Особенности водной среды жизни и адаптации к ней гидробионтов

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Ярославский государственный педагогический

Университет им. К.Д. Ушинского»

Естественно-географический факультет

Кафедра биологии и методики преподавания биологии

Направление подготовки: 44.03.01 Педагогическое образование

Профиль подготовки: Биологическое образование

Форма обучения: заочная Курс: V Группа 36123

Тетрадь по дисциплине

«Общая экология»

Выполнила Сыроватская А.А.

БИ161646

Ярославль-2020

Тема 1. ФАКТОРЫ СРЕДЫ. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
ИХ ДЕЙСТВИЯ НА ОРГАНИЗМЫ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Что называется экологическим фактором?

2. Как классифицируют экологические факторы? Приведите в качестве примеров классификации А.С. Мончадского, И.Н. Понамаревой, В.А. Радкевича, Г. Вальтера.

3. Что называется экологическим оптимумом, минимумом, максимумом?

4. Приведите примеры экологически пластичных и непластичных видов. Чем стенобионты отличаются от эврибионтов? Что такое экологическая валентность?

5. Как изменяется толерантность организмов и положение оптимума в их онтогенезе и по сезонам года?

6. Как формулируется закон минимума? Кто и когда его открыл?

7. Сформулируйте закон толерантности. Кто и когда его открыл?

8. Что такое «пороговый эффект»?

9. Воздействие экологических факторов на живые организмы: факторы как раздражители, ограничители, модификаторы, сигналы. Приведите примеры.

10. Какие экологические факторы называются лимитирующими? В чем их значение? Принцип лимитирующих (ограничивающих) факторов Блэкмана (1909).

11. Как, воздействуя на лимитирующие факторы, можно управлять агроэкосистемами? Приведите примеры.

12. Как влияет взаимодействие факторов на пределы толерантности организмов?

13. В чем проявляется «эффект замещения» при комплексном воздействии факторов на организм?

14. Какие еще закономерности действия экологических факторов, кроме законов минимума и толерантности, вы знаете?

15. Понятия «природные ресурсы», «условия существования», «экологические факторы».

ЗАДАНИЯ:

1.1. Нарисуйте схему классификации экологических факторов (по В.А. Радкевичу, 1997).

1.2. Приведите примеры из книги Р. Дажо «Основы экологии» (1975):

ФАКТОРЫ

Зависящие от плотности популяции	Не зависящие от плотности популяции
Тонические (изменение среды)	Химические
Трофические (пищевые цепи)	физические
Форические (транспорт организмов другими организмами)
Фабрические (по месту жительства организмов)

1.3. Приведите примеры влияния абиотических факторов на организм:

прямое (непосредственно) – это, когда	Температура действует на организм
Животного и растения определяет их тепловой баланс.
косвенное (опосредованное) – это, когда		Температура обеспечивает условия
для развития растений . А растения являются кормом животных, следовательно температура может косвенно влиять на жизнедеятельность животных.

1.4. Заполните таблицу:

Таблица 1. Изменение экологических факторов во времени (классификация по А.С. Мончадскому)

Факторы среды	Регулярность	Примеры
Первичные, зависящие от вращения Земли	постоянно	Листопад, перелет птиц в теплые края
Вторичные периодические	Периодические, сезонные	Содержание кислорода в водной среде, колебания уровня воды
Непериодические	Случайные, внезапные	Все антропические факторы, влияние грозы на окружающую среду.

1.5. Закончите предложение:

Экологические факторы среды могут оказывать на живые организмы воздействия разного рода:

1) как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; (понижение температуры воздуха или воды приводит к замедлению обмена веществ у холоднокровных организмов)

2) как ограничители, обусловливающие невозможность существования организмов в определенных условиях; (недостаток влаги ограничивает распространение растений и животных в пустыне);

3) как модификаторы, вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов (циста -временная форма существования бактерий в неблагоприятных условиях окружающей среды)

4) как сигналы, свидетельствующие о изменении других факторов среды (понижение светового дня приводит к листопаду, сигнал для отлета перелетных птиц)
Приведите примеры воздействия каждого вида.

1.6. Нарисуйте схему теоретической зависимости жизнедеятельности организма от количественного значения фактора в общем виде. Обозначьте на рисунке зоны оптимума, пессимума, экологические минимум и максимум действия фактора для организмов, экологическую валентность (пределы выносливости) вида по отношению к конкретному фактору среды. Используйте обозначения: ось ОХ – интенсивность фактора, ось ОУ – интенсивность жизнедеятельности.

1.7. На рисунке приведена экологическая пластичность некоторых рыб. Обозначьте, какие из них являются стенобионтами, какие эврибионтами. Объясните положение оптимумов, максимумов и минимумов для каждой группы организмов.

Рис.1. Экологическая пластичность некоторых рыб Карась и Камбала стенобионты (малопластичны)

Колюшка эврибионт (высокая пластичность)

1.8. У некоторых видов деревьев экземпляры, растущие вблизи уличных фонарей, осенью вступают в стадию покоя позднее, чем другие деревья того же вида. Чем можно объяснить это явление?

Наступление стадии покоя у деревьев – это явление сезонного фотопериодизма. Фонари являются дополнительным источником света, из-за этого растения вступают в стадию покоя позднее.

1.9. Растения, получающие слишком много удобрений, особенно удобрений, богатых азотом, часто очень плохо цветут или совсем не зацветают и не запасают питательных веществ. Вместо этого у них начинается усиленный вегетативный рост. Дает ли это растению какое-либо адаптивное преимущество?

Да преимущество есть, вегетативный рост будет способствовать бесполому размножению, которое может осуществляться и в неблагоприятных условиях окружающей среды. Потомство будет получаться идентичное родительскому. Также при бесполом размножении есть адаптация.

