Контрольная работа по "Биология"

 Зимостойкость как  устойчивость к комплексу неблагоприятных  факторов перезимовки.

Непосредственное действие мороза на клетки - не единственная опасность, угрожающая многолетним травянистым и древесным культурам, озимым растениям в течение зимы. Помимо прямого действия мороза растения подвергаются еще ряду неблагоприятных факторов. В течение зимы тем­пература может существенно колебаться. Морозы нередко сменяются кратковременными и длительными оттепелями. В зимнее время нередки снежные бури, а в бесснежные зимы в более южных районах страны - и суховеи. Все это истощает растения, которые после перезимовки выходят сильно ослабленными и в последующем могут погибнуть.

Особенно многочисленные неблагоприятные воздействия испытывают травянистые многолетние и однолетние растения. На территории России в неблагоприятные годы гибель посевов озимых зерновых достигает 30—60 %. Погибают не только озимые хлеба, но и многолетние травы, плодовые и ягодные многолетние насаждения. Кроме низких температур озимые растения повреждается и гибнут от ряда других неблагоприятных факторов в зимнее время и ранней весной: выпревания, вымокания, ледяной корки, выпирания, повреждения от зимней засухи.

 Выпревание, вымокание, гибель под ледяной коркой, выпирание, повреждение от зимней засухи.

Выпревание. Среди перечисленных невзгод первое место занимает выпревание растений. Гибель растений от выпревания наблюдается преимущест­венно в теплые зимы с большим снеговым покровом, который лежит 2—3 месяца, особенно если снег выпадает на мокрую и талую землю. Исследования показали, что причина гибели озимых от выпревания — истощение растений. Находясь под снегом при температуре около О °С в сильно увлажненной среде, почти полной темноте, т. е. в условиях, при которых процесс дыхания идет достаточно интенсивно, а фотосинтез исключен, растения постепенно расходуют сахара и другие запасы питательных веществ, накопленные в период прохождения первой фазы закаливания, и погибают от истощения (содержание Сахаров в тканях уменьшается с 20 до 2—4 %) и весенних заморозков. Такие растения весной легко повреждаются снежной плесенью, что также приводит к их гибели.

Вымокание. Вымокание проявляется преимущественно весной в пониженных местах в период таяния снега, реже во время длительных оттепелей, когда на поверхности почвы накапливается талая вода, которая не впитывается в замершую почву и может затопить растения. В этом случае причиной гибели растений служит резкий недостаток кислорода (анаэробные условия - гипоксия). У растений, оказавшихся под слоем воды, нор­мальное дыхание прекращается из-за недостатка кислорода в воде и почве. Отсутствие кислорода усиливает анаэробное дыхание растений, в результате чего могут образоваться токсичные вещества и растения погибают от истощения и прямого отравления организма.

Гибель под ледяной коркой. Ледяная корка образуется на полях в районах, где частые оттепели сменяются сильными морозами. Действие вымокания в этом случае может усугубляться. При этом происходит образование висячих или притертых (контактных) ледяных корок. Менее опасны висячие корки, так как они образуются сверху почвы и практически не соприкасаются с растениями; их легко разрушить катком.

При образовании же сплошной ледяной контактной корки растения полностью вмерзают в лед, что ведет к их гибели, так как и без того ослабленные от вымокания растения подвергаются очень сильному механическому давлению.

 Выпирание. Повреждение  и гибель растений от выпирания  определяются разрывами корневой  системы. Выпирание растений наблюдается, если осенью морозы наступают  при отсутствии снежного покрова  или если в поверхностном слое  почвы мало воды (при осенней  засухе), а также при оттепелях, если снеговая вода успеет  всосаться в почву. В этих случаях  замерзание воды начинается не  с поверхности почвы, а на некоторой  глубине (где есть влага). Образующаяся  на глубине прослойка льда  постепенно утолщается за счет  продолжающегося поступления воды  по по­чвенным капиллярам и поднимает (выпирает) верхние слои почвы вместе с растениями, что приводит к обрыву корней растений, проникших на значительную глубину.

Повреждения от зимней засухи. Устойчивый снеговой покров предохраняет озимые злаки от зимнего высыхания. Однако они в условиях бесснежной или малоснежной зимы, как и плодовые деревья и кустарники, в ряде районов России часто подвергаются опасности чрезмерного иссушения постоянными и сильными ветрами, особенно в конце зимы при значительном нагреве солнцем. Дело в том, что водный баланс растений складывается зимой крайне неблагоприятно, так как поступление воды из замерзшей почвы практически прекращается.

Для уменьшения испарения воды, неблагоприятного действия зимней засухи плодовые древесные породы образуют на ветвях мощный слой пробки, сбрасывают на зиму листья.

