Что такое фотопериодизм: определение

Биоритмы и возраст. Хронобиологическая трактовка тезиса «Старость и болезнь – это стеснённая в своей свободе жизнь».

Каждый возрастной период постнатального
онтогенеза характеризуется неповторимой
циркадианной временной организацией
по всем основным биоритмологическим
параметрам (МЕЗОР, амплитуда, акрофаза).
Специфика циркадианной организации в
онтогенезе человека показана на
исследованиях параметров ряда
гомеостатических систем (углеводного,
липилного, белкового, энергетического
и др балансов). В 1980г. Губиным Г.Д. была
выдвинута концепция,согласно которой
циркадианная организация живой системы,
все амплитудно-фазовые отношения
испытывают изменения в онтогенезе.
Организм представляется в форме спирали
с постепенно возрастающими ее оборотами
(наращиваение амплитуд в циркадианной
организации биологических процессов)
с последующим,на поздних этапах
онтогенеза, сокращением оборотов спирали
(угасание амплитуд осцилляции), а так
же идущим процессам сдвига акрофаз
(гипотеза «волчка»). Циркадианная
организация биологических процессов
в период постнатального онтогенеза
млекопитающих изменяется строго
закономерно по одному из важнейших
критериев — амплитуде. Закономерность:
становление циркадианных ритмов на
ранних этапах онтогенеза, развитие их
до максимума в молодом и зрелом возрасте
и последующее поступательное угасание
амплитуд в старости. Если принять за
100 % архитектонику циркадианной
амплитудно-фазовой характеристики
зрелого возраста крыс и выразить
результаты в относительных единицах
планиметра, то по хроноструктуре, в
частности, углеводного гомеостаза,
этапы постнатального онтогенеза будут
иметь следующие значения : в инфантильном
возрасте 22,5, в ювенильном 28, в молодом
58, в зрелом 100, в предстарческом 27,9, в
старческом 9,9. Используя такой
геометрический прием выражения надежности
циркадианной организации биосистем,
можно констатировать, что уровень
надежности хроноструктуры в зрелом
возрасте превышает таковой в старости
в 12,33 раза. Таким образом, наглядно
иллюстрируется положение, что старость
– это стесненная в своей свободе жизнь.
О максимальной надежности циркадианной
организации биопроцессов в зрелом
возрасте свидетельствуют так же величины
хронодезмов. В молодом и зрелом возрасте
все изученные показатели гомеостатических
систем имеют mах хронодезмы. В предстарческом
и старческом возрастают процессы
внутренней десинхронизации. В
общем,Временная организация в зрелом
возрасте характеризуются макс степени
надежности, макс количества
здоровья,упорядоченности и гормоничности.
Исходные биоритмы быстрее восстанавливаются
в молодом возрасте и медленнее в
старческом.

Адаптация растений к световому режиму

Под влиянием различных условий светового режима у растений выработались соответствующие приспособительные качества.

Прежде всего это касается величины листовых пластинок: у гелиофитов по сравнению с теплолюбивыми они обычно более мелкие.

Ориентация листьев у светолюбов вертикальная или имеет разный угол по отношению к солнечным лучам, чтобы избежать избыточного света и перегрева. Листья теневыносливых растений, напротив, ориентированы к свету всей поверхностью листовой пластинки и расположены так, чтобы не затенять соседние листья (листовая мозаика).

У многих гелиофитов поверхность листовой пластинки блестящая, покрыта светлым восковым налетом, густо опушена, что способствует отражению палящих солнечных лучей или ослаблению их действия.

Световые и теневые растения имеют четкие различия и по анатомическому строению.

Так, у гелиофитов хорошо развиты осевые органы с оптимальным соотношением ксилемы и механических тканей, менее сложные по форме листья с характерной дифференцировкой мезофилла на столбчатый и губчатый, высокой степенью жилкования, большим числом устьиц на единицу поверхности листа.

У светолюбивых растений количество хлоропластов, приходящихся на единицу площади листовой пластинки, в несколько раз больше, чем у тенелюбивых.

Сами хлоропласты у гелиофитов более мелкие и светлые (с малым содержанием хлорофилла), способные к изменению ориентировки и перемещениям в клетке: на сильном свету они занимают постенное положение и становятся «ребром» к направлению лучей, что защищает хлорофилловое разрушения.

Теневыносливые растения встречаются в местообитаниях с различным световым режимом благодаря увеличению ассимилирующей поверхности, снижению интенсивности дыхания и уменьшению относительной массы нефотосинтезирующих тканей, увеличению размеров хлоропластов и концентрации хлорофилла.