1.10. Все организмы, испытывая действие экологических факторов, приспосабливаются к изменяющимся условиям и поддерживают известное динамическое равновесие, или гомеостаз. Следует различать два понятия: «адаптация» и «акклимация» (не путайте, пожалуйста, акклимацию с акклиматизацией).

Адаптация –	Приспособление организмов к окружающей среде

Акклимация –		Выработка адаптаций в лабораторных условиях .

1.11. Особым вниманием биологов пользуются явления взаимного влияния веществ на биологическую эффективность друг друга без предварительного взаимодействия. Классическими являются исследования по комбинированному действию двух ионов. Полагают, что в биологическом действии солей главная роль принадлежит катиону. Влияние аниона на активность целого растворимого соединения незначительно. Объясните, почему в своих ранних работах на фундулюсах Ж. Леб установил, что яйца этих рыб, погибали в растворах чистых солей (NaCl, Ca(NO₃)₂ и др.), в то время как их смесь оказывала лишь слабый эффект.

В одном литре морской воды растворено около 35 граммов соли, в основном поваренной. Однако в крови и тканевой жидкости большинства морских рыб концентрация солей намного ниже. Происходит взаимное влияние. Создается сильное осмотическое давление ( то есть давление, возникающее между растворами разной концентрации при их соприкосновении). Оно «отсасывает» воду из организма рыбы. И хотя ее покровы препятствуют оттоку жидкости, некоторое количество воды все же теряется через жабры, слизь, экскременты. Восполняя этот убыток рыбы пьют морскую воду и внутри организма «опресняют» ее, выводя лишние соли – частично через кишечник, но в основном через жабры. За это отвечают клетки Кейс-Вильмера, в мембранах которых расположены специальные белки, выносящие ионы солей во внешнюю среду.

Тема 2. ВАЖНЕЙШИЕ АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ
И АДАПТАЦИИ К НИМ ОРГАНИЗМОВ

Свет

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Дайте общую характеристику свету как экологическому фактору. Рассмотрите состав солнечной энергии, проникающей в атмосферу Земли и понятия: «количество света», «сила света», «альбедо».

2. Видимые лучи и их значение в жизни органического мира.

3. Дайте характеристику экологических групп растений по отношению к свету и их адаптивных особенностей.

4. Явление хроматической адаптации у водорослей. В чем оно заключается?

5. Световой режим растений и урожайность.

6. Организмы «короткого» и «длинного» дня.

7. Значение света для ориентации животных. Явление биолюминесценции.

ЗАДАНИЯ

2.1.1. Наиболее сильно влияние света сказывается на форме и анатомической структуре листьев.

Рис.2. Поперечный срез листьев Quercus robur (A) и Oxalis acetosella (Б)

Обозначьте на рисунке лист сциофита (скиофита, или тенелюба) и гелиофита (светолюба). Перечислите анатомические особенности этих групп растений.

А- гелиофит ( укороченные междоузлия, большое количество устьиц на единицу площади; толстая наружная стенка эпидермы, мелкие хлоропласты с хорошо развитой гранольной структурой)

Б – сциофит (хорошо выраженная листовая мозаика, тонкие наружные стенки, тонкая кутикула, крупные хлоропласты в малом количестве).

2.1.2. Как меняется степень полисадности клеток столбчатого мезофилла от сциоморфных листьев к гелиоморфным?

Увеличивается до 10 слоев

2.1.3. Каково функциональное значение многослойной эпидермы листьев фикуса (рисунок его в предыдущем задании)?

Водозапасающая, покровная ткань, функция защиты

2.1.4. Поглощение световой энергии у растений обеспечивается разными пигментами. В зависимости от того, какие из них представлены, растения имеют тот или иной максимум поглощения. Зеленые пигменты (хлорофиллы а, в, с, d) обеспечивают максимум поглощения в красной и сине-фиолетовой части спектра ФАР, каротиноиды поглощают часть сине-фиолетовых лучей, а фикоцианы обеспечивают поглощение в желтой и зеленой частях спектра. В процессе фотосинтеза зеленые, бурые, диатомовые водоросли преимущественно используют красные и в меньшей степени синие лучи спектра, а красные и синезеленые водоросли, наоборот, – синие и в меньшей степени красные лучи. Вода очень быстро поглощает красное излучение, поэтому на больших глубинах царит слабое зеленоватое или голубоватое освещение.

Напишите, какие из водорослей (зеленые, бурые, красные) будут обитать в поверхностных водах, а какие на больших глубинах и почему.

Зеленые водоросли будут обитать в поверхностных водах. Так как они содержат пигмент хлорофилл, который для фотосинтеза может использовать только красные лучи. А они не проникают на большую глубину. Бурые водоросли живут также на поверхности )содержат хлорофилл), но могут проникать на глубину до 200 м. (содержат фукостатин) Красные водоросли содержат пигмент фикоэритрин, который способен поглощать зеленые и синие лучи. Они проникают на большую глубину, следовательно данные водоросли могут жить на больших глубинах.

2.1.5. Укажите на рисунке, какая кривая принадлежит С₃-, а какая С₄-растениям.

С₃

С₄

Рис.3. Типовые кривые, отражающие зависимость интенсивности
фотосинтеза С₃- и С₄-растений от интенсивности падающего света

2.1.6. Укажите на рисунке, какие виды принадлежат С₃-, а какие С₄-растениям.

