Что такое фотопериодизм кратко

Содержание

• Слайд 1

  Фотопериодизм

  Фотопериодизм. Авторы открытия. Группы растений по типу ФПР. Зависимость географического распространения растений и типом их ФПР. Исключения.

• Слайд 2

  Фотопериод — продолжительность дня (соотношение длины светлой и темной частей суток), которая неодинакова в течение года.
  Способность растений реагировать на длину дня –
  фотопериодическая реакция 

• Слайд 3

  Фотопериодизм

  — реакция организмов на суточ­ный ритм освещения, то есть на соотношение светлого (длина дня) и темного (длина ночи) периодов суток, выражающаяся в изменении процессов роста и развития.

  Фото­периодизм присущ растениям и животным. 

• Слайд 4

  циклическое чередование света и темноты переводит растение из вегетативного в репродуктивное состояние.

• Слайд 5

  У.У. Гарнер и Г.А. Аллард
  1920 г.

• Слайд 6

  Растения с короткодневной ФПР.
  Растения с длиннодневной ФПР.
  Растения с ФПР промежуточного типа.
  Растения с ФПР нейтрального типа.

• Слайд 7

  Растения с короткодневной ФПР,
  Для перехода к цветению требуется
  t = 12 ч и менее (света в сутки)
  конопля
  табак
  перилла

• Слайд 8

  Растения с длиннодневной ФПР,
  Для перехода к цветению требуется
  t = 12 и более часов света/сутки
  картофель
  пшеница
  шпинат

• Слайд 9

  цветение у них наступает при определенном, сравнительно узком диапазоне фотопериода — не длиннее, но и не короче критических величин.
  гваюла

• Слайд 10

  длинафотопериодабезразлична.
  Цветение наступает при любойдлине дня (кроме очень короткой (=световое голодание).
  томат
  одуванчик

• Слайд 11

  Короткодневный (перилла)
  Длиннодневный (шпинат)
  Нейтральный (горчица)

• Слайд 12

  Длина дня, обеспечивающая максимальный прирост сухого вещества у растений разного географического происхождения (по Любименко В. Н. и Щегловой О. Н., 1927)

• Слайд 13

  У видов с обширными ареалами, охватывающими разные широты, хорошо различаются географические популяции с разными критическими фотопериодами, соответствующими длине дня 

• Слайд 14

  Исключения

  Географические закономерности распределения растений с разными типами ФПР не абсолютны: существует ряд исключений:
  Низкоширотные страны
  (Эфиопии, Индии, Малой Азии, Афганистана и др.),

  длиннодневного
  типа ФПР
  Зависимость от
  температурного фона

• Слайд 15

  Существуют нарушения географических закономерностей фотопериодизма, которые трудно объяснить.
  Стоит подумать о несоответствии современных условий и тех, в которых сформировалась ФПР вида,
  Т. е. об исторических миграциях, связанных с существенными изменениями климата, земной поверхности и т. п.

Посмотреть все слайды

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.

Животное

Продолжительность светового дня и, следовательно, знание времени года жизненно важны для многих животных. От этого знания зависит ряд биологических и поведенческих изменений. Фотопериод вместе с перепадами температуры провоцирует изменение цвета меха и перьев, миграцию, попадание в спячка, сексуальное поведениеи даже изменение размеров половых органов.

Частота пения птиц, таких как канарейка зависит от фотопериода. 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 самцов 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 световой период весны приводит к 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 вокальный центр (HVC) и надежное ядро архистриатум (RA) увеличиваются в размерах. Когда фотопериод уменьшается, эти области мозга регрессируют.

