приспособлением растений к жизни в засушливых условиях является

Приспособлением растений к жизни в засушливых условиях является

Какие приспособления к добыванию и сохранению воды имеются у растений&nbsp— обитателей пустынь?

1) сильно развитая запасающая ткань

2) поверхностная корневая система

3) крупные хлоропласты

4) тонкие тёмно-зелёные листья

5) длинные мощные корни

Приспособления к добыванию и сохранению воды имеются у растений — обитателей пустынь: сильно развитая запасающая ткань, поверхностная корневая система, длинные мощные корни

Приспособления растений к жизни в пустыне

Многолетние растения, не имеющие возможности пережить засуху в виде семян, приспосабливаются к засушливому климату пустынь по-другому. Многие могут запасать влагу в листьях или стеблях. Такие растения называют суккулентами. К этой группе принадлежат кактусы, опунции, алоэ и молочаи (эуфорбии). Часто их листья и стебли защищены от испарения восковым налетом или густо опушены волосками. Некоторые, главным образом деревья и кустарники, с помощью чрезвычайно глубоко проникающей корневой системы могут достигать уровня грунтовых вод. Многие растения пустынь имеют колючки. Чтобы уменьшить испарение, их мелкие листья густо опушены. Часто листьев вовсе нет, а фотосинтез происходит в побегах, имеющих вид прутьев или колючек (саксаул). При недостатке воды немногочисленные устьичные щели закрываются.

Ксерофиты — растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху, оставаясь физиологически активными. Это растения пустынь, сухих степей, саванн, сухих субтропиков, песчаных дюн и сухих, сильно нагреваемых склонов.

Структурные и физиологические особенности ксерофитов нацелены на преодоление постоянного или временного недостатка влаги в почве или воздухе. Решение данной проблемы осуществляется тремя способами: 1) эффективным добыванием (всасыванием) воды, 2) экономным ее расходованием, 3) способностью переносить большие потери воды.

Интенсивное добывание воды из почвы достигается ксерофитами благодаря хорошо развитой корневой системе. По общей массе корневые системы ксерофитов примерно в 10 раз, а иногда и в 300—400 раз превышают надземные части. Длина корней может достигать 10—15 м, а у саксаула черного — 30—40 м, что позволяет растениям использовать влагу глубоких почвенных горизонтов, а в отдельных случаях и грунтовых вод. Встречаются и поверхностные, хорошо развитые корневые системы, приспособленные к поглощению скудных атмосферных осадков, орошающих лишь верхние горизонты почвы.

Экономное расходование влаги ксерофитами обеспечивается тем, что листья у них мелкие, узкие, жесткие, с толстой кутикулой, с многослойным толстостенным эпидермисом, с большим количеством механических тканей, поэтому даже при большой потере воды листья не теряют упругости и тургора. Клетки листа мелкие, плотно упакованы, благодаря чему сильно сокращается внутренняя испаряющая поверхность. Кроме того, у ксерофитов повышенное осмотическое давление клеточного сока, благодаря чему они могут всасывать воду даже при больших водоотнимающих силах почвы.

К физиологическим адаптациям относится и высокая водо-удерживающая способность клеток и тканей, обусловленная большой вязкостью и эластичностью цитоплазмы, значительной долей связанной воды в общем водном запасе и т. д. Это позволяет ксерофитам переносить глубокое обезвоживание тканей (до 75% всего водного запаса) без потери жизнеспособности. Кроме того, одной из биохимических основ засухоустойчивости растений является сохранение активности ферментов при глубоком обезвоживании.

Источник

Задания части 2 ЕГЭ по теме «Вегетативные органы растения»

1. Какие биологические особенности капусты надо учитывать при ее выращивании?

1) Капуста холодостойкая, влаголюбивая, светолюбивая.
2) Имеет высокие требования к плодородию почвы.
3) Капуста – двулетнее растение.

2. Как изменится транспирация у подсолнечника в жаркий ветреный день по сравнению с прохладным безветренным днем, если влаги в почве достаточно?

1) в жаркий день транспирация усиливается, так как чем выше температура, тем интенсивнее испарение;
2) ветер усиливает транспирацию, так как препятствует скоплению паров воды у поверхности листа

3. За счет каких морфологических и физиологических особенностей многолетним травянистым растениям средней полосы России удается выживать при низких температурах зимой? Ответ обоснуйте.