Рис.4. Зависимость скорости фотосинтеза у различных растений
от интенсивности падающей радиации

С3: Пшеница, Бук, Тенелюбивые травы, мхи, планктонные водоросли, светолюбивые травы

С4: Сорго, Кукуруза

2.1.7. Заполните таблицу:

Таблица 2. Растения с фотосинтетическими системами С₃-, С₄- и САМ-типов

Тип фотосистемы	Примеры растений	Особенности фотосистемы
С₃	Пшеница, ячмень, рис, картофель, сах.свекла	Третий этап фотосинтеза протекает с участием цикла Кальвина
С₄	Сахарный тростник, кукуруза, сорго, просо.	Третий этап фотосинтеза протекает с присоединением углекислого газа не к рибулозодифосфату (как у С3-растений), а к трехуглеродному соединению — фосфоенолпировиноградной кислоте, что приводит к образованию четырехуглеродного (С4) соединения — щавелево-уксусной кислоты.
САМ	Ананас, толстянка, каланхое, хоия.	У этих растений устьица открываются ночью (что уменьшает потери воды растениями) и СО2, поступающий из атмосферы и освобождающийся в процессе дыхания, при участии ФЕП-кар-боксилазы взаимодействует с ФЕП, образуя ЩУК. Последняя восстанавливается до малата, который накапливается в вакуолях клеток листа. Это приводит к подкислению клеточного сока в ночное время. Днем при закрытых устьицах малат транспортируется в цитоплазму и там декарбоксилируется с образованием СО2, который включается в цикл Кальвина, участвуя в синтезе сахаров

2.1.8. Интенсивность освещения влияет на активность животных, определяя среди них виды, ведущие сумеречный, ночной и дневной образ жизни. Приведите примеры этих животных.

Дневные:		зайцы, лоси, лисы, кабаны, полевки, медведи т.д. Большинство птиц: сойка, журавль, трясогузка, дятел
Ночные:	волки, ежи, лемуры, фенеки, летучие мыши, филины
Сумеречные:			мокроносые приматы, красные панды, , ситатунги, капибары, шиншиллы, домовые мыши, скунсы, вомбаты, опоссумы, сумчатые летяги, тенреки, пятнистые гиены и африканские дикие собаки.

2.1.9. Закономерное изменение положения Земли по отношению к Солнцу обусловливает разную продолжительность освещенности земной поверхности в различных географических зонах. Это повлекло за собой появление приспособленности к жизни в условиях продолжительного и короткого освещения. Приведите примеры длиннодневных и короткодневных организмов:

Длиннодневные:	морковь, сельдерей, свекла, лук, редис, капуста, картофель, салат, шпинат, редька, петрушка, укроп, репа, пастернак, брюква и др.; из злаковых: пшеница, рожь, ячмень, овес

Короткодневные:	фасоль, перец, баклажаны, помидоры, огурцы, тыква, дыня, кукуруза, кабачки, подсолнечник, базилик; из зерновых: просо, хлопчатник, суданская трава, могара, кунжут, соя

2.1.10. Свечение живого организма получило название биолюминесценции. Светящиеся виды есть почти во всех классах водных животных от простейших до рыб, а также среди бактерий, низших растений и грибов. В жизни животных биолюминесценция имеет в основном сигнальное значении. Напишите, для чего могут служить световые сигналы у животных.

Защитная функция, привлечение добычи, освещение пути, привлечение особей противоположного пола для размножения.

Температура

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Тепловой режим. Температурный диапазон активной жизни на Земле. Эктотермия, эндотермия, гетеротермия.

2. Температурные адаптации растений (нехолодостойкие, неморозостойкие, льдоустойчивые; нежаростойкие, жаровыносливые, жароустойчивые виды).

3. Чем обусловлена устойчивость растений к действию низких и высоких температур?

4. Основные пути температурных адаптаций у животных: химическая терморегуляция, физическая терморегуляция, поведение организмов. Правило К. Бергмана и правило Д. Аллена.

5. Эволюционные изменения жизненных циклов как путь избегания неблагоприятных воздействий. Эфемеры и эфемероиды, в том числе и в Ярославской области.

ЗАДАНИЯ

2.2.1. Заполните таблицу:

Таблица 3. Температурный диапазон активной жизни на Земле, ⁰С

Среда жизни	Максимум	Минимум	Амплитуда
Суша	55	-70	125
Моря	35.6	-3.3	38.9
Пресные воды	94	0	93

2.2.2. Величину теплопродукции можно оценивать по количеству потребляемого кислорода. Исходя из данных таблицы, объясните закономерность изменения величины теплопродукции в зависимости от массы тела.

Таблица 4. Потребление кислорода животных разной величины (по Н.П. Наумову, 1963)

Животные	Масса, г	Температура среды (в опыте), ⁰С	Потребление кислорода на 1 кг массы, см³/ч
Лошадь	400000	–	220
Баран	50000	–	284
Кролик	3000	29	478
Крыса	115,5	29	1800
Мышь	12,9	29	4130

Величина теплопродукции тесно связана с теплоотдачей, а теплоотдача находится в прямой зависимости от размеров животного: чем оно мельче, тем больше относительная поверхность его тела и теплоотдача, тем больше потребление кислорода организмом.

2.2.3. Объясните, почему в природе в суровые зимы нередко приходится находить трупы изголодавшихся и замерших мелких птиц.

Для химической терморегуляции нужно повышение интенсивности обмена веществ, а для этого нужен большой приток энергии извне путем усиленного питания. Если в суровую зимнюю стужу животное не сможет добыть за короткий день достаточное количество пищи, то возникнет огромная диспропорция между тратой энергии и ее восполнением. Первоначально какое-то время недостаток пищи может компенсироваться за счет жировых отложений. Вскоре эти внутренние запасы будут израсходованы, и совершенно истощенное животное погибает.

2.2.4. На рисунке изображена нога птицы. Объясните, что такое «чудесная сеть» и как она функционирует.

Артерия

Вена

Рис.5. Кожная температура ноги у чайки. Справа – система кровеносных сосудов. Сплошными стрелками показано направление тока крови, пунктиром – перенос тепла Чудесная сеть – сосудистая сеть, образующаяся в результате одновременного разделения исходного кровеносного сосуда

на капилляроподобные ветви, которые затем собираются в общий ствол.

