Подробное решение параграф § 45 по биологии для учащихся 11 класса, авторов А.В. Теремов, Р.А. Петросова Углубленный уровень 2017
Вопрос. Рассмотрите рис. 192–194, 196, 197. Какие условия неживой природы действуют на изображённые на них организмы? Вспомните из курса физики, что такое свет и каков его спектральный состав.
Ответ. На рисунках изображено действие света, как экологического фактора. По отношению к свету растения делятся на светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Они отличаются по внешним и внутренним признакам.
Даже на одном растении можно найти различие у теневых и световых листьев. Например у сирени теневые листья больше по размерам. У световых листьев столбчатая ткань преобладает над губчатой, а у теневых наоборот. По отношению к свету животные делаться на дневных, ночных и сумеречных.
Длина светового дня влияет на рост и развитие растений и их фенологическое состоянию по отношению к продолжительности светового дня: длиннодневные, короткодневные, нейтральные.
Наукой доказано, что свет представляет собой электромагнитный спектр – последовательность монохроматических излучений, каждому из которых соответствует определенная длина волны электромагнитного колебания. Оптическая область спектра электромагнитных излучений состоит из трех участков: невидимых ультрафиолетовых излучений (длина волн 10-400 нм), видимых световых излучений (длина волн 400-750 нм), воспринимаемых глазом как свет и невидимых инфракрасных излучений (длина волн 740 нм – 1-2 мм). Световые излучения, воздействуют на глаз и вызывают ощущение цвета, при этом электромагнитные волны (нм) излучения имеют следующие цвета:
• 390-440 фиолетовый
• 440-480 синий
• 480-510 голубой
• 510-550 зеленый
• 575-585 желтый
• 585-620 оранжевый
• 630-770 красный
Дневной солнечный свет воспринимается человеком как наиболее естественный. А вот свет, ламп накаливания, более "теплый", то есть содержит больше красных тонов. В то же время освещение лампами дневного света отличается избытком синих тонов и поэтому кажется "холодным".
Вопрос. 1. Какую роль в жизни организмов играет солнечный свет?
Ответ. Одним из важных экологических факторов является свет. Он служит источником энергии для процесса фотосинтеза, обеспечивает поддержание теплового баланса в организме, водного обмена и является необходимым условием для ориентировки в пространстве. Основной источник света на Земле – Солнце. Солнечная радиация различается интенсивностью и качеством: ультрафиолетовые лучи, видимый спектр, инфракрасные лучи.
Вопрос. 2. Охарактеризуйте биологическое действие лучей с разной длиной волны. Какой участок солнечного спектра называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР)? Каково значение ФАР для растений? Как можно её регулировать?
Ответ. Различные участки солнечного спектра неравнозначны по своему биологическому действию. Коротковолновые ультрафиолетовые лучи (длина волн менее 290 нм) губительны для всего живого и задерживаются озоновым экраном – тонким слоем атмосферы, содержащим молекулы озона (О3). Небольшое количество длинноволновых ультрафиолетовых лучей (длина волн 290–380 нм) проникает сквозь озоновый экран, достигая поверхности Земли, и оказывает сильное бактерицидное воздействие. Кроме того, незначительная часть длинноволновых ультрафиолетовых лучей используется некоторыми животными организмами и человеком в обменных процессах, в частности для выработки антирахитичного витамина D, влияющего на кальциевый обмен.
Видимая часть солнечного спектра (длина волн 400–750 нм) поглощается фотосинтезирующими растениями и цианобактериями, а также является условием для ориентировки многих животных в окружающей среде – в поисках пищи, партнёров и благоприятных мест обитания. В пределах этой части солнечного спектра выделяют область фотосинтетически активной радиации – ФАР (длина волн 380–710 нм), поглощаемой хлорофиллом и другими пигментами и поэтому обладающей фотосинтетической активностью. По этой причине видимая часть солнечного спектра особенно важна для фототрофных организмов – основных производителей первичного органического вещества на планете. Видимый свет необходим для образования хлорофилла и формирования структуры гран хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата в листьях и стеблях, влияет на газообмен и транспирацию (испарение воды), активизирует ряд ферментов, стимулирует в растительном организме биосинтез белков и нуклеиновых кислот.
Инфракрасные, или тепловые, лучи (длина волн более 750 нм) – основной источник тепловой энергии. Они вызывают нагревание тел организмов, повышают в них уровень теплообмена и увеличивают испарение через покровы тела воды и пота. Инфракрасные лучи необходимы также и растениям: они создают благоприятные условия для поглощения углекислого газа через устьица.
Вопрос 3. На какие экологические группы разделяют растения по их отношению к свету? Приведите примеры растений разных экологических групп. Какое это имеет значение для распределения растений в растительных сообществах?