Кроме того, в листьях наблюдается слабая дифференцировка на столбчатый и губчатый мезофилл или таковая совсем отсутствует, отмечается сравнительно малое количество устьиц и т. д.

Таким образом, способность воспринимать длину дня и реагировать на нее широко распространена в мире живых существ.

Это означает, что живые организмы способны ориентироваться во времени, т. е. они обладают биологическими часами. Другими словами, для многих организмов характерна способность ощущать суточные, приливные, лунные и годичные циклы, что позволяет им заранее готовиться к предстоящим изменениям среды.

Правильно подобрав режимы освещения, температуры и другие факторы, наиболее соответствующие биоритмам, можно заметно повысить жизнедеятельность и продуктивность разводимых животных и растений, причем без каких-либо дополнительных затрат.

Например, благодаря увеличению в теплицах, оранжереях и парниках светового дня до 12-15 ч зимой выращивают овощные культуры и декоративные растения, ускоряют рост и развитие рассады.

Продлив за счет искусственного освещения световой период зимой, можно увеличить яйценоскость кур, уток, гусей, регулировать размножение пушных зверей на зверофермах.

Влияние качества света на развитие

Много внимания было уделено исследователями качеству света, необходимого для цветения растений.

Красный свет воспринимается растениями как свет в процессе развития, а сине-фиолетовая часть спектра – как темнота. Однако при увеличении интенсивности синего света он тоже начинает восприниматься растениями как свет. Опыты показывают, что если выровнять интенсивность света по числу квантов, то красный и синий свет становиться одинаково эффективным.

Важно выяснить в каких условиях проходят соответствующие изменения у растений короткого и длинного дня. Как показали опыты, во время пребывания растения в темноте на небольшой отрезок времени, в несколько минут, прервать темноту, то цветения не наступает

Как показали опыты, во время пребывания растения в темноте на небольшой отрезок времени, в несколько минут, прервать темноту, то цветения не наступает.

Того же самого можно достигнуть, давая этим растениям мигающий свет, где интервалы между светом равны секундами или минутами. У развития и важным является лишь то, чтобы в сумме число освещения соответствовало числу часов, характерному для длинного дня.

Животное

Продолжительность светового дня и, следовательно, знание времени года жизненно важны для многих животных. От этого знания зависит ряд биологических и поведенческих изменений. Наряду с температурными изменениями фотопериод вызывает изменение цвета меха и перьев, миграцию, переход в спячку , половое поведение и даже изменение размеров половых органов.

Частота пения таких птиц, как канарейка, зависит от светового периода. Весной, когда увеличивается световой период (больше дневного света), семенники у самца канарейки растут. По мере роста яичек секретируется больше андрогенов, и частота пения увеличивается. Осенью, когда световой период уменьшается (меньше дневного света), семенники самца канарейки регрессируют, и уровень андрогенов резко падает, что приводит к снижению частоты пения. От фотопериода зависит не только частота пения, но и репертуар песни. Продолжительный весенний световой период способствует расширению песенного репертуара. Более короткий световой период осени приводит к сокращению песенного репертуара. Эти поведенческие изменения фотопериода у самцов канареек вызваны изменениями песенного центра мозга. По мере увеличения фотопериода высокий голосовой центр (HVC) и прочное ядро архистриатума (RA) увеличиваются в размерах. Когда фотопериод уменьшается, эти области мозга регрессируют.

У млекопитающих продолжительность светового дня регистрируется в супрахиазматическом ядре (SCN), о котором сообщают светочувствительные ганглиозные клетки сетчатки , не участвующие в зрении. Информация проходит через ретиногипоталамический тракт (RHT). Некоторые млекопитающие очень сезонны, в то время как сезонность людей считается эволюционным багажом .

У растений

Фотопериодизм у растений проявляется в изменении процессов роста и развития. Один из основных проявлений этой реакции — фотопериодических индукция цветения.

По типам ФПР различают следующие основные группы растений (Т. К. Горишина, 1980):

  1. Растения короткого дня, которым для перехода к цветению нужно света 12 и менее часов в сутки (конопля, табак)
  2. Растения длинного дня, для фазы цветения им нужна длина дня более 12:00 в сутки (картофель, пшеница, шпинат)
  3. Растения промежуточного типа, цветение в которых наступает при определенном диапазоне фотопериодизма, например гваюла;
  4. Растения фотопериодически нейтральные, цветение в которых происходит при любой длине дня (помидор, одуванчик и т.д.).