Функциональное значение — замедление кровотока на определённых участках кровеносной системы.

2.2.5.

Императорский 65^○ южной широты

Связь размеров и пропорций тела животных с климатическими условиями обитания была подмечена еще в 1847 году Карлом Бергманом.

Галопогосский 1^○ южной широты

Магеллана 50^○ южной широты

Рис.6. Пингвины

Согласно правилу, у животных одного вида или близких видов размеры тела определяются температурными условиями среды. Сформулируйте правило Бергмана и объясните, как размеры и пропорции тела связаны с климатом.

Правило Бергмана :если двое близких вида теплокровных животных отличаются размерами, то более крупный обитает в более холодном климате, а более мелкий – в теплом климате. Общая теплопродукция зависит от объема тела, а скорость теплоотдачи -от площади его поверхности. При увеличении размеров организмов объем тела растет быстрее, чем его поверхность.

2.2.6. Правило Бергмана обычно выполняется лишь в определенном диапазоне широт: до некоторой широты (часто у границ тайги и тундры) размеры гомойотермных животных растут, а дальше к северу вновь уменьшаются. Есть примеры, прямо противоречащие правилу Бергмана: самый крупный подвид белой куропатки обитает на юге, в лесостепи, а самый мелкий – в тундре. Чем, по-вашему, могут объясняться эти «нарушения правил»?

На животных действуют не только температурные факторы среды, в примере с куропатками мне кажется связано с условиями обитания ( в тундре мелкая растительность, поэтому и куропатка имеет маленький вид)

2.2.7. Следствием правила Бергмана является правило Аллена. При разных температурах один и тот же вид, имеющий широкое географическое распространение, может приобретать физиологические и морфологические особенности, адаптированные к местным условиям.

Рис.7. Относительный размер ушных раковин у зайцев:

1– беляк, 2 – толай, 3 – американский заяц

В 1877 году Джоэл Аллен установил закономерность, которая наглядно проявляется также при сравнении конечностей, ушей и хвоста у экологически близких видов.

Рис.8. Соотношение размеров головы и ушей у песца (1),

лисицы обыкновенной (2) и лисицы фенека (3)

Напишите, в чем заключается правило Аллена.

У многих млекопитающих и птиц северного полушария относительные размеры конечностей и различных выступающих частей тела (хвостов, ушей, клювов) повышается к югу. Это объясняется тем, что увеличение удельной поверхности более выгодно в регионах с теплым климатом, т. к. при этом выше теплоотдача, а уменьшение удельной поверхности выгодно в холодном климате, т. к. теплоотдача ниже.

2.2.8. Объясните, почему у стланцевых форм карликовой березы, ели, можжевельника и кедровника, верхние ветви, поднимающиеся высоко над землей, обычно всегда полумертвые или мертвые, а стелющиеся – живые.

Растения не имеют собственной температуры тела и по отношению к тепловому фактору обладают спецификой. Там где тепла мало много подушковидных растений, с прикорневыми розетками листьев, стелющихся форм. Что касается форм карликовой березы, можжевельника и кедровника стелющиеся листья живые так, как зимуют под снегом и не подвергаются отрицательному воздействию низких температур.

Влажность

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Значение воды в жизни наземных организмов.

2. Источники и формы воды на суше.

3. Основные показатели влажности (абсолютная и относительная влажность воздуха, дефицит насыщения воздуха).

4. Пути поступления и расхода воды у растений и животных (устичная, кутикулярная и перидермальная транспирации).

5. Экологические группы растений по отношению к водному режиму: гидатофиты, гидрофиты, гигрофиты; мезофиты; ксерофиты (суккуленты, склерофиты) и психрофиты, криофиты.

6. Экологические группы животных по отношению к водному режиму: гигрофилы, мезофилы, ксерофилы.

7. Способы регуляции водного баланса у животных: морфологические, физиологические и поведенческие приспособления к регуляции водного обмена. Адаптации к крайнему дефициту влаги.

8. Пойкилогидричность и гомойогидричность. Их адаптивные преимущества и недостатки.

9. Совместное действие температуры и влажности на живые организмы. Роль температуры и влажности в распространении растений и животных на Земле. Биомы.

ЗАДАНИЯ

2.3.1. Какие растения получают воду не из почвы?

Самая большая группа растений, которая получает питание не из почвы, это водные растения (наяс, элодея, ряска, пистия и еще огромнейшее количество.) Они прекрасно обходятся без почвы поглощая минеральные вещества из воды всей поверхностью. Эпифиты - т. е. растения живущие на других растениях, могут получать минеральные вещества из воды либо за счет растений-доноров. Многие из растений эпифитов имеют воздушные корни, с помощью которых и улавливают воду. Ну а многие простотпаразитируют (Омела)

2.3.2. На рисунке показаны корни сосны. Каким номером обозначена сосна, выросшая на болоте, а каким – выросшая на песчаной почве? С чем связано такое различие?

Рис.9. Корни сосны

1.Сосна, выращенная на песчаной почве так как корневая система мочковатая, Интенсивная я и позволяет сосне зафиксироваться песчаной почве она углубленная, следовательно, это позволяет добывать больше влаги в песчаных землях. 2.Сосна, выращенная на болотистых местностях так как корневая система тоже мочковатая но Экстенсивная корни расположены так что бы всей своей поверхностью зафиксироваться на поверхности и дать дереву хорошею опору , на болотах хватает влаги и нет нужды углублять корни .

2.3.3. По типу ветвления различают корневые системы экстенсивные и интенсивные. Экстенсивная корневая система охватывает большой объем почвы, но сравнительно слабо ветвится, так что почва пронизана корнями негусто. Интенсивная корневая система охватывает небольшой объем почвы, но густо пронизывает ее многочисленными сильно ветвящимися корнями. Обозначьте на рисунке, какие растения имеют экстенсивную, а какие – интенсивную корневую систему.

