Влияние внешних факторов на жизнедеятельность Алое древовидного

Любое живое существо на Земле характеризуется устойчивостью к неблагоприятным факторам среды. Рост и развитие растений напрямую связаны с условиями окружающей среды. Основными внешними факторами являются тепло, свет, влага, воздух и питательные вещества. Все они одинаково значимы и поэтому необходимо знать, роль каждого из них в жизни, чтобы иметь возможность управлять этими факторами. Все факторы воспринимаются разными видами организмов по-разному.

Изучая влияние факторов окружающей среды на рост и развитие растений, а также механизмы их адаптации к изменяющимся условиям среды произрастания, можно предсказывать, как изменится лицо нашей зелёной планеты при определённых климатических изменениях, какие виды растений погибнут, а какие, возможно, появятся. Действия факторов проходят через клетки и выражаются в определенных морфологических изменениях или нарушение структур клеток. Эти изменения определяются как силой и характером действия самого фактора, так и устойчивостью организма.

Алое - это растение, которое является неприхотливым к условиям существования. Еще в древности арабы считали алоэ символом терпения – за стойкость к засухе, за неприхотливость. Выпаренный сок так и называли – сабур (с арабского «терпение»). И. А. Гончаров видел на мысе Доброй Надежды цветок алоэ, который рос без всякого грунта. «Посади его в пустой стакан, в банку, поставь просто на окно или повесь на стену и забудь – он будет расти, не завянет, не засохнет.

Всем известно, что уникальность целебных свойств алоэ обусловлена полупрозрачным, густым желе, скрывающимся в листьях. В соке растений много ферментов и витаминов. Зная о неприхотливости растения человек, часто забывает полить, внести удобрение, не задумывается о температурных и световых условиях, благоприятных для более быстрого роста и размножения растения. Данное растение, как объект для исследования выбрали неслучайно. Алое - растение суккулент, обладающее способностью накапливать воду в мякоти листа, а значит противостоять не которым неблагоприятным факторам окружающей среды.

Алоэ древовидное – многолетнее травянистое растение, представитель семейства Лилейных.

Внешние признаки:

- Корневая система мочковатая, корни цилиндрические, сильно разветвлённые.

- Листья – сочные, мечевидной формы, длиной 15-45см. Ширина - у основания 2-5,5см, толщина – 0,7-1,5см. С верхней стороны - листовые пластинки вогнутые, с нижней — выпуклые. Листья - голые, толстые, мясистые, покрытые восковым налетом, с зубчатым краем. Воск предохраняет лист алоэ от смачивания. Если отрезать кусочек листа алоэ, то можно увидеть тонкую ярко зелёную полоску снаружи и блестящую похожую на желе водную ткань внутри. В листьях алоэ находится замечательное вещество алоин, которое обладает целебными свойствами. Листья имеют слабый своеобразный запах и очень горький вкус.

- Стебель растения тонкий, изогнутый, желтовато – коричневый, прямостоячий, ветвистый. От одного корня отходят несколько стеблей. На стебле заметны кольцевые углубления – следы от опавших листьев.

- Цветки беловато – зеленого цвета, с красным отгибом зубцов околоцветника. Околоцветник простой, состоящий из шести лепестков, сростнолистный. В культуре растение цветет зимой.

- Плод – коробочка с многочисленными семенами.

В диком виде растет в Южной Африке, преимущественно в саваннах. В России широко распространено в комнатной культуре, часто выращиваемое как декоративное растение, цветет очень редко или вообще не цветет.

Алоэ – исключительно неприхотливое растение, хорошо переносящее отсутствие влаги, солнечных лучей, жару и холод. Объясняется это наличием в его экстракте биогенных стимуляторов – веществ, образующихся в тканях алоэ при неблагоприятных условиях и противостоящих процессу гибели клеток самого растения.

Тем не менее, при уходе за растением необходимо соблюдать следующие требования:

Освещение: светлое, солнечное место.

Полив: умеренный, зимой полив редкий. Избегать застоя влаги. На розетки воду не лить. Удобрять летом раз в месяц в очень малой дозировке.

Влажность воздуха: опрыскивать листья не обязательно.