1) зимовка в виде подземных органов (луковица, корневище и др.);
2) сохранение почек возобновления под землёй (на уровне земли);
3) избавление растения от излишков воды в период наступления холодов;
4) в клетках зимующих органов накапливаются углеводы (сахара), предотвращающие замерзание воды

4. Какие приспособления имеют растения к жизни в засушливых условиях?

1) Корневая система растений глубоко проникает в почву, достигая до грунтовых вод, или широко располагается в поверхностном слое почвы для максимального запасания в период дождей.
2) Вода может запасаться в листьях или стеблях.
3) Листья покрыты восковым налетом, опушены или видоизменены в колючки или иголки.
4) Растения могут переживать засуху в виде подземных побегов (луковиц, корневищ, клубней).

5. К каким последствиям может привести внесение в почву избытка минеральных удобрений?

1) Увеличится концентрация почвенного раствора, корням растений будет тяжелее поглощать воду.
2) Произойдет угнетение жизнедеятельность почвенных микроорганизмов (в пересоленом растворе они не смогут быстро размножаться).
3) Дождями избыток удобрений смоется в водоемы, водоемы «зацветут».

6. По годичным кольцам на спилах деревьев можно судить об их возрасте. Что такое годичные кольца, за счет какой исходной ткани они образуются? Какие особенности сезонного развития растений способствуют образованию колец? Почему в зоне экваториальных влажных лесов невозможно обнаружить годичные кольца у деревьев?

1) годичные кольца – прирост древесины стебля за один вегетационный период (за сезон, год);
2) кольца образуются благодаря делению клеток образовательной ткани (камбия, меристемы);
3) весной образуются крупные клетки (сосуды);
4) осенью образуются мелкие клетки (сосуды);
5) в экваториальной зоне не выражены времена года

7. В 1724 г. английский исследователь Стивен Гейлз провёл эксперимент, в котором использовал одинаковые ветки одного растения, сосуды с одинаковым количеством воды и измерительный инструмент – линейку. Он удалил с веток разное количество листьев и поместил ветки в эти сосуды, а затем постоянно измерял уровень воды. Через некоторое время С. Гейлз обнаружил, что уровень воды в разных сосудах изменился неодинаково. Почему уровень воды в сосудах изменился неодинаково? В результате каких процессов произошло изменение уровня воды? Какие структуры листа обеспечивают эти процессы?

1) уровень воды изменился в зависимости от количества листьев на ветке: чем больше листьев на ветке, тем меньше воды оставалось в сосуде;
2) изменение уровня воды связано с процессами поглощения и испарения воды растением;
3) устьица обеспечивают испарение, а сосуды – поглощение и транспорт воды

8. Рассмотрите предложенную схему классификации вегетативных органов цветкового растения. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме вопросительным знаком.

9. Какие клетки листа растения обозначены на рисунке цифрой 1, какие функции они выполняют? В какой ткани листа располагаются эти клетки и чем они отличаются от других клеток этой ткани?

1. Цифрой 1 обозначены замыкающие клетки устьиц.
2. Они регулируют интенсивность испарения воды и газообмена.
3. Они располагаются в эпидермисе (кожице листа).
4. Они отличаются от других клеток эпидермиса тем, что имеют хлоропласты.

10. Какие типы корневых систем изображены на рисунках А и Б? Как называются органы, обозначенные на рисунках цифрами 1 и 2? Что они собой представляют? Каковы их функции?

11. Поясните, почему при выращивании гороха посевного его высевают на полях совместно с овсом.

1) У гороха посевного в стебле плохо развита механическая ткань.
2) Своими видоизмененными листьями (усиками) горох цепляется за прямостоячие стебли злаковых растений и тем самым выносит листья к свету.

12. Укажите не менее 4 приспособлений в строении водных растений к обитанию в водоемах.

1) широкая листовая пластинка;
2) тонкий эпидермис;
3) большое количество устьиц на верхней стороне листа;
4) слабо развитые корни
5) хорошо развита аэренхима (ткань, проводящая воздух)

13. Яблоки многих сортов при долгом хранении становятся рыхлыми и безвкусными. Как объяснить это явление?

1) При долгом хранении разрушается межклеточное вещество. Связь между клетками нарушается и яблоки становятся рыхлыми.
2) Сахара окисляются при дыхании, поэтому сладкость плодов уменьшается.

14. Почему с освоением наземно-воздушной среды у растений развились органы и ткани? Ответ поясните.