В,Г : интенсивная

А.Б: экстенсивная

Рис.10. Корневые системы растений в разных условиях водоснабжения (по М.С. Шалыту, 1950 и Б.А. Тихомирову, 1963): А – Festuca sulcata; Б – Euphorbia gerardiana на черноземах; В – Eriophorum scheuchzeri; Г – Hierochloe alpine из тундры

2.3.4. Сравните растения на этих двух рисунках. Охарактеризуйте особенности растений засушливых зон и водных цветковых, выделите черты приспособленности.

Рис.11. Растения водоемов и засушливых зон

Своеобразие условий водной среды способствовало появлению у растений особых черт в строении и жизнедеятельности. 1. Развивается относительно большая поверхность, особенно заметно увеличиваются поверхности листьев, сопровождающиеся сокращением их толщины. 2. Все органы водных растений покрыты слизью, которая защищает от вымывания солей и предохраняет растения от поедания животными. 3. Листья, находящиеся в воде, имеют типичную теневую структуру, плавающие на поверхности воды - ярко выраженную световую структуру. 4. Слабо развита корневая система, у некоторых - отсутствует. 5. Широко распространено вегетативное размножение, семенное размножение у многих видов носит второстепенный характер. Для ксерофитов большое значение имеют разнообразные структурные приспособления к условиям недостатка влаги. 1. Общее сокращение транспирирующей поверхности. 2. Уменьшение листовой поверхности в наиболее жаркие и сухие периоды вегетационного сезона. 3. Защита листьев от больших потерь влаги на транспирацию. 4. Усиленное развитие механической ткани.

2.3.5. Напишите, какие приспособления для уменьшения транспирации есть у этого растения.

Рис.12. Лист ковыля на поперечном срезе (А) и схемы его строения в развернутом (Б) и свернутом состоянии (В): 1 – верхняя эпидерма, 2 – устьичный аппарат, 3 – проводящий пучок, 4 – обкладочные клетки, 5 – пузыревидные клетки, 6 – мезофилл, 7 – механическая ткань, 8 – нижняя эпидерма

Защита листьев от больших потерь влаги на транспирацию. Она достигается благодаря развитию мощных покровных тканей - толстостенного, иногда многослойного эпидермиса, часто несущего различные выросты и волоски, которые образуют густое «войлочное» опушение поверхности листа. У ковылей и других степных злаков существует интересный механизм защиты устьиц в самые жаркие и сухие часы дня: при больших потерях воды крупные тонкостенный водоносные клетки эпидермиса теряют тургор, и лист свёртывается в трубку; так устьица оказываются изолированными от окружающего сухого воздуха внутри замкнутой полости, где благодаря транспирации создаётся повышенная влажность. Во влажную погоду клетки эпидермиса восстанавливают тургор и листовая пластинка вновь развертывается

2.3.6. На основании рисунка ковыля, изображенного выше, перечислите приспособления, приводящие к сокращению межклетных пространств и общей внутренней испаряющей поверхности.

Внутренние ткани листьев у ковыля отличаются мелкоклеточностью и сильной склерификацией, что приводит к сокращению межклетных пространств и общей внутренней испаряющей поверхности.

2.3.7. В группу гигрофитов включают растения, обитающие на влажной почве, например, на болотистых лугах или сырых лесах. Поскольку эти растения не испытывают недостатка в воде, то в их структуре отсутствуют какие-либо особые приспособления, направленные на снижение транспирации, и они характеризуются признаками, которые можно определить, как противоположные ксероморфным. Опишите особенности строения растения медуницы, обитающего во влажных условиях.

	Рис.13. Поперечный разрез листа медуницы

	В листе медуницы (Pulmonaria) клетки эпидермы тонкостенные, покрыты тонкой кутикулой. Устьица или находятся вровень с поверхностью листа, или даже приподняты над ней. Обширные межклетники создают общую большую испаряющую поверхность. Этому же способствует наличие рассеянных тонкостенных живых волосков.

2.3.8. Где располагаются изображенные на рисунке образования у растений, и какую роль они играют в регуляции водного обмена и теплового режима растения?

Рис.14. Трихомы: 1-3 – простые одноклеточные, 4 – простой
многоклеточный, 5 – ветвистый многоклеточный, 6 – простой двурогий,
7, 8 – звездчатый (в плане и на поперечном разрезе листа)

Встречаются на лепестках и листьях растений. Их функция защита от избыточного испарения воды, от высокой солнечной радиации, секреции веществ (ферментов, сахара).

2.3.10. Каково главное назначение пробки у растений?

Защита от высыхания, защита от механических повреждений и болезнетворных бактерий

Рис. 15. А. Строение поперечного среза хвои сосны: 1 – рансфузионная ткань; 2 – ксилема; 3 – флоэма; 4 – склеренхима; 5 – эпидерма; 6 – гиподерма; 7 – смоляной канал; 8 – складчатый мезофилл; 9 – эндодерма; 10 – проводящий пучок; 11 – устьица; Б. Строение участка сосны при большом увеличении: 12 – гиподерма, 13 – эпидерма Перечислите особенности строения листа хвойных, приспособленных к экономному водному режиму.

Листья хвойных имеют в большинстве случаев ясно выраженное ксероморфное строение. Они покрыты обычно толстым слоем кутикулы, эпидермальные клетки у них мелкие и с сильно утолщенными стенками. Устьица погружены в углубления, которые заполнены зернышками воска (приспособление для уменьшения испарения). Под эпидермой большинства хвойных развита гиподерма (от греч. hypo—вниз и derma — кожа), или подкожица, из 1—3 слоев удлиненных толстостенных клеток, благодаря которой листья имеют обычно твердый наружный скелет, придающий им характерную жесткость.

