составные органы, то есть органы второго порядка. Кроме того, обязательная принадлежность побега ‒ почки. Главная   внешняя    черта, отличающая побег от корня ‒ наличие листьев.

Для побега характерно чередование одинаковых частей - метамеров. Листья располагаются на стебле в определённом порядке, в соответствии с типом листорасположения, а участок стебля на уровне отхождения листа называется узлом. Если основание листа полностью окружает стебель, узел называется закрытым, в противном случае ‒ открытым. Промежутки стебля между соседними узлами называют междоузлиями. Каждый повторяемый отрезок побега, который включает в себя узел с находящимся под ним междоузлием, а также расположенные на этом отрезке листья и почки называют метамером. Угол между листом и вышележащим междоузлием называют листовой пазухой, или пазухой листа.

В сезонном климате умеренных широт рост и развитие побегов из почек носит периодический характер. У кустарников и деревьев, а также у большинства многолетних трав это происходит один раз в году ‒ весной  или в начале лета, после чего формируются зимующие почки будущего года, а в конце лета  или осенью рост побегов заканчивается. Побеги, вырастающие из почек за один вегетационный период раз в год, называют годичными.

Однако формирование новых побегов из почек в течение астрономического года может быть и неоднократным. У растений, когда их вегетационный цикл состоит из нескольких периодов роста, разделённых слабо выраженными периодами покоя, нарастающие побеги называются элементарными. Так, два элементарных побега в год нередко образуются у дуба: первый ‒ весной, второй ‒ в середине лета. У цитрусовых, чайного куста, многих тропических деревьев образуется 3-7 элементарных побегов в год. У многих многолетних трав годичные и элементарные побеги чётко не разграничены.

Необыч­ный образ жизни, при­спо­соб­ле­ния к осо­бым усло­ви­ям  су­ще­ство­ва­ния рас­те­ний при­во­дят к раз­лич­ным ви­до­из­ме­не­ни­ям по­бе­гов. При этом по­бе­ги могут слу­жить не толь­ко для хра­не­ния пи­та­тель­ных ве­ществ, вос­про­из­ве­де­ния и раз­мно­же­ния рас­те­ний, но и вы­пол­нять дру­гие функ­ции. Неред­ки слу­чаи, когда ви­до­из­ме­ня­ет­ся не весь побег, а толь­ко его ли­стья, при­чём неко­то­рые их ме­та­мор­фо­зы внешне и функ­ци­о­наль­но схожи с ме­та­мор­фо­за­ми по­бе­га (ко­люч­ки, усики).

Над­зем­ные столоны и усы - ме­та­мор­фоз по­бе­га, слу­жа­щий для ве­ге­та­тив­но­го раз­мно­же­ния, пред­став­ля­ет собой сим­по­дий, со­сто­я­щий из над­зем­ных по­бе­гов ве­ге­та­тив­но­го раз­мно­же­ния воз­рас­та­ю­ще­го по­ряд­ка. Слу­жит для за­хва­та пло­ща­ди и рас­се­ле­ния до­чер­них осо­бей. На­при­мер плеть у мно­го­лет­ни­ка жи­вуч­ки пол­зу­чей (Ajuga reptans), она несёт зе­лё­ные ли­стья, участ­ву­ет в фо­то­син­те­зе, функ­ция раз­мно­же­ния таким об­ра­зом у неё не един­ствен­ная. Но у неко­то­рых рас­те­ний такие по­бе­ги спе­ци­а­ли­зи­ро­ва­ны ис­клю­чи­тель­но для раз­мно­же­ния - они не несут на себе зе­лё­ных ли­стьев, они тонки и непроч­ны, у них очень вы­тя­ну­тые меж­до­уз­лия, после уко­ре­не­ния их вер­ху­шеч­ной почки они быст­ро раз­ру­ша­ют­ся. Как при­мер могут слу­жить усы лес­ной зем­ля­ни­ки (Fragaria vesca).