Температура: умеренная с весны до осени. Любят, чтобы дневная и ночная температура довольно сильно различались. Зимой в прохладном месте при 5-10°C, неплохо переносят температуру в 6°C.

Размножение: боковыми побегами, стеблевыми и листовыми черенками. Перед посадкой черенки подсушивают.

Вредители, болезни: Филлоксера и мучнистый червец, загнивание корней при застое воды.

1. 2. Физиологические основы устойчивости растений

В настоящее время особое внимание уделяется выведению комнатных растений, не только устойчивых к вирусным инфекциям, гербицидам, насекомым, но и устойчивых к абиотическим факторам. Живые организмы обладают удивительным свойством сочетать устойчивость, при изменяющихся условиях среды и приспособленность к этим условиям.

Под действием неблагоприятных факторов в растениях, развивается особое состояние, называемое стрессом. Теория стресса была сформулирована Гансом Селье, а термин «стресс» в физиологию растений был заимствован в медицинской науке. В настоящие время существуют различные стрессы: климатический, водный, осмотический, температурный и даже экологический.

Выделяют три фазы реакция растений на воздействие неблагоприятных факторов:

- первичная стрессовая реакция;

- адаптации;

- повреждения - истощение, гибель;

Первичная стрессовая реакция - наблюдаются значительные отклонения в физиолого-биохимических процессах, проявляются как симптомы повреждения, так и защитная реакция. Значение защитных реакций состоит в том, что они направлены на устранение возникающих повреждений. Если воздействие слишком велико, организм погибает ещё в стадии тревоги в течение первых часов.

Адаптация - организм либо приспосабливается к новым условиям существования, либо повреждения усиливаются. При медленном развитии неблагоприятных условий организм легче приспосабливается к ним. После окончания фазы адаптации растения нормально растет и развивается в неблагоприятных условиях уже в адаптированном состоянии при общем пониженном уровне процессов.

В фазу повреждения - нарушается обмен веществ. При сильной напряжённости стресса, превышающей пороговое для организма значение, растение гибнет.

Прекращение действия стресс-фактора и нормализации условий среды включается процессы репарации, т. е. восстановление или ликвидации повреждения.

Устойчивость растений к неблагоприятным условиям имеет разный характер. Она может быть основана на том, что организм тем или иным путём избегает их воздействия. Например, одни растения запасают воду (суккуленты) и тем самым избегают обезвоживания при засухе, другие растения, с очень коротким вегетационным периодом, приурочивают свою жизнедеятельность ко времени выпадения осадков.

Из неблагоприятных условий, которые вызывают стресс у растительных организмов, наиболее часто встречающимися стрессорами являются:

- недостаток воды

- излишки воды

- высокая температура

- низкая температура

- световой режим

- высокая концентрация солей.

1. 3. Влияние фактора света на рост растения

Практически единственным источником энергии для всех живых организмов является энергия солнца. Напрямую утилизировать солнечную энергию может только одна группа организмов - зеленые растения. Речь идет об уникальном природном явлении - фотосинтезе. Все остальные организмы, по сути, поглощают энергию солнца, преобразованную зелеными растениями в энергию химических связей.

Значение света для растительности очень велико - как для выработки жизненных форм и растительных сообществ, так и для местного распределения растений. Большое влияние на растения оказывают изменения напряженности света и продолжительность освещения. Свет оказывает влияние:

На питание: в отсутствии света нет усвоения вещества - угольной кислоты, нет жизни на земле. Слишком сильное освещение влияет вредно; т. к. увеличивается нагревание и испарение.

На испарение: часть световых лучей превращается в растении в теплоту, содействующую испарению. В этом отношении существует для каждого вида растений свой предел. От слишком сильного испарения растения защищают себя различным образом.

Свет, оказывает влияние на явления роста, движения и все жизненные процессы. В случае недостаточного освещения растения растут плохо, истощаются и гибнут.

По требовательности к освещённости, необходимой для оптимального фотосинтеза, различают:

Светолюбивые

Тенелюбивые теневыносливые.

