Тепло как необходимое условие жизни растений

Тепло как необходимое условие жизни растений. Приспособление
растений к высоким и низким температурам.
§ 9. Для чего нужно тепло растениям.
Тепло — необходимое условие жизни. Растениям, как и всем организмам, для
нормальной жизни требуется определенное количество тепла в окружающей среде — в
почве и воздухе. Количество тепла условно можно выразить температурой.
Каждый вид произрастает там, где для него складываются благоприятные
температурные условия. Или, как говорят экологи, растения могут существовать только в
определенных температурных границах.
Северные растения тундры, например карликовая березка, морошка, куропаточья
трава и другие, приспособились расти в холодном климате, где мало тепла. Пальмы не
могут жить в средней полосе России, так как это теплолюбивые растения. Там, где растут
многие пальмы, обилие тепла, а морозов вообще не бывает.
Для одного и того же растения в разные периоды его жизни необходимо разное
количество тепла.
Температурные
условия и прорастание
семян. Для прорастания семян
бывают достаточны более
низкие температуры, чем для
дальнейшего роста растений,
цветения, плодоношения. У
клена остролистного семена
могут прорастать даже на
тонкой корочке льда,
покрывающей поверхность
почвы весной, если их
пригреет солнце.
Зимнее
промораживание семян часто
повышает их всхожесть. У дикорастущих растений в местах, где бывают холодные зимы,
семена промораживаются естественным образом. Семена культурных растений
подвергают в помещениях искусственному проможиванию. Семена таких растений, как
морковь, высевают под зиму; они прорастают раньше, чем посеянные весной, и урожай
бывает выше.
У некоторых растений семена прорастают при температурах почвы близких к 0о С.
В народе про овес говорят: “Сей в грязь - будешь князь”. Это значит, что овес можно сеять
ранней весной, когда почва еще не просохла и не прогрелась. Тогда урожай получится
высокий.
Однако, чтобы проросли семена теплолюбивых растений, почва должна хорошо
прогреться. В табл. 1 указаны температуры, при которых прорастают семена разных
растений.
Таблица 1.
Название растения
Температура, необходимая для
прорастания семян, оС
Клевер, люцерна, горчица Овес, рожь,
0-1
пшеница
1-2
Лен, гречиха, свекла
3-4
Кукуруза, просо
8-10
Огурцы
16
Финиковая пальма
30
Значение тепла для цветения растений. Для наступления цветения каждому виду
растения необходимо определенное количество света и тепла, поэтому растения
зацветают в разные сроки.
Ольха серая, мать-и-мачеха, подснежники цветут весной, когда местами еще лежит
снег, а ночью бывают заморозки.
Если весна затяжная и холодная, подснежники зацветают на 2-3 недели позже
обычного срока. В мае в средней полосе России цветут сады, хотя в это время тоже
случаются заморозки.
В середине лета, когда днем и ночью тепло, наступает, как говорят, разгар
цветения. Вспомните, какими красочными бываю это время луга. Цветут ромашки,
колокольчики, гвоздики, горошки, подмаренники и другие растения. Много в это время
цветущих растений на клумбах в садах и парках. Вспомните, какие растения цветут летом
в садах.
В конце лета, когда дни становятся прохладнее и ночи заметно холоднее, цветущих
растений бывает меньше. Зацветает пижма обыкновенная, цикорий обыкновенный,
кульбаба осенняя и др. Вы, наверное, замечали, что в огороде цветущие растения тоже
сменяют друг друга.
Эта последовательность и время начала цветения могут измениться, если лето
будет очень жарким или, наоборот, прохладным. Жарким летом цветение наступает
раньше, а прохладным и дождливым — позднее.
Если в сентябре долго держится теплая погода, то появляются цветки у растений,
обычно цветущих в мае или начале июня. Это явление называется вторичным цветением.
Его наблюдали у яблони, вишни, земляники лесной, лютиков, вероники дубравной,
одуванчика лекарственного и многих других растений.
Некоторые сорняки (мокрица, фиалка полевая) почти всегда уходят под снег с
цветками и бутонами. Весной, когда снег стает, бутоны раскрываются, растение зацветает.
То же наблюдали у небольшого тундрового растения брайи. В зиму это растение уходит с
цветками и бутонами. Долгая, холодная полярная зима лишь приостанавливает цветение.
С наступлением весны бутоны у брайи раскрываются, и она
продолжает цвести.
Тепло и созревание плодов. Созревание плодов может
происходить при более низких температурах, чем цветение. Ведь
у многих растений, цветущих в начале лета, плоды созревают в
конце лета или начале осени, когда дни становятся прохладнее, а
ночью могут быть заморозки.
Вопросы:
1. Почему прорастание семян у разных растений происходит при
разных температурах?
2. Какое значение имеет промораживание семян растений?