1) В водной среде каждой клетке водоросли доступны все необходиме ей ресурсы (вода, углекислый газ, свет). В наземно-воздушной среде у подземной части растения нет света, а у надземной – воды и минеральных солей. Необходимость ими обмениваться привела к возникновению проводящих тканей.
2) Вода более плотная, поэтому она удерживает водоросль, в наземно-воздушной среде для поддержания устойчивости понадобилась механическая ткань.
3) В наземно-воздушной среде количество воды, доступной для растения, ограничено, поэтому понадобилась покровная ткань, чтобы не испарять воду.
4) Корни развились для поглощения воды и удержания растения в почве, листья – для фотосинтеза, стебли – для проведения и механического удержания.

15. Найдите три ошибки в приведенном тексте «Луковица тюльпана». Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их. (1) Луковица тюльпана – это видоизмененный укороченный подземный побег. (2) У луковицы имеется плоский плотный стебель – донце. (3) На донце развиваются два типа видоизмененных листьев – чешуй. (4) Снаружи находятся сухие листья, образованные живыми специализированными клетками, защищающими луковицу от повреждений. (5) Мясистые сочные листья луковицы, находящиеся внутри, запасают воду и растворы органических веществ, а также особые вещества – фитонциды. (6) От донца отходят боковые корни, удерживающие луковицу в почве. (7) С помощью луковицы происходит половое размножение тюльпана.

4 – Наружные сухие листья образованы мертвыми клетками
6 – От донца отходят придаточные корни
7 – С помощью луковицы происходит бесполое (вегетативное) размножение

16. Соцветие подсолнуха – корзинка – постоянно обращено к солнцу. Объясните, какой растительный механизм обеспечивает этот поворот.

1) растительные гормоны вызывают увеличение размера клеток, находящихся в тени (вследствие повышения тургора в них);
2) разница в размере клеток изгибает стебель, подставляя соцветие солнцу.

17. Зачем рыхлят почву при выращивании растений?

1) в целях улучшения газообмена в почве и усиления дыхания корней
2) в целях сохранения влаги в почве

18. Объясните, почему семена мака, моркови высевают на глубину 1–2 см, а семена кукурузы и бобов – на глубину 6–7 см.

1) семена мака и моркови мелкие, содержат небольшой запас питательных веществ; если их посеять глубоко, то развившиеся из них проростки не смогут пробиться к свету из-за недостатка питательных веществ;
2) семена кукурузы и бобов крупные, содержат достаточное количество питательных веществ для появления проростков на поверхности почвы

19. Найдите три ошибки в приведенном тексте «Луковица». Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их. (1) У растений встречаются различные видоизмененные органы: корневища, клубни, луковицы, корнеплоды. (2) В нижней части луковицы имеется донце – вегетативная почка. (3) Снаружи расположены сухие отмершие листья – чешуи, выполняющие защитную функцию. (4) Сочные чешуи луковицы запасают органические вещества. (5) В клетках сочных чешуй луковицы также синтезируются особые вещества – фитонциды, которые убивают микроорганизмы. (6) Цветоносные побеги растения развиваются из сочных чешуй луковицы. (7) Луковица – это видоизмененный корень, участвующий в вегетативном размножении.

2 – донце – видоизмененный стебель;
6 – из почек луковицы развиваются цветоносные побеги;
7 – луковица – это видоизмененный (укороченный) подземный побег

20. Какой видоизмененный побег изображен на рисунке? Назовите его части, обозначенные цифрами 1, 2, 3, 4, и функции, которые они выполняют.

1) Луковица
2) 1 – сочный чешуевидный лист, в котором запасаются вода и питательные вещества.
3) 2 – почки, обеспечивающие рост побега.
4) 3 – донце, видоизмененный укороченный стебель, обеспечивает транспортную функцию, перемещая от корней к листьям воду и минеральные вещества, а обратно – органические вещества.
5) 4 – придаточные корни, обеспечивающие поглощение воды и минеральных веществ из почвы.

21. Рассмотрите рисунок и определите, какой тип листьев представлен на рисунке. Какие структуры обозначены цифрами 1, 2, 3, 4? Какую функцию выполняет структура под цифрой 1?

1) На рисунке изображен простой лист, так как у него одна листовая пластинка, черешковый лист, так как имеет черешок.
2) 1 – листовая пластинка, 2 – черешок, 3 – прилистники, 4 – основание листа.
3) Фотосинтез и транспирация (испарение воды).

22. Какие биологические особенности подсолнечника нужно учитывать при его выращивании?

