Новый подход в понимании преадаптации

Новый подход в понимании преадаптации

Строилов Н.

Гимназия № 32, 10 «В» класс

Новый подход в понимании преадаптации

Руководитель к. б. н. Гуревич А.С.

Ботанический сад КГУ

Калининград 1999

Содержание

1. Введение………………………………… 3

2. Обзор литературы …………………...… 3

3. Цель …………………………………….. 3

4. Методика………………………………... 3

5. Результаты и обсуждения……………… 4

6. Выводы………………………………….. 12

7. Библиографический список……………. 12

Введение

Лабораторией функциональной ботаники КГУ исследуется вопрос о

преадаптации растений [1, 2, 3]. Под термином “преадаптация” мы понимаем

всеобщее, фундаментальное свойство живых систем, определяющее их

способность к опережающему отражению. В лаборатории разработана

классификация преадаптаций, в основу которой положен принцип взаимодействия

особи и факторов среды в экологической нише, собраны многочисленные примеры

преадаптации растений [4]. Так, очевидно, что преадаптивное значение имеют

приобретение растениями неспецифической устойчивости под воздействием

стресс-фактора, закаливание, многие фотопериодические реакции, осцилляции и

многие другие явления.

Обзор литературы

Термин «преадаптация» введен в биологическую науку французским

исследователем Леонардо Кено в 1901 году для обозначения явления

предварительного приспособления. Кено понимал преадаптацию как "...

безразличные или полуполезные особенности, имеющиеся у вида и способные

превращаться в явные приспособления при изменении образа жизни..."

Экспериментальные доказательства объективности существования преадаптации

были получены в многочисленных работах рада авторов (Сердж, Райн, 1964;

Кроу, 1957; Беннет, 1960; Северцов А.Н., 1922; Филюков А.И., 1971). Вместе

с тем антидарвиновская трактовка этого явления (преадаптизм), выдвинутая

Кено и его последователями, привела к тому, что феномену не уделялось

должное внимание, как среди зарубежных, так и среди российских

исследователей.

Цель

Целью работы являлось исследование динамики соотношения роста растений,

формирования и функционирования фотосинтетического аппарата в онтогенезе

георгины культурной в качестве одного из примеров преадаптации.

Методика

В настоящей работе для изучения преадаптивных реакций был избран рост,

поскольку он интегрирует все физиологические процессы растения [5].

Опыты проводились в 1995 - 1997 гг. в Ботаническом саду КГУ в условиях

мелкоделяночного полевого эксперимента. Для исследований использовали

следующие сорта георгины: Залп “Авроры”, Ангажемент, Пионерский галстук,

Угунсун Нанс, Фатима, Памяти Гагарина, Вечный огонь, Снежный узор, Ага,

Пиегальви ага, Белый кактус, Озирис, Преферанс - отличающиеся темпами

роста, характером формирования и габитусом куста, сроками цветения.

Высоту растений измеряли сантиметровой лентой по главному побегу.

Площадь листьев определяли весовым методом [6]. Содержание хлорофилла

определяли спектрофотометрическим методом в ацетоновом экстракте [7].

Мезоструктуру листьев изучали на прижизненных срезах с помощью светового

микроскопа и окулярного микрометра. Объем палисадных клеток рассчитывали с

учетом поправочных коэффициентов Ю.Л.Цельникер [8]. Чистую продуктивность

фотосинтеза определяли по сухой массе растений [6]. Биологическую

активность фитогормонов: цитокининов, гиббереллинов и абсцизовой кислоты -

определяли комплексным методом [9]. Содержание фитогормонов в тканях

рассчитывали по калибровочным кривым. Замеры и анализы осуществляли с

промежутком 5-10 дней в трехкратной биологической и пятикратной

аналитической повторностях.