Ко­люч­ка - силь­но од­ре­вес­не­ва­ю­щий без­лист­ный уко­ро­чен­ный побег с острой вер­хуш­кой. Ко­люч­ки по­бе­го­во­го про­ис­хож­де­ния вы­пол­ня­ют глав­ным об­ра­зом за­щит­ную функ­цию. У дикой яб­ло­ни, дикой груши, кру­ши­ны сла­би­тель­ной (Rhamnus cathartica) в ко­люч­ки пре­вра­ща­ют­ся уко­ро­чен­ные по­бе­ги, име­ю­щие огра­ни­чен­ный рост и окан­чи­ва­ю­щи­е­ся остри­ём. У гле­ди­чии (Gleditschia triacanthos) мощ­ные раз­ветв­лён­ные ко­люч­ки об­ра­зу­ют­ся на ство­лах из спя­щих почек. Мно­гие виды бо­ярыш­ни­ка имеют ко­люч­ки, фор­ми­ру­ю­щи­е­ся из па­зуш­ных почек ли­стьев, что то­по­гра­фи­че­ски со­от­вет­ству­ет бо­ко­вым по­бе­гам.

Усик ‒ жгу­то­вид­ный вет­ви­стый или не раз­ветв­лён­ный побег ме­та­мер­но­го стро­е­ния, в ти­пич­ном слу­чае ли­шён­ный ли­стьев. Стеб­ле­вые усики, как уз­ко­спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ный побег, вы­пол­ня­ют опор­ную функ­цию. Невет­вя­ща­я­ся пря­мая часть усика пред­став­ля­ет собой пер­вое меж­до­уз­лие па­зуш­но­го по­бе­га, а за­кру­чи­ва­ю­ща­я­ся часть со­от­вет­ству­ет листу. Усики ха­рак­тер­ны для рас­те­ний, ко­то­рые не могут са­мо­сто­я­тель­но под­дер­жи­вать вер­ти­каль­ное (ор­то­троп­ное) по­ло­же­ние. У страсто­цве­та го­лу­бо­го (Passiflora edulis) усики ‒ это па­зуш­ные по­бе­ги мо­но­по­дия, на­хо­дя­щи­е­ся в па­зу­хах ли­стьев, как и цвет­ки. Вет­ви­стые усики ви­но­гра­да (Vitis) пред­став­ля­ют собой концы бо­ко­вых по­бе­гов мо­но­ха­зия. У де­ви­чье­го ви­но­гра­да (Parthenocissus) концы уси­ков пре­об­ра­зо­ва­ны в при­кре­пи­тель­ные при­сос­ки. Усики по­бе­го­во­го про­ис­хож­де­ния об­ра­зо­вы­ва­ют­ся также у пред­ста­ви­те­лей се­мей­ства Тык­вен­ные (огу­рец, дыня, арбуз, тыква).

Кочан ‒ сук­ку­лент­ный орган, об­ра­зу­ю­щий­ся у обыч­ной куль­тур­ной ка­пу­сты. При­спо­со­би­тель­ная форма ко­ча­на воз­ник­ла как ви­до­из­ме­не­ние части ро­зет­ки.

Кла­до­дий ‒ ви­до­из­ме­нён­ный бо­ко­вой побег, об­ла­да­ю­щий спо­соб­но­стью к дли­тель­но­му росту, с зе­лё­ны­ми плос­ки­ми длин­ны­ми стеб­ля­ми, вы­пол­ня­ю­щи­ми функ­ции листа. Как орган фо­то­син­те­за, кла­до­дий имеет хо­ро­шо раз­ви­тую  хло­ро­фил­ло­нос­ную ткань, рас­по­ло­жен­ную под эпи­дер­мой. К рас­те­ни­ям с кла­до­ди­я­ми от­но­сят­ся мю­лен­бе­кия плос­ко­цве­точ­ная (Muehlenbeckia platyclada), как­тус-де­каб­рист (Zygocactus truncatus), кар­ми­хе­лия южная (Carmichaelia australis), кол­ле­ция (Colletia cruciata) и опун­ция (Opuntia).