1) Подсолнечник является светолюбивым и теплолюбивым растением.
2) Подсолнечник – крупное растение, нуждающееся в плодородных почвах с обилием минеральных веществ.

23. Докажите, что корневище растения является видоизмененным побегом. Приведите не менее трех доказательств.

1) На верхушке корневища имеется верхушечная почка, обеспечивающая рост побега в длину.
2) От корневища отходят придаточные корни.
3) Корневище имеет узлы, в которых находятся рудименты листьев и почек.
4) Внутреннее строение корневища сходно с анатомическим строением стебля.

24. Для улучшения роста растений (картофеля, томатов, капусты) и увеличения их продуктивности производится агротехнический прием – окучивание. Объясните, каким образом окучивание оказывает благоприятное влияние на рост и развитие растений.

1) При окучивании увеличивается рост придаточных корней, за счет этого улучшается минеральное питание растений, что стимулирует рост растений.
2) В процессе окучивания происходит рыхление почвы и уничтожение сорняков.
3) У картофеля присыпание почвы к стеблю увеличивает количество столонов, на которых образуются клубни.

25. Прежде чем засеять поле или засадить огород, почву вспахивают или перекапывают. Какое значение имеет вспашка и копка для жизни культурных растений?

1) Копка и вспашка уничтожают большинство сорняков, разрушая их корневые системы. Уничтожая сорняки, человек избавляет культурные растения от конкуренции с сорняками за воду, свет и минеральные вещества.
2) Копка и вспашка перемешивают почву и равномерно распределяют в ней перегной, поэтому корни культурных растений могут располагаться глубже.
3) Копка и вспашка разрыхляют почву и делают ее легко проницаемой для воздуха и воды.

26. Какие условия необходимы для прорастания семян? Дайте обоснованный ответ.

1) вода – необходима для растворения питательных веществ и протекания химических реакций в семени;
2) тепло (температура) – активизирует работу ферментов и реакции обмена;
3) кислород – нужен для дыхания, реакций окисления органических веществ с выделением энергии, необходимой для прорастания

27. Какие процессы обеспечивают транспорт минеральных веществ в растениях?

1) Минеральные вещества, растворенные в воде, передвигаются по ксилеме за счет корневого давления и транспирации.
2) Корневое давление возникает за счет того, что концентрация солей в клетках корня выше, чем в почве, и вода заходит в корень за счет осмоса.
3) Транспирация – испарение воды с поверхности листьев (на место испарившейся воды присасывается новая).

28. Почему для получения хорошего урожая густые всходы моркови и свеклы надо прореживать? Ответ поясните.

1) эти растения образуют корнеплоды, формирование которых требует значительного объема почвы;
2) прореживание растений ослабляет конкуренцию, способствует развитию корнеплода и приводит к повышению урожая

29. Для размножения белокочанной капусты высаживают в почву кочерыги (видоизмененные стебли) с сохраненными верхушечными почками и корневой системой. Объясните, с какой целью и почему используют такой способ размножения.

1) капусту высаживают таким образом для получения семян;
2) капуста – двулетнее растение, цветет и плодоносит на второй год;
3) в первый год жизни образуются только вегетативные органы (кочан)

30. При выращивании овощных культур в средней полосе России одни растения (свекла, морковь и др.) высеивают семенами ранней весной, а другие растения (томаты, баклажаны и др.) высаживают рассадой при наступлении устойчивого тепла. Объясните почему.

1) морковь и свекла – холодостойкие культуры (развиваются при низких температурах);
2) их семена прорастают ранней весной и могут дать урожай за вегетационный период;
3) томаты и баклажаны – теплолюбивые растения (развиваются при высоких температурах);
4) их высаживают рассадой, т.к. при высеивании семян после наступления тепла они не успеют дать урожай за вегетационный период

31. Какие структуры листа обозначены на рисунке цифрами 1, 2 и 3? Какими тканями они образованы и какие функции они выполняют?

Источник

Какие приспособления помогают растениям переносить засуху

Защитно-приспособительные реакции растений против повреждающих факторов

Приспособление растений к засухе.

Как уже отмечалось, благоприятное действие засухи состоит в том, что растения ис­пытывают недостаток воды или комплексное влияние обезво­живания и перегрева. У растений засушливых местообита­ний — ксерофитов — выработались приспособления, позволяю­щие переносить периоды засухи.

Растения используют три основных способа защиты: 1) предотвращение излишней потери воды клетками (избегание высыхания), 2) перенесение высыхания, 3) избегание периода засухи. Наиболее общими являются приспособления для сохранения воды в клетках.