У млекопитающих продолжительность светового дня регистрируется в супрахиазматическое ядро (SCN), о чем сообщает светочувствительные ганглиозные клетки сетчатки, которые не участвуют в зрении. Информация проходит через ретиногипоталамический тракт (RHT). Некоторые млекопитающие очень сезонны, в то время как сезонность людей считается эволюционный багаж. [ соответствующий? – обсуждать ]

• Как организовать подвоз дошкольников в детский сад

    

• Что происходит когда земля проходит через хвост кометы кратко

    

• Школа 26 орск педагогический состав

    

• Почему нельзя утверждать что объем воды в сосуде равен сумме объемов отдельных молекул воды кратко

    

• Как строение углеводородов влияет на их детонационную стойкость кратко

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.

§ 5. Свет в жизни организмов. Фотопериод и фотопериодизм

*Фотопериод и фотопериодизм

В умеренных широтах цикл развития животных и растений приурочен к сезонам (временам) года. Сигналом для подготовки к изменению сезона служит продолжительность светового дня — фотопериод, которая в отличие от других факторов всегда остается постоянной в определенном месте и в определенное время. В течение года длина дня изменяется строго закономерно и не подвержена воздействиям колебаний других экологических факторов.

Фотопериод — длина светового дня, определяющая времена года. Смена сезонов происходит вследствие изменения длины светового дня. Причиной этого является движение Земли вокруг Солнца и расположение ее оси под углом к плоскости орбиты. Длина светового дня в области экватора относительно постоянна в течение всего года (около 12 ч), но в умеренных и высоких широтах фотопериод значительно отличается в разные времена года. Наибольшая длина светового дня бывает в день летнего солнцестояния (около 22 июня в Северном полушарии, около 22 декабря — в Южном), а наименьшая — в день зимнего солнцестояния (около 22 декабря в Северном полушарии и около 22 июня в Южном). Изменение фотопериода играет сигнальную роль как для растений, так и для животных. Оно является для них пусковым механизмом, включающим последовательность физиологических процессов и определяющим их сезонные ритмы.

Фотопериодизм — характерная реакция живых организмов на изменение длины светового дня, синхронизирующая их биологическую активность с временами года.

По типу фотопериодической реакции наземные растения разделяют на три основные группы: короткодневные, длиннодневные и нейтральные к длине светового дня.

!  Это интересно

Короткодневные растения цветут ранней весной или осенью и нуждаются  в короткой длине светового дня (менее 12 ч). К ним относятся земляника, хризантемы, рис, соя, просо и др. Длиннодневные растения цветут летом и нуждаются в длине светового дня более 12 ч. Представителями длиннодневных растений являются картофель, рожь, ячмень, овес, пшеница, редис и др. Растения, нейтральные к длине светового дня, цветут вне зависимости от длины светового дня. Такой способностью обладают огурец, подсолнечник, кукуруза, томат, горох, одуванчик.

Таким образом, регулируя длину светового дня в условиях закрытого грунта, можно ускорять или замедлять наступление периода цветения у растений короткого или длинного светового дня в зависимости от поставленных целей. В Республике Беларусь широко развито тепличное хозяйство с использованием автоматических систем светодиодного освещения, сдвигающих сроки цветения и сбора плодов овощных культур. Это позволяет собирать в теплицах два и более урожая за год.

Под фотопериодическим контролем находятся практически все процессы жизнедеятельности, связанные с развитием и размножением организмов. Эти реакции основаны не просто на количестве получаемого света, а на закономерном чередовании периодов света и темноты, продолжительности дня и ночи.

Следует отметить, что организмы по-разному реагируют на смену светлого и темного периода суток, то есть проявляют суточный фотопериодизм. У них периоды активности и покоя наступают в разное время суток.

Особенно заметно эта зависимость проявляется у животных. Среди них можно выделить три группы: дневные, ночные и сумеречные. Дневные животные активны в светлое время суток (пчела, ласточка, заяц). Они представляют самую многочисленную группу. Добывание пищи у ночных организмов происходит в ночное время (таракан, сверчок, сова, филин). Сумеречные организмы активны только во время сумерек (бражник, жук майский).