Фил­ло­к­ла­дий ‒ ви­до­из­ме­нён­ный ли­сто­вид­но упло­щён­ный бо­ко­вой побег, об­ла­да­ю­щий огра­ни­чен­ным ро­стом и вы­пол­ня­ю­щим функ­ции листа. Фил­ло­к­ла­дии раз­ви­ва­ют­ся из бо­ко­вых почек, по­это­му все­гда на­хо­дят­ся в па­зу­хе неболь­шо­го плён­ча­то­го или че­шуе­вид­но­го листа. Вы­пол­няя функ­цию фо­то­син­те­за, по­бе­ги фил­ло­к­ла­ди­ев и внешне при­об­ре­та­ют сход­ство с ли­стом, ко­то­рое про­яв­ля­ет­ся в огра­ни­чен­ном росте и пол­ной по­те­ре ме­та­мер­ной струк­ту­ры. Яв­ле­ние фил­ло­к­ла­дии свой­ствен­но таким рас­те­ни­ям, как иг­ли­ца, смела, видам родов спар­жа (Asparagus), фил­лан­тус (Phyllanhtus). Фил­ло­к­ла­дии встре­ча­ют­ся не толь­ко у по­кры­то­се­мен­ных, но и у неко­то­рых го­ло­се­мен­ных, в част­но­сти, у хвой­но­го рас­те­ния из се­мей­ства Но­го­плод­ни­ко­вые  ‒  фил­ло­к­ла­ду­са.

3        Строение листа

Лист, листья ‒ необычайно важная составная часть большинства растений, произрастающих на нашей планете. Являясь частью побега растения, именно листья ответственны за осуществление важного процесса фотосинтеза и транспирации (движение воды через растение,  ее испарение). Листья обладают высокой пластичностью, имеют самые разнообразные формы и приспособительные возможности. В результате приспособления к различным условиям существования листья, видоизменяясь, могут служить следующим целям:

·         накопления питательных веществ (лук, капуста), воды (алоэ);

·         защиты от поедания животными (колючки кактуса и барбариса);

·         вегетативного размножения (бегония, фиалка);

·         улавливания и переваривания насекомых (росянка, венерина мухоловка);

·         движения и укрепления слабого стебля (усики гороха, вики);

·         удаления продуктов обмена веществ во время листопада (у деревьев и кустарников).

Листья у большинства растений зеленые, чаще всего ‒ плоские, обычно двустороннесимметричные. Размеры от нескольких миллиметров (ряска) до 10-15м (у пальм).

Лист формируется из клеток образовательной ткани конуса нарастания стебля. Зачаток листа дифференцируется на:

·         листовую пластинку;

·         черешок, с помощью которого лист прикрепляется к стеблю;

·         прилистники   (рисунок 3.1.)

Рисунок 3.1. ‒ Строение листа

У некоторых растений черешков нет, такие листья в отличие от черешковых называются сидячими. Прилистники также бывают не у всех растений. Они представляют собой различных размеров парные придатки у основания черешка листа. Форма их разнообразна (пленки, чешуйки, маленькие листочки, колючки), функция - защитная.

Простые и сложные листья различают по числу листовых пластинок. Простой лист имеет одну пластинку и отпадает целиком. У сложного на черешке располагается несколько пластинок. Они прикрепляются к главному черешку своими маленькими черешками и называются листочками. При отмирании сложного листа сначала отпадают листочки, а затем ‒ главный черешок.

Листовые пластинки разнообразны по форме: линейные (злаки), овальные (акации), ланцетовидные (ива), яйцевидные (груша), стреловидные (стрелолист).

Листовые пластинки в разных направлениях пронизаны жилками, которые представляют собой сосудисто-волокнистые пучки и придают листу прочность. У листьев двудольных растений чаще всего сетчатое или перистое жилкование, а у листьев однодольных ‒ параллельное или дуговое.

Края листовой пластинки могут быть сплошными, такой лист называется цельнокрайним (сирень) или с выемками. В зависимости от формы выемки, по краю листовой пластинки различают листья зубчатые, пильчатые, городчатые и др. У зубчатых листьев зубцы имеют более или менее равные стороны (бук, лещина), у пильчатых ‒ одна сторона зубца длиннее другой (груша), городчатые ‒ имеют острые выемки и тупые выпуклости (шалфей, будра). Все эти листья называются цельными, так как выемки у них неглубокие, не достигают ширины пластинки.