Группа ксерофитов очень разнородна. По способности пере­носить условия засухи различают следующие их типы (по П. А. Генкелю):

1. Суккуленты (по Н. А. Максимову — ложные ксеро­фиты) — растения, запасающие влагу (кактусы, алоэ, очиток, молодило, молочай). Вода концентрируется в листьях или сте­блях, покрытых толстой кутикулой, волосками. Транспирация, фотосинтез и рост осуществляются медленно. Они плохо пере­носят обезвоживание. Корневая система распространяется ши­роко, но на небольшую глубину.

2. Несуккулентные виды по уровню транспирации делятся на несколько групп.

а) Настоящие ксерофиты (эвксерофиты — полынь, вероника беловойлочная и др.). Растения с небольшими листьями, часто опушенными, жароустойчивы, транспирация невысокая, спо­собны выносить сильное обезвоживание, в клетках высокое ос­мотическое давление. Корневая система сильно разветвлена, но на небольшой глубине.

б) Полуксерофиты (гемиксерофиты — шалфей, резак и др.). Обладают интенсивной транспирацией, которая поддержи­вается деятельностью глубокой корневой системы, часто достигающих грунтовых вод.

Плохо переносят обезвожи­вание и атмосферную засуху. Вязкость цитоплазмы у них невелика.

в) Стипаксерофиты — степные злаки (ковыль и др.). При­способлены к перенесению перегрева, быстро используют влагу летних дождей, но переносят лишь кратковременный недоста­ток воды в почве.

г) Пойкилоксерофиты (лишайники и др.) не способны регу­лировать свой водный режим и при значительном обезвожива­нии впадают в состояние покоя (анабиоз). Способны перено­сить высыхание.

Эфемеры-растения с коротким вегетационным пе­риодом, совпадающим с периодом дождей (способ избегания засухи в засушливых местообитаниях).

Изучая физиологическую природу засухоустойчивости ксе­рофитов, Н. А. Максимов (1953) показал, что эти растения не являются сухолюбивыми: обилие воды в почве способствует их интенсивному росту. Устойчивость к засухе заключается в их способности переносить потерю воды.

Растения-мезофиты также могут приспосабливаться к засу­хе. ]Изучение приспособлений листьев к затрудненным условиям водоснабжения (В. Р. Заленский, 1904) показало, что ана­томическая структура листьев различных ярусов на одном и том же растении зависит от уровня водоснабжения, освещен­ности и т. д. Чем выше по стеблю расположен лист, тем мель­че его клетки, больше устьиц на единицу поверхности, а размер их меньше, гуще сеть проводящих пучков, сильнее развита па­лисадная паренхима и т. д.

Такого рода закономерности изме­нений листового аппарата получили название закона Заленско­го. Было выяснено, что более высоко расположенные листья часто попадают в условия худшего водоснабжения (особенно у высоких растений), но обладают более интенсивной транспирацией. Устьица у листьев верхних ярусов даже при водном де­фиците дольше остаются открытыми. Это, с одной стороны, поддерживает процесс фотосинтеза, а с другой — способствует увеличению концентрации клеточного сока, что позволяет им оттягивать воду от ниже расположенных листьев. Поскольку сходные особенности строения свойственны ряду ксерофитов, такая структура листьев получила название ксероморфной. Сле­довательно, возникновение ксероморфной структуры листьев — одно из анатомических приспособлений к недостатку воды, так же как заглубление устьиц в ткани листа, опушенность, толстая кутикула, редукция листьев и др.

Механизмы защиты.

Биохимические механизмы защиты предот­вращают обезвоживание клетки, обеспечивают детоксикацию продуктов распада, способствуют восстановлению нарушенных структур цитоплазмы. Высокую водоудерживающую способ­ность цитоплазмы в условиях засухи поддерживает накопление низкомолекулярных гидрофильных белков, связывающих в ви­де гидратных оболочек значительные количества воды. Этому помогает также взаимодействие белков с пролином, концентра­ция которого значительно возрастает в условиях водного стресса, а также увеличение в цитоплазме содержания моносахаридов.

Устойчивость растений к болезням ос­нована на разнообразных механизмах защиты. В целом эти ме­ханизмы подразделяют на: 1) конституционные, т. е. присут­ствующие в тканях растения-хозяина до инфекции, и 2) индуцированные, или возникшие в ответ на контакт с парази­том или его внеклеточными выделениями.