4. У пойкилогидрических растений содержание воды в тканях непостоянно и сильно зависит от степени увлажнения окружающей среды. Напишите, каким растениям, изученным в школьном курсе «Биология», свойственна пойкилогидричность? Перечислите их.

Цианобактерии, некоторые мхи и папоротники

Какие приспособления имеют гомойогидрические организмы для жизни в условиях недостатка влаги?

Центральная крупная вакуоль

Устьичные аппараты

Водонепроницаемые клеточные оболочки

Хорошо развитая корневая система

5. Физиологические приспособления к регуляции водного обмена у животных – это способность к образованию метаболической влаги, экономии воды при выделении мочи и кала, развитие выносливости к обезвоживанию организма, величина потоотделения и отдачи воды со слизистых.

Заполните таблицу:

Таблица 5. Адаптации к засушливым условиям у животных.

Адаптации	Примеры организмов
Уменьшение потери воды:
Выделение азота в виде мочевой кислоты	Насекомые, птицы, рептилии
Удлиненная петля Генле в почках	Верблюд, пустынная крыса
Ткани выносливы к высоким температурным изменениям из-за уменьшения потоотделения	верблюд
Животные прячутся в норах	Пустынная крыса
Дыхательные отверстия прикрыты клапанами	Многие насекомые
Увеличение поглощения воды:
Прорытие ходов к воде	термиты
Запасание воды:
В специализированном мочевом пузыре	Пустынная лягушка
В виде жира (вода – продукт окисления)	Пустынная крыса
Физиологическая устойчивость к потере воды:
Потеря значительной части массы тела и быстрое ее восстановление при наличии доступной воды	верблюд
«Уклонение» от проблемы:
Поведенческие реакции избегания	Почвенные организмы (дождевые черви, клещи)
Летняя спячка в слизистом коконе	Дождевые черви, двоякодышащие рыбы.

Тема 3. ОСНОВНЫЕ СРЕДЫ ЖИЗНИ
И АДАПТАЦИИ К НИМ ОРГАНИЗМОВ

Особенности водной среды жизни и адаптации к ней гидробионтов

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Понятия «среда жизни», «среда обитания», «биотоп», «местообитание», «экотоп», «стация», «условия существования».

2. Каковы особенности водной среды как среды жизни для организмов.

3. Экологические зоны Мирового океана и озер.

4. Группы гидробионтов экологических зон и адаптации их к действию абиотических факторов водной среды.

ЗАДАНИЯ:

3.1.1. Обозначьте зоны бентали и пелагиали Мирового океана в зависимости от глубины.

Рис.16. Экологические зоны Мирового океана (по Константинову, 1967)

3.1.2. Обозначьте экологические зоны бентали и пелагиали озер:

Рис.17. Экологические зоны бентали и пелагиали озер (по Зернову, 1949)

3.1.3. Напишите, к каким экологическим группам принадлежат нарисованные гидробионты.

Рис.18. Гидробионты: 1– хламидомонада, 2 – вольвокс, 3 – дафния,
4 – циклоп, 5 – плавунец, 6 – водолюб

1,2 – фитопланктон, 3,4 – зоопланктон, 5,6 - нектопланктон

3.1.4. Напишите, где обитают эти организмы. Какой экологической группе принадлежат данные гидробионты?

1,4 – обитатели поверхностной пленки воды на границе с воздушной средой (эпинейстон)

2,3,5,6,7,8 – организмы, обитающие под пленкой до глубины 5 см. – (гипонейстон)

Поверхность воды

Рис.19. Гидробионты: 1 – Hydrometra, 2 – Notonecta,
3 – личинка Stratiomis, 4 – Gyrinus, 5 – Hydrophilidae, 6 – личинка Culex,
7 – личинка Dytiscus, 8 – Limnaea (по Зернову, 1949)

3.1.5. Напишите, в какой экологической зоне Мирового океана обитают эти рыбы, и к какой экологической группе они принадлежат.

Рис.20. Хрящевые рыбы: Акулы: А – серая акула, Б – акула-молот, В – китовая акула, Г – пилонос, Д – морской ангел. Скаты: Е – хвостокол, Ж – шиповатый скат, З – электрический скат. Цельноголовые: И – европейская химера, К – каллоринх

Д,ж,з,и,к,г,е - бенталь

А,б,в - пелагиаль

3.1.6. На рисунке изображены животные, обитающие в толще воды. Напишите, приспособлениями к какому образу жизни обладают данные животные, и в чем они выражаются.

	Рис.21. Приспособления животных к жизни в толще воды (по И.И. Шмальгаузену, 1969)
	Общее увеличение относительной поверхности тела за счет уменьшения размеров, сплющенности, удлинения, развитие многочисленных выростов или щетина, что повышает трение о воду;
	Уменьшение плотности за счет редукции скелета, накопление в теле жиров и пузырьков.

3.1.7. На рисунке представлены формы тела дафнии в различные месяцы года и вариации ее летних форм.

IV VI VII VIII IX XI

Рис.22А. Форма тела дафнии в различные месяцы года

Рис.22Б. Вариации летних форм

Циклические изменения формы тела ряда пресноводных планктонных организмов, связанные с сезонными колебаниями температуры воды, сопровождающиеся изменениями ее плотности и вязкости, называются цикломорфозами. Они проявляются в том, что у рачков, коловраток и других организмов в теплое время года увеличивается удельная поверхность тела за счет изменения его пропорций и удлиняются различные выросты; с похолоданием происходит обратный процесс. Тайна этих циклических изменений формы тела, к сожалению, еще окончательно не разгадана. По разным версиям причинами могут быть как изменения температуры, плотности и вязкости воды, так и условий питания, необходимость избегания хищников и другое.

На рисунке изображены планктонные водоросли – типичные представители тропического и умеренного холодного климатов. Отметьте на рисунке холодноводные и тепловодные формы.

Рис.23. А (1, 2) – Ceratium palmatum; Б (1, 2) – Ceratium reticulatum

3.1.8. Организмы в водоемах умеренных широт хорошо приспособлены к сезонным вертикальным перемещениям слоев воды, к весенней и зимней стагнации.

Рис.24. Циркуляция воды и температурная стратификация в озере
в течение года (по Р. Дажо, 1975)

Отметьте на рисунке сезоны года. Расскажите, как происходит циркуляция воды и температурная стратификация в озере в течение года. Когда наблюдается гомотермия, а когда стагнация?

Летом – верхние слои воды прогреты , нижние сохраняют температуру приблизительно 4 градуса – период прямой стратификации.

(когда верхние слои теплее нижних )

Осень – верхние слои воды охлаждаются и становятся возможным перемешивание всей водной толще (гомотермия)

Зима – поверхность воды замерзает, вода с температурой от 0-1 градусов, но плотность ниже, чем при температуре 4 градуса - период обратной стратификации.

Весна – температура водной толще уравновешивается, наступает гомотермия, но нарушается вертикальная циркуляция – наступает стагнация.

3.1.9. Проанализируйте данные таблицы и сделайте вывод, какие соли имеют наибольшее значение в пресных и соленых водоемах.

Таблица 6. Распределение основных солей в различных водоемах (по Р. Дажо, 1975)

Водоемы	Сульфаты, %	Хлориды, %	Карбонаты, %	Соленость, г/л
Пресные воды	13,2	6,9	79,9	—
Открытый океан	10,8	88,8	0,4	35
Черное море	9,69	80,71	2,59	19
Каспийское море	30,5	63,36	1,24	12,86
Аральское море	38,71	58,59	0,93	11,28

В пресных водоемах наибольшее значение имеют карбонаты (79,9%)
В соленых водоемах наибольшее значение имеют хлориды.

3.1.10. Морфология листа у стрелолиста варьируется в зависимости от того, растет ли данный экземпляр на суше или же частично или полностью погружен в воду.

Рис.25. Морфологические вариации у растений стрелолиста, растущих на суше (А) и частично (Б) или полностью (В) погруженных в воду (рисунок по Р. Риклефсу, 1979)

Аналогичные изменения наблюдаются и у водяного ореха

	Рис.26. Водяной орех плавающий. Общий вид растения. Вверху показаны надводные, на нижней части стебля – подводные листья Перечислите особенности каждой формации листьев и объясните, действием каких факторов они обусловлены?

	На побегах данных растений среди листьев срединной формации наблюдается гетерофилия.
	Она связана с разновременными появлениями листьев на побеге и с неодинаковыми условиями их развития.
	Подводные листья – линейные, что увеличивает площадь соприкосновения,
	Увеличивается поступление кислорода и минеральных веществ.
	Листья не имеют устьиц, упрощенное строение мезофила.
	Длинные плавающие листья -длинночерешковые с округлой листовой пластинкой. Они мясистые, несут устьица.
	Надводные – стреловидные, длинночерешковые.

3.1.11. Какой экологической группе принадлежат эти растения? Какая ткань особенно развита у них и почему? Подпишите название экологической группы и этой ткани у данных растений.

Рис.27. Поперечные срезы стеблей элодеи канадской (А)
и урути колосистой (Б)

Эти растения принадлежат к группе гидатофитов. Особенно развиты воздухоносные полости – аэренхимы.

3.1.12. Рассмотрите под микроскопом постоянный микропрепарат поперечного среза через лист или стебель рдеста. Зарисуйте схематически его строение. Отметьте общие черты рдеста с элодеей и урутью?

3.2. Особенности наземно-воздушной среды жизни
и адаптации к ней аэробионтов

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Общая характеристика наземно-воздушной среды жизни.

2. Адаптации наземных организмов к основному комплексу факторов (воздух, ветер, атмосферные осадки, снежный покров) в этой среде.

3. Влияние климата и погоды на организмы.

4. Географическая зональность и вертикальная поясность.

ЗАДАНИЯ

3.2.1. Закончите предложения:

Воздух как экологический фактор характеризуется постоянством состава – кислорода в нем обычно около _21 %, углекислого газа _0,03__ %, азота __78,1_ % (по объему).

Незначительная плотность воздушной среды не затрудняет передвижение организмов по поверхности земли, но препятствует передвижению по вертикали. Прямое воздействие воздуха на организмы небольшое. Косвенное влияние осуществляется через ___ветер___, которые, кроме того, что меняют температуру и влажность, оказывают на них механическое действие.

3.2.2. Благодаря подвижности воздуха, существующим в нижних слоях атмосферы вертикальным и горизонтальным передвижениям воздушных масс возможен пассивный полет ряда организмов: семян и плодов, спор растений, цист простейших, мелких насекомых, пауков и т.п. Воздушные потоки выполняют определенную роль в расселении растений и животных.

На рисунке изображены анемохорные семена и плоды растений.

	Рис.28. Приспособления к переносу ветром у плодов и семян растений (по А. Кернеру, 1903): 1 – липа, 2 – клен, 3 – береза, 4 – пушица, 5 – одуванчик, 6 – рогоз Перечислите их специальные адаптации для пассивного полета.
	Мелкие размеры,
	Разнообразные крыловидные и парашютовидные придатки, увеличивающие способность к планированию

3.2.3. На рисунке изображен аэрозоопланктон. Перечислите специальные адаптации данных организмов к пассивному полету.

Рис.29. Приспособления к переносу при помощи воздушных потоков
у насекомых: 1 – комарик, 2 – галлица, 3 – хермес, 4 – перепончатокрылое,
5 – личинка непарного шелкопряда

Очень мелкие размеры тела, увеличение его площади за счет выростов, сильного расчленения, большой относительной поверхности крыльев, использование паутины.