Светолюбивые растения - требуют много света и способные переносить лишь незначительное затенение. К светолюбивым относятся почти все кактусы и другие суккуленты;

- Листья равносторонни, если они занимают вертикальное положение. Примеры - это растительность сухих и жарких стран. Только нижняя поверхность двусторонних листьев светолюбивых растений снабжена устьицами или, по крайней мере, они здесь более многочисленны, чем на верхней стороне (исключение представляют некоторые альпийские растения) и погружены в ткань листа.

Тенелюбивые растения - довольствуются незначительным освещением и могут существовать в тени. К тенелюбивым относятся различные хвойные растения, папоротники. Листья тенелюбивых растений всегда двусторонни. Имеют матовый цвет и увядают на сухом воздухе гораздо быстрее листья светолюбивых растений. У теневых растений устьица распределены равномерно на обеих сторонах листа, во всяком случае, однако более многочисленны на нижней стороне, и вместе с тем лежат в одной плоскости со всей поверхностью листа или даже приподняты над нею.

Теневыносливые растения - занимают промежуточное положение. Часто хорошо развиваются в условиях нормального освещения, но могут при этом переносить и затемнение.

Растения в темноте растут гораздо быстрее, чем на свету. Свет задерживает рост. Выросшие в темноте растения отличаются от нормальных растений не только скоростью роста, но и всем своим внешним видом, а также анатомическим строением, и называются этиолированными. Листья этиолированных растений желтого, редко почти белого, стебли же всегда белого цвета. Растения, не дающие в темноте стеблей, образуют в темноте листья значительно длиннее, чем на свету. Если растения в темноте образуют стебли, то в этом случае междоузлия их почти всегда значительно длиннее, чем на свету. Листья же таких растений в темноте не развиваются и остаются в зачаточном состоянии. При длительном отсутствии света в пластидах происходит разрушение хлорофилла.

1. 4. Влияние фактора температуры на рост растения

Тепло – один из важнейших факторов. Все растения для своего нормального роста и развития требуют определенный температурный режим. По своему отношению к теплу все они делятся:

▪ растения, отлично развивающиеся при любых положительных температурах, - фикус, драцена, корделина и. т. д. ;

▪ растения, которые могут расти и в холодных помещениях, - маслины, агава и т. д;

▪ теплолюбивые растения, нуждающиеся в температуре не ниже 250 С, - финиковые пальмы, орхидеи.

Высокая температура:

Растения различают по способности выносить повышенные температуры. Большинство растений начинают страдать при температуре 35-400С. Лучше переносят повышенную температуру обезвоженные органы: семена до 1200С, пыльца до700С. Однако есть высшие растения, главным образом растения пустынь - суккуленты, которые переносят повышение температуры до 600С.

Высокая температура оказывает губительное влияние на организмы, что вызывает повреждения мембран и белков. Высокая температура тормозит как фотосинтез, так и дыхание. Резко падает активность фитогормонов, что является одной из причин торможения ростовых процессов.

Для повышения устойчивости к высоким температурам используют различные методы закаливания. Так, чередование действия температур и нормального режима, позволяет получить более жаростойкие растения.

Низкая температура:

Растения устойчивые к низким температурам подразделяют на холодостойкость и морозоустойчивость. Под холодостойкостью понимают способность теплолюбивых растений переносить низкие положительные температуры, под морозоустойчивость - способность растений переносить отрицательные температуры. Теплолюбивые растения сильно страдают при положительных пониженных температурах. Внешними симптомами страдания растений являются увядание листьев, появление пятен.

1. 5. Влияние фактора воды на рост растения

Вода является важным фактором, определяющим благоприятное развитие растений. Она составляет от 70 до 95% сырой массы растений. На создание всех органов растений требуется огромное количество воды – до 300-800 кг воды на 1кг сухого вещества. Основной источник воды для растения – почвенная влага.

По отношению к воде все растения делятся на четыре экологические группы:

▪ гидрофиты – водные растения, которые погружены в воду целиком или частично;

▪ гигрофиты – растения увлажненных мест обитания;

▪ мезофиты – растения, обитающие в среде со средним уровнем обеспеченности водой, не имеющие выраженных приспособлений к избытку или недостатку воды;

▪ ксерофиты – растения, обитающие в среде, характеризующиеся резким недостатком воды.

Остановимся на физиологической характеристике ксерофитов, к которым относится наше исследуемое растение.