Конституционные механизмы включают в себя: а) особенности структуры тканей, обеспечивающие механиче­ский барьер для проникновения инфекции; б) способность к выделению веществ с антибиотической активностью (напри­мер, фитонцидов); в) создание в тканях недостатка веществ, жизненно важных для роста и развития паразита.

Индуцированные механизмы устойчивости характеризуются реакцией растения-хозяина на инфекцию: а) во всех случаях усиливаются дыхание и энергетический об­мен растения, б) накапливаются вещества, обеспечивающие об­щую неспецифическую устойчивость (фитонциды, фенолы и продукты их окисления — хиноны, таннины и др.), в) создаются дополнительные защитные механические барьеры, г) возникает реакция сверхчувствительности, д) синтезируются фитоалексины. Общая стратегия защиты растения состоит в том, чтобы не допустить воздействия паразита на свои клетки или локализовать инфекцию и привести патогена к гибели.

При этом реакции растения на поражение некротрофами и биотрофами будут неодинаковыми. Защитой против токси­нов и экзоферментов некротрофа служит дезактивация их в клетках растения. Устойчивость к биотрофам создается с по­мощью механизмов распознавания паразита, включения реак­ции сверхчувствительности для образования зоны некроза, ли­шающей патогена жизненно необходимых компонентов пита­ния, и последующего уничтожения его в этой зоне с участием синтезированных в ответ на инфекцию фитоалексинов.

Устойчивость к некротрофам обеспечивают следующие ме­ханизмы: 1) детоксикация токсинов паразита (например, вик­торина — токсина возбудителя гельминтоспориоза овса устой­чивыми растениями овса, райграса и сорго); 2) потеря устойчивыми растениями чувствительности к специализиро­ванным патотоксинам; 3) связывание токсина у восприим­чивых растений с рецептором в плазмалемме хозяина, в ре­зультате чего наступает гибель клетки (у устойчивого сорта нет рецепторов, способных связывать токсин, и повреждение не на­ступает); 4) инактивация экзоферментов неспецифическими инги­биторами типа фенолов; 5) задержка синтеза экзоферментов паразита устранением (маскировкой) их субстратов (например, синтез пектиназы и пектинметилэстеразы, осуществляемый не­кротрофами лишь в присутствии субстрата — пектиновых ве­ществ, при поражении не происходит из-за усиления суберини-зации и лигнификации клеточных стенок растения-хозяина в месте поражения, что маскирует пектиновые соединения); 6) повреждение клеточных стенок паразита ферментами растения-хозяина — хитиназой, глюканазой и т. д.; 7) возможно, что в ответ на гидролитические ферменты паразита растения синте­зируют белки-антиферменты к ним.

Приспособление растений к засухе

Неблагоприятное действие засухи состоит в том, что растения испытывают недостаток воды или комплексное влияние обезвоживания и перегрева. У растений засушливых местообитаний — ксерофитов — выработались приспособления, позволяющие переносить периоды засухи.

Растения используют три основных способа защиты:

1) предотвращение излишней потери воды клетками (избегание высыхания),

2) перенесение высыхания,

3) избегание периода засухи.

Наиболее общими являются приспособления для сохранения воды в клетках.

Группа ксерофитов очень разнородна.

По способности переносить условия засухи различают следующие их типы (по П. А. Генкелю):

1. Суккуленты (по Н. А. Максимову — ложные ксерофиты) — растения, запасающие влагу (кактусы, алоэ, очиток, молодило, молочай). Вода концентрируется в листьях или стеблях, покрытых толстой кутикулой, волосками. Транспирация, фотосинтез и рост осуществляются медленно. Они плохо переносят обезвоживание. Корневая система распространяется широко, но на небольшую глубину.

2. Несуккулентные виды по уровню транспирации делятся на несколько групп.

а) Настоящие ксерофиты (эвксерофиты — полынь, вероника беловойлочная и др.).

Растения с небольшими листьями, часто опушенными, жароустойчивы, транспирация невысокая, способны выносить сильное обезвоживание, в клетках высокое осмотическое давление. Корневая система сильно разветвлена, но на небольшой глубине.

б) Полуксерофиты (гемиксерофиты — шалфей, резак и др.).

Обладают интенсивной транспирацией, которая поддерживается деятельностью глубокой корневой системы, часто достигающей грунтовых вод. Плохо переносят обезвоживание и атмосферную засуху. Вязкость цитоплазмы у них невелика.