Результаты и обсуждение

Поскольку задачей настоящего исследования было сопоставление

онтогенетической динамики изучаемых процессов, мы полагаем корректным

представление данных в виде среднесуточных изменений анализируемых

параметров. Характер изменений изученных процессов в онтогенезе оказался

одинаковым у всех сортов. Однако скорость этих изменений у разных сортов

заметно варьировала в зависимости от скороцветности. Ниже приведены данные

по трем сортам, различающимся сроками зацветания: ранний сорт Ангажемент,

среднеранний - Пионерский галстук и средний - Озирис.

Внешним проявлением продукционных процессов является рост. В этой связи

нам представляется целесообразным начать рассмотрение вопроса с

онтогенетической динамики различных параметров роста георгины. Данные по

среднесуточному приросту растений в высоту представлены в графике рис. 1.

На графике видно, что темпы роста в высоту изменяются по одновершинной

кривой с максимумом в конце фазы бокового ветвления. Однако высота не может

служить единственным критерием роста.

Существенными показателями являются также увеличение массы растения и

площади листьев. На графиках рис. 2 и 3 отражен среднесуточный прирост

сырой и сухой массы георгины. Как следует из графиков, изменение темпов

увеличения массы также описывается одновершинной кривой. Вместе с тем,

максимум среднесуточного прироста сырой и сухой массы приходится на конец

фазы бутонизации и отстоит от максимального темпа роста растений в высоту

на 15-20 дней.

Биологическое значение этого феномена заключается, вероятно, в том, что

усиление роста в высоту сопровождается активным формированием листового

аппарата и таким образом закладываются структурные предпосылки для будущего

усиления фотосинтетической активности при формировании органов семенного и

вегетативного размножения. Это предположение подтверждается данными о

темпах роста листовой поверхности (рис. 4). Максимальные приросты площади

листьев наблюдаются в фазу бокового ветвления, совпадая с максимальными

темпами роста стеблей.

В основе биологической продуктивности лежит процесс фотосинтеза. В этой

связи следующим этапом исследования было изучение структурных и

функциональных параметров фотосинтетической деятельности растений. Для

изучения динамики формирования фотосинтетического аппарата мы определяли

содержание хлорофилла в листьях и характеристики мезоструктуры листа:

мощность слоя палисадной паренхимы, количество хлоропластов в клетках

палисадной и губчатой паренхимы. На графике рис. 5 видно, что содержание

хлорофилла в листьях растет в первые дни онтогенеза, затем в фазе всходов

снижается; а потом опять растет в фазы бокового ветвления и начала

бутонизации и постепенно снижается в последующие фазы.

[pic]

Рис. 1. Среднесуточный прирост в высоту

[pic]

Рис. 2. Среднесуточный прирост сырой массы

[pic]

Рис. 3. Среднесуточный прирост сухой массы

[pic]

Рис. 4. Среднесуточный прирост площади листьев

Аналогично изменяются в онтогенезе георгины параметры мезоструктуры

листа (графики рис. 6, 7, 8). Вместе с тем следует отметить, что

максимальные значения показателей развития фотосинтетического аппарата в

абсолютном выражении наблюдаются в начале онтогенеза.

Иную направленность имеет динамика функционирования фотосинтетического

аппарата. Так, начинающийся с первых дней онтогенеза рост чистой

продуктивности фотосинтеза (рис. 9) продолжается до конца фазы всходов,

затем в фазу бокового ветвления и в начале бутонизации происходит снижение,

а в конце фазы бутонизации параметр вновь заметно повышается. В фазы

цветения и начала пожелтения нижних листьев чистая продуктивность

фотосинтеза резко снижается.

[pic]

Рис. 5. Среднесуточное изменение содержания хлорофилла в листьях

[pic]

Рис. 6. Среднесуточное изменение мощности слоя палисадной паренхимы

[pic]

Рис. 7. Среднесуточное изменение количества хлоропластов

в клетках палисадной паренхимы

[pic]

Рис. 8. Среднесуточное изменение хлоропластов в клетках губчатой паренхимы

Наличие двух максимумов на графиках изменения структурных и

функциональных показателей фотосинтетической деятельности, вероятно,

связано с необходимостью обеспечения продуктами фотосинтеза интенсивного

Страницы: 1, 2