3. У каких растений цветение может прерываться зимними
холодами?
§ 10. Источники тепла и разнообразие
температурных условий на Земле
Какое тепло используют растения. Основной источник
тепла на Земле — Солнце. Недаром мы говорим: погреться на
солнышке, солнце пригревает, перегрелся на солнце.
Солнечные лучи, поглощенные поверхностью почвы,
растительностью, водной поверхностью, различными
предметами, нагревают их. Нагретые солнцем почва, все
предметы и поверхности излучают тепло, оно поступает в воздух.
Часть тепла уходит в космическое пространство, а часть задерживается атмосферой.
Удерживается тепло около поверхности Земли облаками, водяными парами,
некоторыми газами, содержащимися в атмосфере, в том числе и углекислым газом.
Вспомните, насколько теплее летние вечера и ночи при облачной погоде, чем при ясной.
Разнообразие температурных условий на Земле. На нашей планете создаются очень
разнообразные температурные условия, поэтому растения по-разному обеспечены теплом.
От температурных условий зависит продолжительность периода активного роста
растений. Этот период называют вегетационным. Его длительность для каждого растения
зависит от того, в каком тепловом поясе оно обитает.
В районах тропического пояса, где в течение всего года много тепла и влаги,
вегетационный период длится круглый год.
В умеренном поясе северного и южного полушарий вегетационный период
продолжается от весны до осени. Лето теплое, а весной и осенью бывают заморозки,
которые растения могут переносить.
В полярном поясе северного полушария, в тундре, вегетационный период длится
всего полтора—два месяца. Лето прохладное. В течение всего вегетационного периода
возможны заморозки.
В пределах каждого пояса велико разнообразие местных условий. Более темные
почвы нагреваются сильнее, чем светлые. Склоны, обращенные к югу, всегда теплее. В
тенистых лесах летом всегда прохладнее, чем на соседних открытых пространствах. А
зимой, наоборот, в лесу теплее.
На Земле есть очень холодные и очень жаркие места. Полюса холода северного
полушария — Верхоянск и Оймякон. Здесь отмечена зимняя температура —71,2оС. В
южном полушарии полю холода находится в Антарктиде. Самая низкая температура
зарегистрирована на станции Восток в июле 1983 г. —89,2 °С. В Антарктиде вблизи
полюса холода растений, конечно, нет. Но около Верхоянска растут невысокие леса из
даурской лиственницы Правда, средняя температура января там около —50оС. Сильные
морозы растения переносят в состоянии глубокого покоя.
Самые жаркие места — в пустынях. В Сахаре (на севере Африки) температура
воздуха в тени может достигать 58 °С, а поверхность почвы нагревается до 70 ... 80 °С. На
такой раскаленной почве может жить лишайник «лишайниковая манна». В пустынях
Средней Азии верблюжья колючка выносит нагревание почвы до 60... 70оС.
Вопросы:
1. Что задерживает тепло в атмосфере?
2. Что называют вегетационным периодом?
3. В каких поясах вегетационный период продолжительный, а каких короткий?
4. Где на Земле находятся самые холодные и самые жаркие места? Могут ли там обитать
растения?
§ 11. Температура тела растений.
Зависимость температуры растений от температуры
окружающей среды
Выделение тепла при дыхании
растений. Больше всего тепла выделяют
прорастающие семена, молодые
растущие побеги, распускающиеся
цветки. Но в целом при дыхании
растений тепла выделяется немного.
Растения имеют большую поверхность,
излучающую тепло, и оно быстро
переходит в атмосферу. За счет малого
количества собственного внутреннего
тепла растения не мог ли бы
существовать, если бы не получали тепло извне от солнца, от нагретого воздуха и почвы.
Температура тела растения. Сконструированы специальные очень
чувствительные точечные термометры. Ими можно быстро определить температуру
любой точки тела растения, стоит лишь прикоснуться к нему.
С помощью таких термометров установили, что температура тела растения
постоянно меняется в соответствии с температуры окружающей среды. Проведено такое
наблюдение Солнце освещало растение. Но вот набежало облако, растение оказалось в
тени. Через несколько минут температура тела растений понизилась на несколько
градусов (определяли температуру листьев). Разные органы растения в одно и то же время
имеют разную температуру, которая часто не совпадает с температурой окружаю щей
среды. У степных и пустынных растений в летний солнечный день температура тела
бывает ниже, чем температура окружающего воздуха, а у северных тундровых растений
— выше.
Есть растения, у которых околоцветник не очень сильно раскрыт — образует как
бы чашу, например у лютика. Верха (внутренняя) сторона лепестков глянцевая,
блестящая, а нижняя матовая. Такие блестящие лепестки, как маленькие рефлектор
отражают солнечные лучи и концентрируют их в центре «чаши». Температура воздуха в
ней повышается на несколько градусов. Особенно важно для раноцветущих и северных
растений. Таким разом, для цветения создаются более благоприятные условия в то время,
когда окружающий воздух бывает еще прохладным.