в) Стипаксерофиты — степные злаки (ковыль и др.). Приспособлены к перенесению перегрева, быстро используют влагу летних дождей, но переносят лишь кратковременный недостаток воды в почве.

г) Пойкилоксерофиты (лишайники и др.) не способны регулировать свой водный режим и при значительном обезвоживании впадают в состояние покоя (анабиоз).

Способны переносить высыхание.

3. Эфемеры — растения с коротким вегетационным периодом, совпадающим с периодом дождей (способ избегания засухи в засушливых местообитаниях).

Изучая физиологическую природу засухоустойчивости ксерофитов, Н. А. Максимов (1953) показал, что эти растения не являются сухолюбивыми: обилие воды в почве способствует их интенсивному росту. Устойчивость к засухе заключается в их способности переносить потерю воды.

Растения-мезофиты также могут приспосабливаться к засухе.

Изучение приспособлений листьев к затрудненным условиям водоснабжения показало, что анатомическая структура листьев различных ярусов на одном и том же растении зависит от уровня водоснабжения, освещенности и т. д. Чем выше по стеблю расположен лист, тем мельче его клетки, больше устьиц на единицу поверхности, а размер их меньше, гуще сеть проводящих пучков, сильнее развита палисадная паренхима и т.

д. Такого рода закономерности изменений листового аппарата получили название, закона Заленского. Было выяснено, что более высоко расположенные листья часто попадают в условия худшего водоснабжения (особенно у высоких растений), но обладают более интенсивной транспирацией.

Устьица у листьев верхних ярусов даже при водном дефиците дольше остаются открытыми. Это, с одной стороны, поддерживает процесс фотосинтеза, а с другой — способствует увеличению концентрации клеточного сока, что позволяет им оттягивать воду от ниже расположенных листьев. Поскольку сходные особенности строения свойственны ряду ксерофитов, такая структура листьев получила название ксероморфной.

Следовательно, возникновение ксероморфной структуры листьев — одно из анатомических приспособлений к недостатку воды, так же как заглубление устьиц в ткани листа, опушенность, толстая кутикула, редукция листьев и др.

Биохимические механизмы защиты предотвращают обезвоживание клетки, обеспечивают детоксикацию продуктов распада, способствуют восстановлению нарушенных структур цитоплазмы.

Высокую водоудерживающую способность цитоплазмы в условиях засухи поддерживает накопление низкомолекулярных гидрофильных белков, связывающих в виде гидратных оболочек значительные количества воды. Этому помогает также взаимодействие белков с пролином, концентрация которого значительно возрастает в условиях водного стресса, а также увеличение в цитоплазме содержания моносахаров.

Интересным приспособлением, уменьшающим потерю воды через устьица, обладают суккуленты.

Благодаря особенностям процесса фотосинтеза (САМ-метаболизм) в дневные часы в условиях высокой температуры и сухости воздуха пустыни их устьица закрыты, поскольку СО2 фиксируется ночью.

Детоксикация избытка образующегося при протеолизе аммиака осуществляется с участием органических кислот, количество которых возрастает в тканях при водном дефиците и высокой температуре.

Процессы восстановления после прекращения действия засухи идут успешно, если сохранены от повреждения при недостатке воды и перегреве генетические системы клеток.

Защита ДНК от действия засухи состоит в частичном выведении молекулы из активного состояния с помощью ядерных белков и, возможно, как в случае теплового стресса, с участием специальных стрессовых белков.

Поэтому изменения количества ДНК обнаруживаются лишь при сильной длительной засухе.

Засуха вызывает существенные перестройки в гормональной системе растений: уменьшается содержание гормонов-активаторов роста — ауксина, цитокинина, гиббереллинов, стимуляторов роста фенольной природы и возрастает уровень абсцизовой кислоты и этилена. Приспособительный характер такого перераспределения очевиден, так как для поддержания роста необходима вода. Поэтому в условиях засухи от быстроты остановки ростовых процессов часто зависит выживание растения.

При этом на ранних этапах засухи, по-видимому, главную роль играет стремительное возрастание содержания ингибиторов роста, поскольку даже в условиях сбалансированного водоснабжения клеток срочные реакции закрывания устьиц у растений осуществляются за счет ускоренного (в течение нескольких минут при водном дефиците 0,2 МПа) увеличения содержания АБК.

Пороговые величины водного потенциала, вызывающие увеличение АБК у растений-мезофитов, могут зависеть от степени засухоустойчивости растений: для кукурузы это 0,8 МПа, для сорго — 1 МПа.