При наличии более глубоких выемок листья бывают лопастные, когда глубина выемки равна половине ширины пластинки (дуб), раздельные ‒ более половины (мак). У рассеченных листьев выемки доходят до средней жилки или до основания листа (репейник).

Существует три основных типа листорасположения:

·         очередное или спиральное;

·         супротивное;

·         мутовчатое.

При очередном расположении одиночные листья прикрепляются к стеблевым узлам по спирали (яблоня, фикус). При супротивном ‒ два листа в узле располагаются один против другого (сирень, клен). Мутовчатое листорасположение ‒ три и более листа в узле охватывают стебель кольцом (элодея, олеандр).

Любое листорасположение позволяет растениям улавливать максимальное количество света, так как листья образуют листовую мозаику и не затеняют друг друга.

Лист, как и все другие органы растения, имеет клеточное строение. Верхняя и нижняя поверхности листовой пластинки покрыты кожицей. Живые бесцветные клетки кожицы содержат цитоплазму и ядро, располагаются одним сплошным слоем. Наружные оболочки их утолщены.

В кожице находятся устьица ‒ это щели, образованные двумя замыкающими, или, устьичными клетками. Замыкающие клетки имеют полулунную форму и содержат цитоплазму, ядро, хлоропласты и центральную вакуоль. Оболочки этих клеток утолщены неравномерно: внутренняя, обращенная к щели, толще, чем противоположная.

Рисунок 3.2. ‒ Устьичная щель листа

Изменение тургора замыкающих клеток меняет их форму, благодаря чему устьичная   щель бывает открыта (рисунок 3.2), сужена или полностью закрыта в зависимости от условий окружающей среды. Так, днем устьица открыты, а ночью и в жаркую сухую погоду - закрыты. Роль устьиц заключается в регуляции испарения воды растением и газообмена с окружающей средой.

Устьица располагаются обычно на нижней поверхности листа, но бывают и на верхней, иногда они распределены более или менее равномерно по обе стороны (кукуруза); у водных плавающих растений устьица расположены только на верхней стороне листа. Число устьиц на единице площади листа зависит от вида растений, условий роста. В среднем их 100-300 на 1мм² поверхности, но может быть и значительно больше.

Между верхней и нижней кожицей листовой пластинки располагается мякоть листа или мезофил (рисунок 3.3).  Под верхним слоем находится один или несколько слоев крупных прямоугольных клеток, которые имеют многочисленные хлоропласты. Это столбчатая, или палисадная, паренхима ‒ основная ассимиляционная ткань, в которой осуществляются процессы фотосинтеза.

Под палисадной паренхимой находится несколько слоев клеток неправильной формы с большими межклетниками. Эти слои клеток образуют губчатую, или рыхлую, паренхиму. В клетках губчатой паренхимы содержится меньше хлоропластов. Они выполняют функции транспирации, газообмена и запасания питательных веществ.

Мякоть листа пронизана густой сетью жилок, сосудисто-волокнистых пучков, осуществляющих снабжение листа водой и растворенными в ней веществами, а также отведение из листа ассимилянтов. Кроме того, жилки выполняют механическую роль. По мере отхода жилок от основания листа и приближения их к вершине, они утончаются за счет ветвления и постепенного выпадения механических элементов, затем ситовидных трубок, наконец, трахеид. Мельчайшие разветвления у самого края листа обычно состоят только из трахеид.

Рисунок 3.3. ‒ Схема строения листа растения

Микроскопическое строение листовой пластинки существенно меняется даже в рамках одной систематической группы растений, в зависимости от разных условий произрастания, прежде всего, от условий освещения и водоснабжения. У растений затененных мест часто отсутствует палисадная перенхима. Клетки ассимиляционной ткани имеют более крупные палисады, концентрация хлорофилла в них выше, чем у светолюбивых растений.

В хлоропластах клеток мякоти на свету происходит процесс фотосинтеза. Сущность его заключается в том, что зеленые растения поглощают солнечную энергию и из углекислого газа и воды создают сложные органические вещества. В атмосферу при этом выделяется свободный кислород.