Весной солнечные лучи проходят через тонкий слой тающего снега. Они нагревают
темные ростки, которые и сами выделяют тепло при дыхании. Вокруг ростка в снегу
образуется маленькая лунка. Кажется, что это молодой росток проткнул слой снега. Так
бывает у пролески, подснежника, шафрана. Иногда они зацветают, когда снег вокруг еще
полностью не растаял.
Вопросы:
1. Какая зависимость наблюдается между температурой тела растения и температурой
окружающей среды?
2. Все ли органы растения имеют одинаковую температуру? Охарактеризуйте
температуру разных органов растения.
3. Как различается температура надземных и подземных органов растений? Почему?
§ 12. Приспособления растений
к высоким и низким температурам
Приспособления растений к высоким температурам.
В горячих источниках обнаружены сине-зеленые водоросли бактерии. Водоросли
обитают в воде с температурой 85оС, а бактерии -90оС.
Некоторые виды сине-зеленых водорослей могут жить на почве в пустынях при
температуре 70 .. 80 С. В жару их скопления превращаются в сухие, ломкие, почти черные
корочки, они находятся в состоянии глубокого покоя. После дождя эти корочки набухают,
клетки оживают, в них происходит фотосинтез. Это жаровыносливые растения.
Во всех жарких пустынях растениям грозит опасность перегрева. Чем он опасен?
При сильном нагреве растения теряют много воды, обезвоживаются, иссушаются, могут
появиться ожоги. Разрушается хлорофилл, возможно нарушение фотосинтеза и дыхания,
обмена веществ в целом, растение погибает.
Чтобы выдерживать высокие температуры, у растений выработались
разнообразные приспособления. Растения сильнее испаряют воду, это охлаждает и
защищает от перегрева. Проделали такой опыт. Листья некоторых пустынных растений
смазали вазелином со стороны устьиц. Они не могли испарять воду и очень быстро
погибали от перегрева и ожогов.
Высокие температуры и состояние покоя. Не только водоросли, но также семена
и целые растения лучше переносят жару в состоянии покоя. Сухие семена могут
переносить нагревание до 100 – 120оС, а сырые и прорастающие семена такую жару не
выносят.
Многие травянистые пустынные растения в самое жаркое время переходят в
состояние летнего покоя. Они как бы прячутся от жары в почве. Надземные побеги
отмирают, а в почве остаются подземные органы — корни, корневища, клубни с
некоторым запасом воды, питательных веществ. После жары, особенно если пройдут
дожди, почки трогаются в рост и развивают новые надземные побеги.
Жители пустынных районов Южной Африки, где очень мало воды, иногда в засуху
выкапывают клубни, измельчают их, отжимают влагу и пьют.
Особенности строения растений, уменьшающие
нагревание. У некоторых степных и пустынных растений
листовая пластинка повернута ребром к горячим полуденным
лучам. Лучи скользят по листу, он меньше нагревается.
Например, листья у дикого салата (его называют латук)
расположены в одной вертикальной плоскости и
ориентированы с севера на юг, поэтому латук называют
«компасное растение».
В степях, а в лесной зоне на сухих
склонах обитает один из видов коровяка,
который называют «медвежье ухо». Это
травянистое растение до 1,5—2 м в высоту, с
крупными листьями и густым соцветием со множеством желтых цветков.
В жаркие дни растение целый день находится под палящими лучами
солнца так как его не спасает тень от соседних более низких растений.
Но «медвежье ухо» хорошо защищено от перегрева: все растение густо
покрыто сильно ветвящимися светлыми волосками. Как шерсть
покрывает ухо медведя и делает его мягким на ощупь, так и тот покров
из волосков делает листья тоже мягкими на ощупь (отсюда название
растения). Светлые волоски рассеивают и отражают солнечные лучи, и
растение не так сильно нагревается.
Приспособления растений к низким температурам.
Растения испытают воздействие низких
температур зимой, а также во время весенних,
осенних, а иногда и летних заморозков. Чтобы
выдержать сильные морозы, растения получают
естественную закалку. Перед наступлением
зимы в живых клетках растений увеличивается
содержание сахаров и жиров. Это защищает их
от замерзания в
период глубокого покоя зимой, когда все
жизненные процессы приостанавливаются.
В период весенних заморозков в
растениях вырабатываются особые вещества,
помогающие растениям перенести
кратковременные холода. Они придают молодым побегам растений
красную, красно-фиолетовую или красно-бурую окраску. Например,
листья щавелей и луговой герани становятся ярко-красными, дуба —
красно-бурого цвета.