Ответ. Так, растения по отношению к свету разделяют на три экологические группы:
• Сциофиты (они же гелиофобы, теневые растения, тенелюбы) – это растения, живущие в замкнутых пространствах леса. Прекрасно чувствуют себя в полутемных и влажных лесных «коридорах». При воздействии прямых солнечных лучей свыше 20-30 минут погибают от перегрева. К ним относятся кислица, папоротники, мхи, плауны, хвощи, молодая поросль хвойных деревьев;
• Сциогелиофиты (они же теневыносливые растения) – Это большинство растений, произрастающих в России. Отдают предпочтения светлым местам, но могут свободно переносить небольшое затемнение. К ним относятся клен остролистный, липа, многие кустарнички (малина, смородина, боярышник) и травы (подорожник, тысячелистник, василек, иван-да-марья);
• Гелиофиты (они же световые растения, светолюбы) – это растения, живущие на открытых пространствах, с избытком солнечного света. При его недостатке быстро хиреют и даже умирают. К ним относятся береза белая, дуб монгольский, сосна могильная, лишайники кустистые, клевер ползучий, подсолнечник и т.д.
В растительных сообществах растения разделяются на ярусы, что снижает их конкуренцию и ослабляет борьбу за существование.
Вопрос 4. Опишите значение света для животных. На какие экологические группы разделяют животных по их отношению к свету? Приведите примеры таких животных.
Ответ. Для животных свет не является таким необходимым фактором, как для растений, поскольку все они гетеротрофы и существуют благодаря энергии, накопленной автотрофными организмами. Тем не менее и в жизни животных свет играет важную роль. По отношению к свету животных также разделяют на три экологические группы: дневные, сумеречные и ночные. Они проявляют свою активность в зависимости от разного уровня освещённости. Для дневных животных свет является сигналом к активному передвижению, поиску пищи, партнёров, а для ночных животных – сигналом к снижению активности и переходу ко сну. Представители экологических групп животных по отношению к свету: дневные – белка европейская; сумеречные – майский жук; ночные – серый ушан.
Вопрос 5. Что такое фотопериодизм? Каково его значение для жизни организмов?
Ответ. Сигнальная роль света как экологического фактора проявляется в фотопериодизме. Фотопериодизм (от греч. photos – свет и periodos – круговращение) – реакции организмов на сезонные изменения длины дня и ночи, проявляющиеся в колебании интенсивности и характера физиологических процессов.
Под действием реакции фотопериодизма растения переходят от вегетативного роста к зацветанию. Эта особенность является проявлением адаптации растений к условиям существования, и позволяет им переходить к цветению и плодоношению в наиболее благоприятное время года.
Помимо реакции на свет, известна также реакция на температурные воздействия – яровизация растений.
За восприятие фотопериодических условий у растений отвечают особые рецепторы листьев (например, фитохром).
Животные также обладают фотопериодизмом, что проявляется в чередовании различных сезонных явлений: прилётах и отлётах птиц, гнездовании, весенней и осенней линьках, впадении в спячку и т. п.
Вопрос 6. Каково значение сезонного изменения продолжительности дня и ночи для растений? Какие растения относят к длиннодневным, а какие к короткодневным и нейтральным? Приведите примеры. В чём значение их совместного произрастания?
Ответ. Растения реагируют на сезонные изменения длины дня и ночи началом роста и сменой фаз развития (распускание почек, цветение, плодоношение, листопад и т. п.). Длиннодневным растениям (лук, морковь, овёс, пшеница, ячмень, лён и др.) для цветения и плодоношения требуется освещённость не менее 12 часов в сутки. Короткодневным растениям (хризантемы, георгины, кукуруза, хлопчатник, капуста и др.) для этого необходим тёмный период не менее 12 часов в сутки. Нейтральные растения (бархатцы, виноград, флоксы, гречиха, сирень и др.) физиологически заметно не реагируют на изменение длины дня и ночи.
Данные растения, произрастая сосместно в растительном сообществе оказывают минимальное влияние друг на друга, снижая тем самым конкуренцию и борьбу за существование.
Вопрос 7. Обоснуйте важность изучения закономерностей фотопериодизма для сельскохозяйственной практики. Заложите опыт по изучению влияния света на растения.
Ответ. Человек использует фотопериодизм в своей практической деятельности. Например, увеличение зимой при помощи искусственного освещения светового дня до 12–14 ч даёт возможность выращивать в теплицах овощные и декоративные растения, продлевать период яйценоскости у кур, гусей, уток на птицефабриках, регулировать размножение пушных зверей на зверофермах, что обеспечивает повышение продуктивности производства.