*Повторим главное. Солнечный спектр состоит из видимого света, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Фотопериод — длина светового дня, определяющая времена года. Фотопериодизм — характерная реакция живых организмов на изменение длины светового дня, синхронизирующая их биологическую активность с временами года. Наземные растения по типу фотопериодической реакции разделяют на короткодневные, длиннодневные и нейтральные к длине светового дня.Животных по приуроченности периодов активности и покоя к определенному времени суток можно разделить на три основные группы: дневные, ночные и сумеречные.

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.

Проверим знания

    Ключевые вопросы

1. Какое влияние на организмы оказывают ультрафиолетовые лучи? *2. В чем заключается роль разных частей спектра видимого света для организмов?3. Объясните понятия «фотопериод» и «фотопериодизм».

    Сложные вопросы

1. Объясните, почему на птицефабриках применяют дополнительное искусственное освещение? 2. Из приведенного перечня животных выберите представителей, у которых период активности приурочен к ночному времени суток: пчела, таракан, жук майский, сова, ласточка, сверчок, бражник, заяц. *3. Распределите указанные ниже растения на группы по типу фотопериодической реакции: овес, редис, одуванчик, рис, картофель, просо, огурец, рожь, кукуруза, томат, подсолнечник, соя, пшеница, горох. Назовите, какие из них не смогут плодоносить в наших климатических условиях. Объясните почему.

*Индивидуальное домашнее задание.Проведите наблюдение за растениями, произрастающими в вашей местности. Сравните их по срокам цветения и распределите на группы по типу фотопериодической реакции.

Понятие фотопериодизма

Понятия фотопериод и фотопериодизм были введены в науку американскими физиологами растений У. Гарнером и Г. А. Аллардом (1920-1923).

Фотопериодизм – ритмические изменения морфологических, биохимических и физиологических свойств и функций под влиянием чередования и длительности световых и темновых интервалов.

Фотопериодические группы — группы растений с различной фотопериодической реакцией, названные по длине дня, ускоряющей их зацветание.

В зависимости от этого растения делятся на:

1.Нейтральные растения (НР) — длина дня не оказывает заметного влияния, растения цветут по достижении определенного возраста или размера.

Обычно нейтральные растения происходят из экваториальных областей.

2. Длиннодневные растения (ДДР) — зацветают только в том случае, если длина дня больше некоторой критической величины.

ДДР происходят из умеренных областей с равномерным увлажнением по сезонам.

3. Короткодневные растения (КДР) — зацветают только тогда, когда длина дня меньше, чем некоторая критическая величина. Они происходят из субтропических и тропических областей с зимним максимумом увлажнения.

(Есть и растения с количественной реакцией на короткий день: цветение ускоряется на коротком дне, хотя длина дня не играет принципиальной роли).

4. Длиннокороткодневные растения (ДКДР) — для цветения необходима определенная последовательность: сначала длинные дни, а затем короткие. Эти растения настроены на благоприятный осенний период.

5. Короткодлиннодневные растения (КДДР) — для цветения необходима смена коротких дней на длинные (но не наоборот).

Благоприятный период у этой группы ассоциируется с весенним сезоном.

6. Среднедневные растения (СДР) — для цветения необходим определенный интервал длины дня: ни при увеличенной, ни при уменьшенной длине дня эти растения не цветут. Это — сравнительно редкий тип регуляции цветения.

7. Амфифотопериодичные растения (АФПР) — для цветения неблагоприятен узкий интервал, а при большей или меньшей длине дня цветение наступает.

Для короткодневных с качественной реакцией решающим фактором служит длина темнового периода. Кратковременное освещение этих растений в середине темнового периода препятствует их переходу к цветению. Прерывание светового периода темнотой не влияет на сроки цветения. Длиннодневные растения не нуждаются в периодах темноты и зацветают на непрерывном свету.