Отдельные органы тундровых растений имеют темную
окраску. Например, у одного из видов астрагала чашечка цветка
совершенно черная, покрытая черными волосками. Она сильнее
нагревается солнцем, и цветок оказывается в более благоприятных тепловых условиях,
что немаловажно для растения тундры. При более высокой температуре цветки
развиваются быстрее, раньше опыляются, плоды и семена успевают созреть.
Группы растений по отношению к теплу и холоду.
Первая группа — нехолодостойкие растения, перенося довольно высокие температуры
но могут серьезно пострадать при небольших положительны температурах. Это растения
дождевых тропических лесов. Шоколадное дерево или дерево какао, узамбарская фиалка,
или сенполия, глоксиния
могут погибнуть при 3- 8оС, так как низкие
положительные температуры нарушают
обмен веществ.
Вторая группа - неморозостойкие
растения. Они переносят низкие температуры,
пока в теле растения не образуется лед. К этой группе относятся южные растения —
лимоны, мандарины, камелии, чай и др. Они могут переносить кратковременные морозы,
которые случаются там,
где их выращивают (Китай, Япония, страны
Средиземноморья, Краснодарский край России).
Третья группа — льдоустойчивые. При
сильных морозах в их тканях образуются кристаллики льда, сначала в межклетниках, а
потом и в клетках.
Во время весенних заморозков листья некоторых лесных эфемероидов напоминают
ледышки, так как в них замерзает вода. Но они не погибают. Льдоустойчивые также и
деревья северных лесов — лиственницы, ели, осины, березы и др. А вот дуб, вяз, клен
остролистный, хотя и являются льдоустойчивыми растениями, но от очень сильных
морозов могут пострадать.
В подмосковных лесах на дубах, вязах и кленах можно видеть идущие вдоль ствола
морозобойные трещины, которые образуются в холодные зимы при температуре воздуха
—35- 43 оС. В 1940 г. температура воздуха в Подмосковье опускалась до —43 оС. В такие
морозы вода в тканях ствола замерзает. На стволе образуется трещина. В этом месте со
временем возникает наплыв, часто выступающий в виде киля, — так дерево залечивает
свою рану.
Вопросы:
1. Почему во время жары растениям важно испарять больше воды,
чем в прохладное время?
2. Чем опасен перегрев для растений?
3. Как приспособлены растения к высоким температурам?
4. Где растут нехолодостойкие растения? Приведите примеры.
§ 13. Улучшение температурных условий для растений.
Человек может улучшить температурные условия для
растений.
Перед посевом семена таких растений, например, как яблоня,
слива, выдерживают во влажном песке или торфе при низких
температурах (1 .. 5 оС) или под снегом. Это ускоряет прорастание. У
других растений (кабачки, огурцы) семена быстрее прорастают, если
перед посевом их выдержать в теплой воде (40 ... 45оС).
Снег, особенно рыхлый, хорошо защищает растения от
морозов. Если снега мало, то под плодовые деревья его специально
набрасывают и не уплотняют. Толстый слой снега хорошо защищает
корни растений от морозов. Сильные ветры, особенно в степной зоне,
сдувают снег с волей. Его разными способами стараются задержать
на полях с посевами озимых (рожь, пшеница). Снегопахами создают
валы, а на небольших полях ставят деревянные щиты —
образованные сугробы надежно укрывают растения.
Во время цветения плодовых садов в средней полосе России часты заморозки.
Особенно к ним чувствительны тычинки и пестики цветков. Они выносят температуру не
ниже —3 .. —4 оС. Сильные продолжительные заморозки могут полностью уничтожить
будущий урожай. Чтобы этого не случилось, в холодные ночи в садах жгут костры,
сжигают сухие листья или другой материал. Дым от костров обволакивает деревья,
уменьшает выхолаживание воздуха, тепло сохраняется, это спасает цветки от
повреждения. Весной и в конце лета во время заморозков грядки на ночь накрывают
пленкой, сберегающей тепло.
В парниках и теплицах выращивают светолюбивые растения (томаты, огурцы,
перец др.). В открытый грунт их пришлось бы сажать или высевать позднее, а значит, и
урожай поспел бы позже. Из-за ранних заморозков в конце лета можно вообще не
дождаться урожая.
Отопительная система оранжерей поддерживает нужную температуру, что
позволяет выращивать тропические растения — шоколадные, кофейные, хлебные деревья,
орхидеи и др.
В помещениях и зимних садах нужно учитывать, какие температурные условия
необходимы комнатным растениям. Теплолюбивым лучше около отопительных батарей, а
другие будут лучше расти на окне, где прохладно.
Вопросы:
1. Для чего весной белят основания стволов деревьев?
2. Как можно уберечь растения от весенних и осенних заморозков?
3. Какие приемы ускоряют прорастание семян?
4. Как можно уберечь от сильных морозов посевы озимых?