185. Основные условия  эффективного использования света

Производство начинается с процесса фотосинтеза в зеленых растениях, для чего требуется солнечная энергия, наличие достаточного количества воды и углекислого газа. В результате образуется биомасса растений. Но процесс фотосинтеза имеет чрезвычайно низкую эффективность, в основном из-за слабого использования солнечной энергии зелеными растениями.

Во всех фотосинтезирующих организмах, за исключением бактерий, органические вещества вырабатываются из углекислого газа и воды с выделением кислорода. Фотосинтезирующие процессы в высших растениях и некоторых водорослях осуществляются в их клеточных структурах - хлоропластах, внутренняя мембрана которых особым образом упакована. Именно в этой мембране локализуются все пигменты, а также ферменты, необходимые для первичных фотореакций. Хлоропласты содержат пигменты: хлорофилл (зеленого цвета) - в растениях и сине-зеленых водорослях, каратиноиды - каротины (оранжевого цвета), ксантофиллу (желтого цвета), а также фика-билипротеиды - в красных и сине-зеленых водорослях. Свет поглощают все пигменты, но только активные фотосинтезирующие пигменты выполняют при этом фотохимическую работу, необходимую для построения биомассы растений. Хлорофиллы поглощают свет в ультрафиолетовой, синей и красной областях спектра, каратиноиды - в ультрафиолетовой, синей и сине-зеленой областях. В зеленой и желтой областях свет не поглощается и фотосинтез не происходит. Хотя коэффициент полезного действия (КПД) использования солнечной энергии растениями теоретически был оценен в пределах 10-20 %, фактически используется меньше 1 % солнечной энергии. Отметим, что в тропическом климате этот процесс реализуется растениями с более высоким КПД. Но даже у растений типа сахарного тростника, в котором эффективность фотосинтеза очень высока, средний КПД не превышает 3 % в течение всего периода роста.

Многочисленные исследования показали, что эффективность хлоропластов, которые поглощают в основном в ультрафиолетовом диапазоне света и немного в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне (солнечный свет состоит из ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений), не может быть существенно увеличена. Это означает, что производство биомассы сельскохозяйственных продуктов достигло максимального уровня. При этом, если учитывать области спектра падающего солнечного света, которые не участвуют в процессе фотосинтеза, то можно сделать вывод что используется не более 20 % всей энергии падающего солнечного света. Следовательно, для увеличения производства биомассы необходимо, в первую очередь, сделать возможным использование видимого света и инфракрасного излучения. В совокупности неиспользованный видимый свет и инфракрасное излучение составляют приблизительно 80 % общей солнечной энергии. Таким образом, если задействовать весь диапазон солнечного света, то можно существенно увеличить биомассу, следовательно, и объемы производства сельскохозяйственных растений.

Эффективные микроорганизмы (ЭМ), в отличие от хлорофилла растений, могут поглощать весь видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения. ЭМ, поглощая свет и синтезируя биологически активные вещества в процессе своей жизнедеятельности, в дальнейшем служат питательной средой для растений. Поэтому симбиоз (сосуществование) растений и микроорганизмов в принципе может решить проблему усвоения всего спектра солнечного излучения. При вышеупомянутых КПД усвоения солнечного света в отдельности у растений и микроорганизмов система (растение + микроорганизмы) окажется в этом вопросе в пять раз более эффективной. Следует отметить, что в семействе фотосинтезирующих микроорганизмов встречаются виды со значительно более высоким КПД усвоения энергии солнечного света.

Таким образом, дальнейшее совершенствование сельскохозяйственного производства связано с заменой отдельного растения системой (растение + микроорганизмы), что теоретически может в пять раз увеличить объем сельскохозяйственного производства за счет поглощения всего спектра солнечного излучения (вместо 20%, характерных для фотосинтеза растений).

Список литературы

1. Веретенников А.В. Физиология  растений: Учебн ./ А.В. Веретенников.– М.: Академический Проект. 2006.– 480 с.

2. Крючков В.А. Булатова  И.К. Практикум по физиологии древесных растений: Учебное пособие / В.А. Крючков, И.К. Булатова.– Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2006.– 247 с.

3. Лебедев С.И. Физиология  растений / С.И. Лебедев.– М.: Колос, 2008.–

544 с.

4. Плешков Б.П. Биохимия  сельскохозяйственных растений / Б.П. Плешков.– М.: Агропромиздат, 2007.– 494 с.

5. Третьяков Н.Н. Практикум  по физиологии растений / Под ред. Н.Н. Третьякова.– М.: КолоС, 2003.– 288 с.

6. Якушкина Н.И. Физиология  растений / Н.И. Якушкина, Е.Ю. Бахтенко. Владос, 2005.– 463 с.