Особенно большую роль фотопериодизм играет в географическом распространении растений и в регуляции их сезонного ритма.

Фотопериодизм изучали американские физиологи растений В. Гарнер, Г. Аллард в 1920-1925 гг. В зависимости от реакции растений на длину дня ускоряет зацветания, они подразделяются на:

  • длиннодневные (ДДР — растения длинного дня — злаки, крестоцветные, укроп; распространены в основном в умеренных и приполярных широтах)
  • короткодневные (КДР — рис, соя, конопля; субтропики)
  • довгокороткоденни (ДКДР) и
  • короткодовгоденни (КДДР) — требуют чередование различных фотопериодов;
  • нейтральные (ГДР — гречка, горох и др.).

Разделение растений на данные группы не связан с конкретной оптимальной длиной дня, а только дает представление о том, ускоряется цветения при увеличении или уменьшении продолжительности освещения в каждом фотопериоде.

Есть растения с качественными и количественными типами фотопериодических реакций. Интенсивность освещения, температура и другие факторы могут изменять характер фотопериодических проявлений растений.

Для КДР с качественной реакцией основным фактором служит продолжительность темнового периода. Его прерывания (хотя на 1 мин.) Препятствует переходу к цветению. Прерывание светового периода темнотой не влияет на сроки цветения. ДДР не требуют периода темноты и зацветают при непрерывном освещении.

Фотопериодических действие воспринимается главным образом листьями, а не апекс побегов. Максимальную чувствительность к фотопериоду имеют листья, которые только что закончили рост. Осуществляется это главным образом благодаря фитохрома. Считают, что его Темнов преобразования может служить способом измерения времени по типу песочных часов. Вспышка красного света устанавливает фазу эндогенного ритма.

Необходимость большой поверхности листьев и достаточной интенсивности света для перехода к цветению у многих растений объясняется потребностью растущих меристем в ассимиляты. В ГДР переход к цветению обеспечивается возрастными изменениями. Здесь срабатывает эндогенная регуляция. Данные факторы (температура и фотопериод) могут действовать последовательно, как, например, у озимых злаков.

Температурная и фотопериодических регуляция служат приспособлением растений к условиям существования, потому что обусловливают благоприятные сроки для перехода к цветению. В ходе фотопериодических индукции в листьях образуется стимулятор цветения, который транспортируется в вегетативные почки побегов, где включает вторую фазу инициации — эвокация.

Длиннодневные, короткодневные и нейтральные

Длиннодневные растения распростране­ны в основном в умеренных и приполярных широтах, короткодневные — в областях ближе к субтропикам.

Орга­ны восприятия фотопериода— листья.

Основной результат фотопериодизма — образование в разных органах растений фотогормонов, влияющих на цветение, образование клуб­ней, луковиц, корнеплодов и т.д. и на физиологические процессы (например, переход к покою, засухоустойчи­вость).

Используя фотопериодизм, можно регулировать процессы роста и развития растений, в частности цветения, что применяется в селекции.

У животных фотопериодизм контролирует наступление и прекращение брачного периода, плодовитость, се­зонные линьки, переход к зимней спячке и многое другое.

Он генетически обусловлен и связан с биологическими ритмами. В формировании фотопериодических реакций участвуют нервные и гормональные механизмы.

Значение особенностей фотопериодизма позволяет прогнозировать динамику численности, регулировать ее, управлять разви­тием животных при искусственном их выращивании. Биологические ритмы — это регулярные количественные и качественные изменения жизненных процессов, которые происходят на всех уровнях жизни — молекулярном, клеточном, тканевом, органном, популяционном и биосферы.

Периодические изменения дня и ночи, поры года связанны с основными ритмами Земли — ее обращением вокруг своей оси и вокруг Солнца.

На протяжении сотен миллионов лет эволюции длился процесс приспособления к ним, производились ритмические процессы жизнедеятельности организмов. Присущи биологические ритмы и для человека.

Существует большое количество разных биологических ритмов.

Среди них, выделяются как врожденные, так и приобретенные. Врожденные биологические ритмы для человека являются основными, потому что они закреплены в наследственных механизмах. Самым важным для адаптации человека и наиболее старейшим с точки зрения эволюции является суточный ритм человека с периодом в 20-28 часов.

Он является как бы «дирижером» всех других физиологических ритмов. Его «распорядителями» являются наследственные программы и гипоталамус. Главнейшим суточным ритмом человека является чередование сна и бодрствования. Соотношение сна и бодрствования является индивидуальным. Нарушение сна очень опасно для здоровья любого человека. Оно может привести к неврозам, сердечнососудистым и другим заболеваний.

