Биоэкология

Растения являются организмами прикрепленными, они должны существовать в условиях температур, характерных для мест их произрастания. Тепловой режим растений достаточно изменчив. Температура разных органов различается в зависимости от их расположения относительно падающих солнечных лучей и степени нагретости слоев воздуха. Тепло поверхности почвы и приземного слоя воздуха играет очень важную роль для арктических и высокогорных растений. Приземистость, шпалерные и подушковидные формы роста, прижатость листьев к субстрату позволяет растениям лучше использовать тепло в условиях, где его мало.

В дни с переменной облачностью надземные органы растений испытывают резкие перепады температуры. Например, у жителя дубрав – пролески сибирской, когда облака закрывают солнце, температура листьев может упасть с +(25–27)° С до +(10–15)° С, а затем, после того как появится солнце, подняться до прежнего уровня. У многих растений разница температур может быть заметна даже в пределах одного листа. Верхушка и края листьев могут быть холоднее, поэтому при ночном охлаждении в этих местах в первую очередь конденсируется роса и образуется иней.

Важная адаптация отведения избытка тепла и предотвращения ожогов – устьичная транспирация. Усиление транспирации при повышении температуры окружающей среды охлаждает растение. Однако это эффективно только в условиях достаточного водообеспечения, что редко бывает в засушливых экосистемах.

Морфологические адаптации растений направлены на предотвращение перегрева. Это происходит благодаря густой опушенности листьев, рассеивающей часть солнечных лучей, а глянцевитая поверхность, способствует их отражению.

По степени адаптации к высоким температурам можно выделить следующие группы растений:

– нежаростойкие растения повреждаются уже при +(30–40) °С (водные цветковые, ряд растений наземных экосистем);

–жаровыносливые растения переносят получасовое нагревание до +(50–60) °С (растения сухих местообитаний).

Ряд растений регулярно испытывают действие пожаров, когда температура кратковременно повышается до сотен градусов. Пожары регулярны в саваннах, в сухих жестколистных лесах и ряде других экосистем. Там произрастают вместе с другими растениями группа – растений-пирофитов, устойчивых к пожарам. У деревьев этой группы на стволах толстая корка, пропитанная особыми огнеупорными веществами, надежно защищающими внутренние ткани. Плоды и семена пирофитов имеют толстые, часто одревесневшие покровы, которые растрескиваются, будучи опалены огнем.

По степени адаптации растений к недостатку тепла можно выделить три группы:

–нехолодостойкие растения – сильно повреждаются или гибнут при температурах, еще не достигающих точки замерзания воды. Гибель связана с инактивацией ферментов, нарушением обмена нуклеиновых кислот и белков. К представителям этой группы относятся растения тропических лесов, водоросли теплых морей;

–неморозостойкие растения  переносят низкие температуры, но погибают, если в тканях начинает образовываться лед. В холодное время у них повышается концентрация осмотически активных веществ в клеточном соке и цитоплазме, что понижает точку замерзания до –7 °С. Вода в клетках может охлаждаться ниже точки замерзания без немедленного образования льда. Представителями этой группы являются растения вечнозеленых субтропических лесов.

–льдоустойчивые или морозоустойчивые растения – это растения, произрастающие в областях с сезонным климатом, с холодными зимами. Несмотря на сильные морозы, надземные органы деревьев и кустарников сохраняют жизнеспособность, так как в клетках кристаллический лед не образуется. Растения подготавливаются к перенесению морозов постепенно, проходя предварительную закалку после того, как заканчиваются ростовые процессы. В результате закалки накапливаются в клетках сахара (до 20–30 %), производные углеводов, некоторые аминокислоты и другие защитные вещества, связывающие воду. Морозоустойчивость клеток повышается, так как связанная вода труднее оттягивается образующимися во внеклеточных пространствах кристаллами льда. Подушковидные формы у арктических и горных растений– одна из адаптаций растений к низким температурам.

Оттепели в конце зимы вызывают существенное снижение устойчивости растений к низким температурам. После окончания зимнего покоя закалка утрачивается. Весенние заморозки, наступившие внезапно, могут оказать повреждающее действие на растения.

Большую роль в приспособлении к неблагоприятным температурам играет теплоустойчивость белков клеточных структур.

Наиболее важны биохимические адаптации для некоторых бактерий и растений, им труднее избежать действия неблагоприятных температур, чем животным, так как последние обладают подвижностью и могут покинуть неблагоприятные места обитания.