Ксерофиты - растения засушливых местообитаний, которые в высокой степени обладают способностями к приспособлению к перерывам в водоснабжении. Это растения, запасающие влагу. К этой группе относятся суккуленты, прежде все кактусы, а также растения, принадлежащие к семейству толстянковых. Эти растения накапливают влагу в толстых, мясистых стеблях или в утолщённых листьях. Листовыми суккулентами являются агавы, алоэ, очиток, молодило. К стеблевым суккулентам относятся кактусы, молочаи. Испаряющая поверхность сильно сокращена. Листья часто редуцированны, вся поверхность покрыта толстым слоем кутикулы. Суккуленты обладают широко распространяющиеся корневой системой. Клетки корня характеризуются сравнительно низкой концентрацией клеточного сока. Эта группа растений произрастает в районах, где резко засушливые периоды сменяются периодами дождей, их корневая система приспособлена к поглощению этой дождевой воды. В остальное время они живут за счёт воды, запасаемой в мясистых органах, причём эта вода тратится чрезвычайно медленно. По мере уменьшения содержания воды в клетках интенсивность транспирации падает.

Растения этой группы не являются устойчивыми к засухе, к водному стрессу. Так, кактусы обезвоживание переносят сравнительно плохо, начинают страдать и погибают. Вместе с тем они устойчивы к высоким температурам. Таким образом, это растения, запасающие воду и экономно её расходующие в процессе медленного роста.

Из всех физиологических процессов наиболее чувствительным к недостатку влаги является процесс роста. Наблюдения показывают, что в самый начальный период, когда растение испытывает недостаток влаги, фотосинтез ещё идёт, дыхание осуществляется нормальным путём, а рост уже приостанавливается.

Избыток влаги в почве также оказывает крайне неблагоприятное влияние на растение. Этот фактор действует при заболачивании почв, временном или постоянном переувлажнении.

Особенностью затопления, как стресс - фактора, является сочетание высокой оводненности и нарушение кислородного режима в корнеобитаемой зоне. Доступ кислорода к корням растений затрудняется или совсем прекращается. Известно, что обычно корни поглощает кислород, необходимый для дыхания, прямо из почвы. В результате в надземных органах обнаруживается недостаток питательных веществ. Наблюдается задержка роста растений. Однако показана различная реакция на затопление органов растений: рост побегов иногда ускоряется, а рост подземных органов всегда тормозится.

Методика исследований

2. 1. Описание объектов исследования

Для своего исследования я выбрала растение Алое древовидное. Четыре побега растения были взяты с материнского растения возрастом 5 лет, возраст исследуемых побегов в среднем 6-12 месяцев.

Опытные образцы посажены 2 октября 2009 г. Все объекты были использованы для изучения влияния внешних условий на жизнедеятельность растения .

Растение №1: контрольное;

L бол. = 163 мм

L мал. = 65 мм, где L бол. – длина большой листовой пластинки;

L мал – длина малой листовой пластинки.

Растение №2: экспериментальное;

L бол. = 165 мм

L мал. = 53 мм

Растение №3: экспериментальное;

L бол. = 130 мм

L мал. = 110 мм

Растение №4: экспериментальное;

L бол. = 130 мм

L мал. = 65 мм

Растения со слабо выраженной корневой системой, листья плотной консистенции, сочного зеленого цвета. При рассмотрении кожицы под микроскопом – хлоропласты крупные, заполненные темно-зеленым хлорофиллом.

2. 2 Методы исследования

В своем исследовании использовала методы:

▪ Измерения;

▪ Наблюдения;

▪ Анализ и обобщение результатов;

Использовала оборудования:

▪ Линейка;

▪ химический стакан;

▪ термометр.

1) Линейка – планка для вычерчивания прямых линей, для измерений.

2) Химический стакан – стеклянный сосуд, близкий по форме к цилиндру или усеченному конусу, без ручки;

3) Термометр – это прибор для измерения температуры.

I. Измерение растений проводилось один раз в неделю, с 2. 10. 09 по 11. 12. 09 г. г. Замер производился при помощи линейки - у каждого растения двух листовых пластинок – большой и малой. Длину измеряли от почвы до вершины листовой пластинки .