Состояние организма человека зависит от его внутреннего биоритма.

На протяжении времени большинство физиологических процессов периодически колеблется. Известно около 300 функций с суточной периодичностью. Разные функции организма имеют неодинаковый ритм интенсивности. Установлено, что ритмически меняется температура тела человека (амплитуда колебаний составляет 0,6-1,30С). Наивысшая она около 18 часа, а наиболее низкая — между часом и пятью часами утра. Ритмические суточные колебания характерные и для артериального давления: днем оно повышается, ночью — снижается.

Экологические группы растений по отношению к свету

По отношению к количеству света, необходимого для нормального развития, растения подразделяют натри экологические группы.

Светолюбивые, или гелиофиты, с оптимумом развития при полном освещении; сильное затенение действует на них угнетающе.

Это растения открытых, хорошо освещенных местообитаний: степные и луговые травы, прибрежные и водные растения (с плавающими листьями), большинство культурных растений открытого грунта, сорняки и др.

Тенелюбивые, или теневые, с оптимальным развитием в пределах 1/10-1/3 от полного освещения, т.е. для них приемлемы области слабой освещенности. К тенелюбам относятся растения нижних затененных ярусов сложных растительных сообществ — темнохвойных и широколиственных лесов, а также водных глубин, расщелин скал, пещер и т.д.

Тенелюбами являются и многие комнатные и оранжерейные растения. В лесах Беларуси и России типичными теневыми растениями являются копытень европейский, ветреница дубравная, сныть обыкновенная, чистотел большой, кислица обыкновенная, майник двулистный и др.

Теневыносливые растения имеют широкую экологическую амплитуду выносливости по отношению к свету.

Они лучше растут и развиваются при полной освещенности, но хорошо адаптируются и к слабому свету. К ним относится большинство видов зоны смешанных лесов — ель, пихта, граб, бук, лещина, бузина, брусника, ландыш майский и др.

Свет и его роль в жизни растений

Живая природа не может существовать без света, так как солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, является практически единственным источником энергии для поддержания теплового баланса планеты, создания органических веществ фототрофными организмами биосферы, что в итоге обеспечивает формирование среды, способной удовлетворить жизненные потребности всех живых существ.

Биологическое действие солнечного света зависит от его спектрального состава, продолжительности, интенсивности, суточной и сезонной периодичности.

Солнечная радиация представляет собой электромагнитное излучение в широком диапазоне волн, составляющих непрерывный спектр от 290 до 3 000 нм.

Ультрафиолетовые лучи (УФЛ) короче 290 им, губительные для живых организмов, поглощаются слоем озона и до Земли не доходят. Земли достигают главным образом инфракрасные (около 50% суммарной радиации) и видимые (45%) лучи спектра. На долю УФЛ, имеющих длину волны 290-380 нм, приходится 5% лучистой энергии. Длинноволновые УФЛ, обладающие большой энергией фотонов, отличаются высокой химической активностью. В небольших дозах они оказывают мощное бактерицидное действие, способствуют синтезу у растений некоторых витаминов, пигментов, а у животных и человека — витамина D; кроме того, у человека они вызывают загар, который является защитной реакцией кожи.

Инфракрасные лучи длиной волны более 710 нм оказывают тепловое действие.

В экологическом отношении наибольшую значимость представляет видимая область спектра (390-710 нм), или фотосинтетически активная радиация (ФАР), которая поглощается пигментами хлоропластов и тем самым имеет решающее значение в жизни растений.

Видимый свет нужен зеленым растениям для образования хлорофилла, формирования структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот, повышает активность ряда светочувствительных ферментов. Свет влияет также на деление и растяжение клеток, ростовые процессы и на развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения, оказывает формообразующее воздействие.

Световой режим любого местообитания зависит от его географической широты, высоты над уровнем моря, состояния атмосферы, растительности, сезона и времени суток, солнечной активности и т.

д. Поэтому разнообразие световых условий на нашей планете чрезвычайно велико: от таких сильно освещенных территорий, как высокогорья, пустыни, степи, до сумеречного освещения в водных глубинах и пещерах. В разных местообитаниях различаются не только интенсивность света, но и его спектральный состав, продолжительность освещения, пространственное и временное распределение света разной интенсивности и т.д.

Соответственно, разнообразны и приспособления растений к жизни при том или ином световом режиме.

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий