Биология в 3 томах. Tом 2 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003686-5
Скачать (прямая ссылка):
Температура поверхности Солнца
Точка кипения воды (100 0C)
Температура тела человека (37 0C)
Точка замерзания воды (0 0C)
Абсолютный нуль (всякое движение молекул прекращается)
6 000-I I
I I
оС I I
II I I
10090
80
70
60
50
40
30
20
10 0-10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100-
-273,164
CD
Э|
2> *
2 О CD CC I- Q-
Рис. 19.5. Шкала температур и пределы переносимости для живых организмов.
19.5). Солнечный свет — не единственный источник тепла, доступный живым существам. Солнечная энергия используется автотрофами для фотосинтеза и запасается в химических связях синтезируемых ими органических веществ, прежде всего Сахаров. Молекулы этих веществ служат эндогенными источниками тепловой энергии, которая высвобождается в процессе тканевого дыхания.
Температура является мерой тепловой энергии системы и одним из важнейших факторов, определяющих скорость химических реакций как в живых, так и в неживых системах. Тепловая энергия повышает скорость движения атомов и молекул, благодаря чему возрастает вероятность взаимодействия между ними.
19.3.1. Влияние температуры на рост и распространение растений
Температура играет роль фактора, лимитирующего рост и развитие растений, так как влияет на скорость деления клеток, интенсивность фотосинтеза и другие метаболические процессы. От температуры зависят темновые (независимые от света) реакции фотосинтеза, а они в свою очередь дают начало различным метаболическим путям, описанным в гл. 7. Интенсивность фотосинтеза и накопление достаточных количеств питательных веществ, необходимых для завершения полного жизненного цикла, — таковы факторы, определяющие географическое распространение растений.
19.3.2. Адаптации растений к низким температурам
У растений северных областей умеренной зоны и тундры наблюдается множество адаптации, позволяющих с максимальной эффективностью использовать короткое теплое лето. Виды, растущие в приполярных областях северного и южного полушарий, должны переносить долгие периоды крайне неблагоприятных условий, в частности низкой освещенности в сочетании с холодами на поверхности и веч ной мерзлотой в почве. Неудивительно, что здесь преобладают мхи и низкорослые травы с неглубокой корневой системой, полностью уходящие зимой под снег. Среди сосудистых видов велика доля однолетников, быстро завершающих жизненный цикл и переживающих морозы в состоянии покоящихся
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
семян. Много структурных и физиологических адаптации к зиме демонстрируют деревья умеренных широт. Например, лиственные деревья осенью сбрасывают листву (под влиянием особого фитогормона — абсцизовой кислоты), резко снижая тем самым интенсивность транспирации на период замерзания почвенного раствора (разд. 16.2.8). Опадение листьев помогает также избежать повреждений снегом и ветром в то время, когда фотосинтез все равно был бы резко снижен из-за слабой освещенности, низких температур, дефицита воды и питательных веществ. В течение этих периодов зоны будущего роста — почки, защищенные видоизмененными чешуйчатыми листьями — впадают в состояние покоя и их метаболическая активность подавляется абсцизовой кислотой. В северных и высокогорных лесах преобладают хвойные породы с игловидными листьями, покрытыми толстой кутикулой. Такое строение снижает интенсивность транспирации летом, а также вероятность повреждения ветром и снегом зимой, а с наступлением теплового периода позволяет сразу же начать фотосинтез, что дает этим породам преимущество перед листопадными. Разнообразные виды однолетних растений имеют короткие периоды роста и переносят холодный период, образуя холодостойкие семена и подземные органы.
Многие растения умеренных областей, чтобы выйти из состояния покоя, нуждаются в воздействии низких температур. Например, почки сирени весной развиваются быстрее после холодной зимы, чем при выращивании этого кустарника в постоянных теплых условиях. Другие примеры влияния низкой температуры на рост растений рассмотрены в гл. 16 и разд. 22.4.
19.3.3. Адаптации растений к высоким температурам
Во многих регионах мира высокие температуры воздуха сочетаются с дефицитом воды, и адаптации, наблюдаемые здесь у растений, часто бывают связаны, с одной стороны, со способностью переносить засуху, а с другой — с необходимостью испарять воду для охлаждения.
Растения не способны укрываться от зноя, перемещаясь, как животные, в тень, поэтому избегают перегрева с помощью структурных и физиологических адаптации. Сильнее всего воздействию высокой температуры подвергаются наземные части растения, а наибольшей поверх-
Гомеостаз 405
ностью обладают листья. Листья отличаются малой толщиной и большим отношением их площади поверхности к объему, что облегчает газообмен и поглощение света. Кроме того, такое строение лучше всего предотвращает повреждения от перегрева. Тонкий лист обладает относительно небольшой теплоемкостью и поэтому обычно принимает температуру окружающей среды. У растений жарких стран связанную с этим опасность перегрева уменьшает образование блестящей кутикулы, выделяемой эпидермисом и отражающей значительную часть падающих на нее солнечных лучей, что препятствует поглощению тепла. На большой площади поверхности листьев имеются многочисленные устьица, через которые осуществляется транспирация. В жаркую сухую погоду растение может терять за счет транспирации до 0,5 кг воды в 1 ч на 1 м2, что эквивалентно 350 Вт тепловой энергии на 1м2 и составляет примерно половину общего количества энергии, поглощаемой растением. Все эти механизмы позволяют растению до некоторой степени регулировать свою температуру.
