Спектральная область поглощения радиации

Роль света в жизни растений. Спектральная область поглощения радиации.

Свет является одним из самых главных условий существования и развития растений. Благодаря свету в зеленых листьях растений проходят фотохимические реакции фотосинтеза. В ходе процесса фотосинтеза из воды и углекислого газа синтезируются очень сложные органические вещества, которые крайне необходимы для роста и развития представителей флоры.

Как известно, у различных видов растений потребности в свете существенно отличаются.

В первую очередь это связано непосредственно с их:

· происхождением

· местообитанием

Именно за счет света или световой энергии, происходит процесс фотосинтеза, световую энергию растение поглощает через листья, т.e. поглощение световой энергии происходит через ассимиляционный пигмент хлорофилл, который содержится в самих листьях растения. Известно что питанием для растения благодаря которому происходит рост растения в целом, а также увеличение лиственной массы, являются обычные органические соединения - углеводороды. Выработка которых происходит самим растением, в результате процесса фотосинтеза, из воды и двуокиси углерода. Конечным продуктом фотосинтеза является необходимый всем живым организмам кислород.

Интенсивность процесса фотосинтеза протекает в зависимости от:

· Содержания двуокиси углерода

· Интенсивность света

· Окружающая температура

· Обеспечения водой

Помимо световой энергии существует еще и спектр света или иными словами спектральный состав, а также световой период, при котором растение имеет возможность бодрствовать при свете и отдыхать в отсутствие света.

По отношению к световому режиму местообитания выделяют три экологические группы растений:

· светолюбивые (гелиофиты)

· тенелюбивые растения (сциофиты)

· теневыносливые

Гелиофиты, или светолюбивые растения – это растения, чей экологический оптимум находится в области полного солнечного освещения, в связи с чем сильное затенение действует на них угнетающе (обитатели открытых местообитаний). 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.

Сциофиты, или тенелюбивые растения – это растения, чей экологический оптимум располагается в области слабой освещенности, в связи с чем они не могут расти при полном солнечном освещении (обитатели затененных экотопов). К тенелюбивым относятся растения нижних затененных ярусов сложных растительных сообществ — темнохвойных и широколиственных лесов, а также водных глубин, расщелин скал, пещер и т. д. Тенелюбивыми являются и многие комнатные и оранжерейные растения. Типичными теневыми растениями являются копытень европейский, ветреница дубравная, сныть обыкновенная, чистотел большой, кислица обыкновенная, майник двулистный и др.

Теневыносливые растения – это растения, имеющие по отношению к свету широкую экологическую амплитуду с оптимумом, сдвинутым в сторону сильной освещенности. Представители каждой из этих групп растений характеризуются рядом анатомо-морфологических и физиологических адаптаций к условиям светового режима. 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.

Спектр в широком смысле – представляет собой общую сумму значений либо распределение их по различным параметрам, принимаемую наблюдаемой величиной.

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 экологичесшм 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

· 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

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.

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

· ориентация листьев у светолюбивых 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).

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

· 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. 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 хлорофилл ог разрушения.

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

· 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 й т. д.

Фотопериодизм.

Огромное влияние на жизнедеятельность растений оказывает соотношение светлого (длина дня) и темного (длина ночи) периодов суток в течение года. Фотопериодизм - реакция организмов на суточный ритм освещения, выражающаяся в изменении процессов их роста и развития. Регулярность и неизменная повторяемость из года в год данного явления позволила организмам в ходе эволюции согласовывать свои важнейшие жизненные процессы с ритмом этих временных интервалов. Под фотопериодическим контролем находятся практически все метаболические процессы, связанные с ростом, развитием, жизнедеятельностью и размножением растений.

По типу фотопериодической реакции (ФПР) различают следующие основные группы растений:

· растения короткого дня, которым для перехода к цветению требуется 12 ч светлого времени и менее в сутки (конопля, капуста, хризантемы, табак, рис);

· растения длинного дня; для цветения и дальнейшего развития им нужна продолжительность беспрерывного светового периода более 12 ч в сутки (пшеница, лен, лук, картофель, овес, морковь);

· фотопериодически нейтральные; для них длина фотопериода безразлична и цветение наступает при любой длине дня, кроме очень короткой (виноград, томаты, одуванчики, гречиха, флоксы и др.).

Растения длинного дня произрастают преимущественно в северных широтах, растения короткого дня — в южных.

Например, цветковые растения переходят от вегетативного к генеративному размножению (цветение и плодоношение) только в том случае, если фотопериод их развития имеет определенную критическую величину. При этом каждому виду свойственен свой критический фотопериод. Оказалось, что растения способны «измерять» его продолжительность с довольно большой точностью. Так, для белены при 22,5 °С критическая длина дня, обеспечивающая цветение, составляет 10 ч 20 мин, но уже при 10-часовом фотопериоде при этой же температуре растение цвести не будет. У сорняка дурнишника пенсильванского необходимая длина дня лежит между 15чи 15 ч 30 мин. Важно подчеркнуть, что на ФПР заметное влияние оказывают условия среды.

Например, при 28,5°С для цветения белены требуется не менее 11,5ч света, в то время как при 15,5°С —лишь 8,5 ч.

Для растений характерной способностью является ощутимость суточных, приливных, лунных и годичных циклов, 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 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.

Основные определения:

Световое довольствие – отношение освещённости в местообитани какого-либо растения к общему количеству поступающего извне света.

Световой режим – динамика распределения и изменения интенсивности фотосинтеза солнечной радиации, поступающей к экосистемам.

Кривая фотосинтеза – кривая, отражающая зависимость интенсивности фотосинтеза от плотности лучистого потока падающей активной радиации.

Точка компенсации -

Фототропизм – изменение направления роста органов растений, в зависимости от направления падающего

Фотопериодизм - реакция организмов на суточный ритм освещения, выражающаяся в изменении процессов их роста и развития.