Созданные зелеными растениями органические вещества являются пищей не только для самих растений, но и для животных и человека. Таким образом, жизнь на земле зависит от зеленых растений. Весь кислород, содержащийся в атмосфере, имеет фотосинтетическое происхождение, он накапливается за счет жизнедеятельности зеленых растений и его количественное содержание благодаря фотосинтезу поддерживается постоянным (около 21%).

Кроме фотосинтеза и газообмена в листьях происходит процесс транспирации ‒ испарения воды листьями. Основную роль в испарении выполняют устьица, частично в этом процессе принимает участие и вся поверхность листа. В связи с этим различают устьичную транспирацию и кутикулярную ‒ через поверхность кутикулы, покрывающей эпидермис листа. Кутикулярная транспирация значительно меньше устьичной: у старых листьев 5-10% общей транспирации, однако у молодых листьев, имеющих тонкую кутикулу, может достигать 40-70%.

На построение своего тела растение использует в среднем 0,2% пропускаемой воды, остальная расходуется на терморегуляцию и транспорт минеральных веществ.

Транспирация создает сосущую силу в клетке листа и корня, поддерживая тем самым постоянное передвижение воды по растению. В связи с этим листья получили название верхнего водяного насоса в отличие от корневой системы ‒ нижнего водяного насоса, который нагнетает воду в растение.

Испарение защищает листья от перегревания, что имеет большое значение для всех процессов жизнедеятельности растения, особенно ‒ фотосинтеза.

Растения засушливых мест, а также в сухую погоду, испаряют больше воды, чем в условиях повышенной влажности. Регулируется испарение воды кроме устьиц защитными образованиями на кожице листа. Эти образования: кутикула, восковой налет, опушение из различных волосков и др. У растений-суккулентов лист превращается в колючки (кактусы), а его функции выполняет стебель. Растения влажных мест обитания имеют крупные листовые пластинки, на кожице нет защитных образований.

При затрудненном испарении у растений наблюдается гуттация - выделение воды через устьица в жидком состоянии. Это явление происходит в природе обычно утром, когда воздух приближается к насыщению водяными парами, или перед дождем. В условиях лаборатории гуттацию можно наблюдать, накрыв молодые проростки пшеницы стеклянными колпаками. Через короткий срок на кончиках их листьев появляются капельки жидкости.

4        Физиологические   особенности   листопада

Деревья, произрастающие в умеренном климате, в процессе жизнедеятельности подчиняются смене годовых сезонов. Каждая осень знаменуется красивым и вдохновляющим явлением ‒ листопадом. Опадание листьев ‒ это сложный и многоэтапный процесс, предусмотренный эволюцией для приспособления растений к зимнему холоду.

Листопад ‒ это явление природы, при котором наблюдается отделение листвы от ветвей древесных и кустарниковых видов, вызванное сезонными климатическими изменениями (осенним похолоданием, летними засухами), особенностями развития растения, поражением вредителями или инфекцией, воздействием химикатов, снижением питательности грунта.

Явление характерно для всех растений, даже для тех, что произрастают в тропических областях и называются вечнозелеными. У вечнозеленых видов листья опадают поочередно, сразу заменяются новыми, поэтому процесс визуально незаметен. Листопадные виды теряют листву разом в определенный сезон. В тропиках растения остаются без зеленого покрова всего несколько суток или не остаются вообще, а в умеренных широтах деревья стоят голыми 7-9 месяцев.

Листопаду предшествует старение листа: снижается интенсивность жизненных процессов, протекающих в его клетках (фотосинтеза, дыхания), уменьшается содержание рибонуклеиновой кислоты, азотных и калийных соединений. Гидролиз преобладает над синтезом веществ; в клетках накапливаются конечные продукты распада (например, кристаллы оксалата кальция). Наиболее ценные минеральные и пластические соединения уходят из листьев. Их отток обычно совпадает или с формированием и ростом новых органов, или с отложением запасных веществ в уже готовые запасающие ткани. В опытах удавалось продлить жизнь листьев, удаляя почки или другие образования на растении, куда могут поступать пластические и минеральные вещества из листьев. Переброска веществ к местам их повторного использования рассматривается как одна из причин старения и опадения листьев.

Визуальный признак наступающего листопада ‒ изменение окраски листовой пластины. В теплый сезон листья зеленые, потому что растительные клетки содержат пигмент хлорофилл, необходимый для фотосинтеза. Также в клетках присутствуют красный (каротин) и желтый (ксантофилл) пигменты. Но они маскируются под преобладающим хлорофиллом.

Когда световой день начинает убывать, а листовой черешок перекрывается пробковой перегородкой, синтез зеленого пигмента сокращается, а ближе к зиме прекращается. Растительные клетки лишаются хлорофилла, в результате проявляются желтый и красный пигменты. У некоторых растений (например, у винограда, бересклета, декоративных видов кленов) листья обретают необычный бордовый, почти фиолетовый цвет. Такая окраска обусловлена присутствием в клетках пигмента антоциана.

Помимо биохимических превращений, происходящих в листьях перед их опадением, наблюдаются и анатомические изменения в основании листа. Перпендикулярно продольной оси черешка близ стебля закладываются клетки отделительного слоя. Межклетное вещество, соединяющее эти клетки, ослизняется, и клетки отделяются друг от друга. На месте отделения листа со стороны стебля к этому времени формируются слои клеток, оболочки которых опробковевают.  Слой пробки, что образовался, защищает внутренние ткани стебля на том месте, откуда отделился лист.        
После образования отделительного слоя и нарушения связи между клетками лист еще некоторое время продолжает оставаться на дереве благодаря проводящим пучкам, связывающим лист со стеблем. Но наступает момент нарушения и этой связи, и листья опадают.

Листопад у хвойных растений не происходит. Голосеменные виды (ели, сосны, пихты и прочие) в сбрасывании зеленого покрова на зиму не нуждаются, так как хвою покрывает толстым слоем защитное воскоподобное вещество, а в клетках присутствуют соединения, обеспечивающие невосприимчивость к морозу. Поэтому хвойные растения легко переживают суровые зимы умеренного и субарктического пояса. Но хвоя не вечна. Она живет несколько лет, затем опадает вследствие естественных процессов старения. Единственный голосеменной вид, сбрасывающий зеленый покров при сезонных изменениях ‒ это лиственница.

Кроме хвойных деревьев, вечнозелеными в умеренном климате считаются некоторые виды низких кустарников: вереск, брусничник, копытник. Зимой кустарники покрываются снегом и замедляют испарение воды, поэтому не испытывают дефицита влаги.

Если листья опадают из-за воздействия негативных факторов, то растение чахнет и нередко погибает. А листопад, обусловленный сезонными погодными изменениями, значим в жизни растений. Сбросив на зиму листья, деревья и кустарники не испытывают недостатка влаги в замерзшей земле, избавляются от токсичных веществ, накопившихся в зеленой части за вегетационный период, не прогибаются под тяжестью снега.

Опавшие листья покрывают землю плотным ковром. И они не пропадают зря, а полезны для леса. Листва, скопившись на земле, постепенно гниет. В результате гниения высвобождаются питательные вещества, накопившиеся в листьях в течение вегетационного периода. Листовая масса перерабатывается обитающими в почве микроорганизмами, питательные вещества насыщают почву. Образуется перегной ‒ естественное удобрение для растений, богатое водорастворимыми минеральными элементами.

В природе все предусмотрено, нет ни единого ненужного процесса. Листопад помогает деревьям приспособиться к неблагоприятным климатическим условиям. А опавшая листва повышает плодородие почвы.

Биологическое значение листопада - повышение плодородности почвы, снижение ее восприимчивости к морозам и эрозионным процессам.

ВЫВОДЫ

Сезонные явления в жизни растений связаны со сменой времен года. Главной причиной таких изменений в природе является солнечное тепло. Неравномерное распределение тепла от полюса к экватору, короткое лето и длинная зима в полярных странах и почти полное отсутствие различия между летом и зимой около экватора отражаются на жизни растений. Бедная растительность тундры и пышная вечнозеленая растительность в тропиках, а между ними зоны с постоянными переходами от весны к лету, осени к зиме определяют сезонные явления в мире растений.

Несомненно, тепло является основной причиной этих изменений, но в известной мере на сезонных явлениях сказывается и изменение количества влаги в почве и воздухе. Уменьшение количества влаги в степных и пустынных районах вызывает и летом замирание жизнедеятельности многих растений (листопад в засушливый период года).

Фактором, влияющим на ход сезонных явлений, является также и свет. Продолжительность дня, то есть периода освещения растительности, резко сказывается на всем процессе развития растений. Растительные организмы испытывают на себе постоянное воздействие изменяющейся среды, что и способствует выработке самых разнообразных приспособлений к условиям жизни.

Чтобы образовывать питательные вещества и расти, зеленые растения нуждаются в солнечном свете и воде. Больше всего они растут весной и летом или во влажный период. Они по-разному переносят зиму или сухое время года. У многих растений есть так называемый период отдыха. Многие из них накапливают питательные вещества в утолщенных частях, находящихся под землей. Их надземная часть умирает, растение отдыхает до весны.

Листопад принадлежит к числу наиболее характерных явлений осенней природы. Он ярче всего выражает сезонную периодичность в развитии растительного мира наших широт.

СПИСОК  ИСТОЧНИКОВ  ИНФОРМАЦИИ

1.     Андреева И.И., Родман Л.С. Ботаника: учеб для с/вузов. – М.: Колос, 2005. – 528 с.

2.     Атабекова А.И., Устинова Е.И. Цитология растений. - М.: Колос, 2007. – 246 с.

3.     Барабанов Е. И., Зайчикова С. Г. Ботаника: учеб.для студ. вузов. ‒ М.: Издательский центр «Академия», 2006. ‒ 460 с. 

4.     Ботаника. Учебник для вузов: в 4 т. Т. 1. Клеточная биология. Анатомия. Морфология. На основе учебника Э. Страсбургера / Под ред. А. К. Тимонина, В. В. Чуба. ‒ М.: Издательский центра «Академия», 2007. ‒ Т. 1. 366 с.

5.     Ботаника с основами фитоценологии: Анатомия и морфология растений: Учеб. для вузов / Серебрякова Т. И. и др. ‒ М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. ‒ 567 с.

6.     Блукет Н.А., Емцев В.Т. Ботаника с основами физиологии растений и микробиологии. – М. Колос, 2004. – 560 с.

7.     Ботаническая география с основами экологии растений / Хржановский В.Г., Викторов П.В., Литвак П.В. и др. – М.: Колос, 2004. – 239 с.

8.     Викторов Д.П. Краткий словарь ботанических терминов. - М.-Л.: Наука, 1964. – 177 с.

9.     Герд А. Я. Избранные педагогические труды. – М., 1953. ‒360 с.

10. Герцен А.И. Собрание сочинений. Т.3. – М., 1972. ‒236 с.

11. Гирусов Э. В. Экологическое сознание как условие оптимизации взаимо­действия общества и природы. //Философские проблемы глобальной экологии. – М.,1983.‒ 280 с.

12. Горышина Т.К. Экология растений. – М.: Высш. шк., 2004. ‒ 368 с.      

13. Жуковский П.М. Ботаника. – М.: Колос, 2002. – 623 с.

14. Коровкин О. А. Анатомия и морфология высших растений: словарь терминов. ‒ М.: Дрофа, 2007. ‒ 272 с.

15. Культиасов И.М. Экология растений. – М.: МГУ, 2007. – 380 с.

16. Лотова Л.И. Морфология и анатомия высших растений. - М.: КомКнига, 2007. - 510 с.

17. Работнов Т.А. Фитоценология. - М.: МГУ, 2003. - 292 с.

18. Суворов В.В., Воронов И.Н. Ботаника с основами геоботаники. – Л.: Колос, 1979. – 560 с.

19. Тихомиров Ф.К. Ботаника. – М.: Высш. шк., 2008. – 439 с.

20. Тутаюк В.Х. Анатомия и морфология растений. – М.: Высш. шк., 2006. – 317 с.