3.2.4. Осадки (дождь, град, снег), помимо водообеспечения и создания запасов влаги, могут играть и экологическую роль. Осадки в виде снега оказывают благоприятное влияние на организмы в зимний период времени. Снежный покров создает определенный температурный режим почвы, позволяет многим видам растений и животных укрыться от сильных морозов. Значение снежного покрова было детально изучено А.Н. Формозовым (1946).

	Рис.30. Опорная поверхность конечностей белой куропатки 1 – зимой и 2 – летом (по А.Н. Формозову, 1946) Перечислите приспособления животного к зиме: Обрастание лап перьями для увеличения площади соприкосновения.

3.2.5. Закончите предложения по смыслу:

Характер растительности изменяется с широтой и высотой местности. Температура, от которой зависит характер растительности, снижается по мере продвижения вверх по горному склону или удаления от экватора, так что при наличии обильных осадков растительность в высоких широтах и на больших высотах, как это видно на рисунке ниже, сходная.

Эту закономерность впервые заметил Александр Гумбольдт во время своего путешествия по Центральной и Южной Америке в 1799-1804 гг.

Рис.31. Характер растительности в зависимости
от широты и высоты местности

3.2.6. Для наземных сообществ характерна широтная зональность – закономерная смена одних сообществ другими при продвижении от экватора к полюсам. Основные типы сообществ, которые занимают целые климатические пояса, вместе с животным населением называют биомами. Они характеризуются определенным типом физиономической структуры сообщества, выражающей комплекс адаптаций видов к условиям среды.

Рис.32. Основные типы растительных сообществ

Проанализируйте схему и сделайте вывод, какие экологические факторы оказывают преимущественное воздействие на растительность.

Возрастание аридности – способствует уменьшению растительности, а затем полное ее исчезновение. Увеличение широты – влияние на уменьшение размеров растительности.

3.2.7. Напишите, что служит причиной появления такой формы крон деревьев.

Рис.33. Флагообразная форма крон деревьев (по Г.И. Поплавской, 1948)

Причиной являются сильно дующие в одном направлении ветра.

3.2.8. Морфологический тип приспособления животного или растения к основным факторам местообитания и определенному образу жизни называют жизненной формой (ЖФ). В отличие от экологических групп, характеризующих приспособление к отдельным факторам, ЖФ определяют приспособленность организмов к комплексу факторов. Как синонимы или близкие понятия в экологии растений употребляются термины «экобиоморфа», «биологический тип», «форма роста», «эпиморфа». Впервые этот термин был введен в ботанике Е. Вармингом в 1884 г., в зоологии – только в 20 веке.

Существует много схем классификаций жизненных форм животных и растений в зависимости от того, что положено в основу классификации.

Таблица 7. Биологические спектры жизненных форм различных экосистем (%) по Раункиеру

Жизненные формы	Листопадный лес	Тропический лес	Тундра	Пустыня
Эпифиты	0	22	0	0
Деревья, кустарники	27	66	6	0
Кустарнички	6	12	0	0
Полукустарники	0	0	3	13
Многолетние травы	40	0	70	17
Геофиты (луковичные)	22	0	3	10
Однолетники	5	0	0	60
Стланики	0	0	3	0
Растения-подушки	0	0	10	0

С. Раункиер (1905-1907), применил свою классификацию для выяснения взаимосвязи жизненных форм растений и климата, составив так называемый «биологический спектр» для флоры различных зон и районов земного шара. Биологический спектр показывает соотношение основных жизненных фом в процентах. Напишите, какие экологические факторы явились причиной таких различий в преобладании определенных жизненных форм лиственного леса в умеренном поясе и тропического леса в экваториальном поясе. Охарактеризуйте влияние, по крайней мере, двух факторов. В чем оно выражается?

Факторы, влияющие на различия жизненных форм: влажность, температура, качественный состав почв.

Основными причинами таких различий являются:

1) Свет (колебания длины светового дня): в умеренном поясе такие колебания заметны, а в тропиках почти отсутствуют.

2) Колебания температуры – в умеренном поясе заметные колебания температуры, а в тропиках колебания отсутствуют.

3) Влажность – в умеренном поясе умеренная влажность, а в тропиках -повышенная влажность.

3.2.9. В таблице 7 представлены биологические спектры жизненных форм двух экосистем, контрастных по климатическим факторам, – тундровой и пустынной. Напишите, какие жизненные формы преобладают в каждом спектре, и какие климатические факторы обусловили именно такое соотношение жизненных форм в данных экосистемах.

Для ответа на вопросы заданий 3.2.8 и 3.2.9 смотрите «Основы общей экологии» Р. Риклефса (1979) и «Наука об окружающей среде: Как устроен мир: Т.1» Б. Небела (1993).

В тундре преобладают следующие жизненные формы: многолетние травы.

Климат очень холодный с полярным днем и полярной ночью. Среднегодовая температура ниже 5 градусов, осадки: менее 250 мм/год.

В пустыне преобладают однолетники. Климат очень сухой. Температура варьирует в зависимости от широты. Характерны жаркие дни и холодные ночи. Осадки менее 250 мм в год.

3.2.10. Наиболее широкое распространение получила классификация жизненных форм растений, разработанная в 1905-1907 гг. датским ботаником С. Раункиером. В ее основу было положено расположение почек возобновления и наличие приспособлений для переживания неблагоприятного времени года. Подпишите под изображениями растений названия жизненных форм.

фанерофит

хамефиты

гемикриптофиты

криптофиты

Рис.34. Схематическое изображение жизненных форм по Раункиеру

Незачерненные на рисунке части растений на время неблагоприятного сезона отмирают, а зачерченные сохраняются и возобновляют рост на следующий год.

Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 4291; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!