Содержание гормона в тканях в среднем увеличивается на порядок со скоростью 0,15 мкг/г сырой массы в час. Закрывание устьиц уменьшает потерю воды через транспирацию. Кроме того, АБК способствует запасанию гидратной воды в клетке, поскольку активирует синтез пролина, увеличивающего оводненность белков клетки в условиях засухи. АБК тормозит также синтез РНК и белков, накапливаясь в корнях, задерживает синтез цитокинина.

Таким образом, увеличение содержания АБК при водном дефиците уменьшает потерю воды через устьица, способствует запасанию гидратной воды белками и переводит обмен веществ клеток в режим «покоя».

В условиях водного стресса отмечается значительное выделение этилена. Так, в листьях пшеницы при уменьшении содержания воды на 9% образование этилена возрастает в 30 раз в течение 4 ч.

Выяснено, что водный стресс увеличивает активность синтетазы 1-аминоциклопропанкарбоновой кислоты, катализирующей ключевую реакцию биосинтеза этилена. При улучшении водного режима выделение этилена возвращается к норме. У многих растений при действии засухи (воздушной и почвенной) обнаружено также накопление ингибиторов роста фенольной природы (хлорогеновой кислоты, флавоноидов, фенолкарбоновых кислот).

Отмеченные выше изменения содержания фитогормонов-ингибиторов наблюдаются у растений-мезофитов при засухе.

У пойкилоксерофитов, переходящих при наступлении засухи в состояние анабиоза, прекращение роста не связано с накоплением ингибиторов роста.

Снижение содержания гормонов-активаторов роста, в частности ИУК, происходит, по-видимому, вслед за остановкой роста.

Например, в листьях подсолнечника, в верхушках стеблей и колосках пшеницы и других растений рост начинает подавляться уже при влажности почвы, составляющей 60% от полевой влагоемкости, а количество ауксинов заметно снижается в условиях почвенной засухи при влажности почвы около 30% от полевой влагоемкости. Уменьшение ауксина в тканях при засухе может быть связано с низким содержанием его предшественника — триптофана, а также с подавлением транспорта ауксинов по растению.

Обработка растений в условиях засухи растворами ауксина, цитокинина, гиббереллина усугубляет отрицательное действие засухи. Однако опрыскивание растений цитокинином в период восстановления после засухи значительно улучшает состояние растений. Кроме того, цитокинин увеличивает жаростойкость растений (в частности улучшает всхожесть семян).

Как предполагает О. Н. Кулаева, это защитное действие цитокининов может быть связано с их влиянием на структурное и функциональное состояние макромолекулярных компонентов клетки, в частности на мембранные системы.

Засухоустойчивость сельскохозяйственных растений повышается в результате предпосевного закаливания. Адаптация к обезвоживанию происходит в семенах, которые перед посевом после однократного намачивания вновь высушиваются.

Для растений, выращенных из таких семян, характерны морфологические признаки ксероморфности, коррелирующие с их большей засухоустойчивостью.

Приспособления организмов к недостатку воды

Расскажите о приспособлениях живых организмов к недостатку воды.

Вода жизненно необходима для живых существ. Поэтому в случае ее недостатка организмы вынуждены формировать приспособления для экономии воды. Засухоустойчивые растения (верблюжья колючка, саксаул, пустынная полынь) обладают очень длинной, уходящей в глубину на 10 и более метров корневой системой. Их листья обычно узкие и жесткие, с восковым налетом на поверхности, что снижает потери воды при испарении.

Эвкалипт для снижения транспирации поворачивает листья ребром к солнцу. У некоторых растений (кактусы, молочаи) образуется толстый стебель с хорошо развитой фотосинтезирующей и водозапасающей тканью, а листья превращаются в колючки или чешуйки.

Ряд трав успевает вырасти и отцвести за влажный весенний период, а затем переживает засуху в состоянии семян, луковиц, клубней.

Многие животные также хорошо приспособлены к условиям пониженной влажности. Часть из них никогда не пьет, используя метаболическую воду и воду из пищи.

Членистоногих защищает от испарения плотный хитиновый панцирь, а пресмыкающихся — ороговевшие покровы, утратившие кожные железы.

Продуктом выделения у многих животных является практически безводная мочевая кислота. Существует и множество поведенческих адаптаций: ночной образ жизни, спячка в засушливый период и т. д.

Источник