Растение №1: контрольное

Алоэ находилось при всех благоприятных условий:

- полив 50 мл. - 1 раз в три недели;

- температура воздуха в помещении 18-200 С.

Растение №2: экспериментальное

Алое находилось при полном отсутствие естественного и искусственного освещения;

- полив 50 мл. - 1 раз в три недели;

- температура воздуха в помещении 180 С;

- отсутствие освещения.

Растение №3: экспериментальное

Алоэ находилось в условиях повышенной температуры;

- полив 50 мл. - 1 раз в три недели;

- температура воздуха в помещении 350С, (повышение температуры происходило за счет нагрева отопительных батарей);

- умеренное освещение.

Растение №4: экспериментальное

Алоэ испытывало избыток влаги в почве;

- полив 50 мл. - 1 раз в неделю;

- температура воздуха в помещении 18-200 С;

- умеренное освещение.

II. Все полученные измерения записывались в таблицу 1.

Таблица 1

№ дата / длина (мм)

растения

№1 №2 №3 №4

Контрольное растение. Экспериментальное Экспериментальное Экспериментальное растение растение растение

Результат исследования

1. В результате проведения эксперимента с 2. 10. 09 по 11. 12. 09г. г. , по влиянию внешних факторов окружающей среды - света, температуры и воды на рост Алое древовидное получили следующие результаты (таблицы 3-7, приложение 3):

Таблица 3

Алоэ №1: контрольное

Листовая пластинка Начало эксперимента Конец эксперимента

L бол 163 мм 178 мм

L мал. 65 мм 98 мм

Таблица 4

Алоэ №2: - отсутствие естественного и искусственного освещения;

Листовая пластинка Начало эксперимента Конец эксперимента

L бол 165 мм 185 мм

L мал. 53 мм 72 мм

Таблица 5

Алоэ №3: - температура воздуха 350 С

Листовая пластинка Начало эксперимента Конец эксперимента

L бол 130 мм 171 мм

L мал. 110 мм 133 мм

Таблица 6

Алоэ №4: - избыток влаги в почве;

Листовая пластинка Начало эксперимента Конец эксперимента

L бол 130 мм 155 мм

L мал. 65 мм 111 мм

Таблица 7

Сумма прироста листовых пластинок растения

№ растения Увеличение листовых пластинок (мм) Общая сумма прироста двух листовых пластинок

№ 1 контрольное 15 / 33 48

№ 2 отсутствие света 20 / 19 39

№ 3 t 350 С 41 / 23 64

№ 4 затопление 25 / 46 71

2. Влияние факторов отразилось на внешнем облике растений (таблица 8, приложение 4):

Таблица 8

№ 1 контрольное Внешние изменения проявились в увеличении размеров листовых пластинок. Листья плотной консистенции, насыщенного зеленого цвета.

№ 2 отсутствие света Резкое удлинение листовых пластинок, пожелтение верхушек, образование матовости у основания листовых пластинок. Гибель растения.

№ 3 t 350 С Пожелтение, засыхание, свертывание в трубочку листовых пластинок. Отпадывание листовых пластинок;

Стебель матово-белого цвета.

№ 4 затопление Нарушение плотности листовых пластинок.

1. Усиление воздействия внешних факторов вызывает стрессовое состояние, при котором у растений вырабатывается - приспособление или происходит гибель организма.

2. Алое древовидное, при повышении температуры и отсутствии частого полива привело к частичному нарушению целостности организма. Вероятно, в том случае если к фактору температуры усилить фактор воды растение будет благоприятно развиваться.

3. Фактор света наиболее важный для растения, при котором идет образование органических веществ. Увеличение темновой части дня благоприятно влияет на рост растения, но полное отсутствие света отрицательно повлияло на экспериментальное растение. Растение погибло.

4. Фактор воды - наименьше всех подверг растение стрессу. Внешние изменения проявились в нарушении плотности листовых пластинок.

5. Растение, находившееся при благоприятных факторах, получило небольшой прирост листовых пластинок, но не проявило ни каких внешних изменений в отрицательную сторону.

5. Любой фактор внешней среды при его усилении через определенное время - через неделю или три месяца, если растение не приспособилось к этому фактору, приведет растение к стрессу и его гибели.