§ 5. Свет в жизни организмов. Фотопериод и фотопериодизм

*Свет как абиотический фактор среды

Одним из условий существования жизни на Земле является солнечный свет, поступающий из космического пространства.

!  Это интересно

При прохождении солнечной радиации через атмосферу около 19 % поглощается облаками и водяными парами, 34 % отражается обратно в космос, 47 % достигает земной поверхности, из них 24 % — прямая радиация и 23 % — отраженные лучи. Растения связывают в ходе фотосинтеза в среднем 1 % поступающей к ним солнечной энергии.

В солнечном спектре выделяют три основных компонента: ультрафиолетовые лучи, видимый свет, инфракрасные лучи. Их характеристика представлена в таблице.

Таблица. Состав солнечного света, достигающего поверхности Земли

Составные компоненты	Длина волны, нм	Содержание в спектре, %
Ультрафиолетовые лучи	30—400	9
Видимый свет	400—700	46
Инфракрасные лучи	более 700	45

Ультрафиолетовые лучи действуют на организмы неоднозначно в зависимости от дозы. Избыточное облучение ультрафиолетом может причинять существенный вред здоровью. Все живое на Земле защищено от губительного влияния ультрафиолетовых лучей озоновым слоем земной атмосферы. Однако, несмотря на защитный озоновый слой, на долю ультрафиолетовых лучей приходится около 3 % солнечного света, достигающего поверхности Земли. Ультрафиолетовые лучи приводят к повреждению хромосом, могут вызывать рак кожи, преждевременное старение, стать причиной развития катаракты (помутнения хрусталика). Для людей со светлой кожей ультрафиолетовые лучи являются основным фактором, приводящим к меланоме — самой опасной форме рака кожи.

В то же время в небольших дозах ультрафиолетовые лучи стимулируют синтез пигмента кожи меланина и витамина D. Из курса биологии 9-го класса вы уже знаете, что витамин D оказывает влияние на обмен кальция и фосфора. Это в свою очередь влияет на рост и развитие скелета человека.

!  Это интересно

Велико значение витамина D для растущего потомства млекопитающих и птиц. Лисицы и барсуки, выводящие детенышей в норах, регулярно выносят их на солнце. «Солнечное купание» свойственно многим птицам. Стремятся погреться на солнышке после зимовки и домашние животные. Известно, что умеренное ультрафиолетовое облучение молодняка сельскохозяйственных животных положительно сказывается на их росте и развитии.

Видимый свет наиболее важен для существования жизни на Земле. Все разнообразие климатических условий и температуры верхних слоев морских и пресных вод определяется количеством поглощенной солнечной энергии. Различные участки спектра видимого света действуют на организмы по-разному. Красные лучи оказывают тепловое действие. Синие и фиолетовые лучи изменяют скорость и направление некоторых биохимических реакций. Особенно велико значение видимого света в жизни растений. Они поглощают его с помощью пигментов и используют в процессе фотосинтеза.

Растения способны изменять положение своих органов в пространстве под действием света, то есть проявлять фототропизм. Фототропизм (от греч. phōtós — свет) — ростовые движения органов растений под влиянием одностороннего освещения. Обычно у стеблей наблюдается положительный (по направлению к свету), а у корней — отрицательный (от света) фототропизмы. Положительный фототропизм можно наблюдать на посевах подсолнечника во время цветения. С восхода и до захода соцветия подсолнечника, как локаторы, поворачиваются вслед за солнцем.

Свет играет роль основного энергетического и сигнального фактора. Для подавляющего большинства организмов видимый свет является источником тепла. Дневным животным видимый свет позволяет ориентироваться в среде. Некоторые ночные виды (совы, филины) могут перемещаться даже при слабой освещенности.

Инфракрасные лучи являются источником тепловой энергии. На их долю приходится 45 % солнечного света, достигающего Земли. Некоторые наземные животные (ящерицы, змеи) используют инфракрасные лучи для повышения температуры тела. 

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.

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.