Екологични групи растения по отношение на светлината
Висшите растения, които не могат да се движат, са принудени да се адаптират към различни и бързо променящи се условия на околната среда, включително светлина. В хода на еволюцията са се формирали различни екологични групи растения, приспособени към определени условия на околната среда.По отношение на светлината се разграничават три екологични групи растения: светлолюбиви (или светло), сенкоиздръжливи и сенколюбиви (или сянка).
Светлолюбиви или светлинни растения. Светлите видове, или хелиофити (от сиво, хелиос - слънце, фитон - растение), се срещат почти изключително в добре осветени открити местообитания. Засенчването влияе потискащо на хелиофитните растения. Тази екологична група включва видове от пустини и полупустини, тундри и планини, където растителната покривка е много рядка, както и растения от степи, ливади, крайбрежни местообитания и резервоари, в които листата плуват на повърхността. Хелиофитите са растения от каменисти, плевелни крайпътни местообитания, повечето от култивираните видове.
Сред тревните растения в района на Смоленск светлолюбивите видове включват ливадна метличина, ограда и миши грах, ливадна и пълзяща детелина, обикновен подбел и други видове. Сред дървесните видове тази екологична група включва увиснала бреза, трепетлика, бял бор и много видове върби.
При условия на висока осветеност растенията получават достатъчно и дори прекомерно количество лъчиста енергия, така че основната задача е да се предотврати фоторазрушаването, т.е. разрушаването на органични молекули, мембрани, прегряване на клетки и тъкани под въздействието на светлина. Как растенията "решават" този проблем?
При ярка светлина хелиофитните растения могат да променят ъгъла на наклона на листата, намалявайки притока на слънчева светлина. Листата са малки изначителна дебелина, повърхността им има високо огледално отражение поради структурните характеристики на кутикулата и обилното опушване. Тези характеристики осигуряват, от една страна, поглъщането на необходимото количество лъчиста енергия, от друга страна, предотвратяват разрушителното действие на ярката светлина. Клетките на покривната тъкан (епидермиса) съдържат специални пигменти - антоцианини - активно абсорбират вредните ултравиолетови лъчи и предотвратяват проникването им в дълбочина.
Анатомичната структура на листата на светлолюбивите растения също има свои собствени характеристики. Мезофилът на двусемеделните е ясно разграничен в два слоя: колонен (палисаден) и гъбест, като палисадният слой се състои от няколко реда клетки.При много хелиофити колонната тъкан е разположена не само от горната, но и от долната страна на листа. По правило мезофилните клетки са малки и компактно разположени. Такива характеристики на структурата се наричат "лека структура на листа".
Пигментните системи на фотосинтезата също не са еднакви при различни условия на осветление. На наблюдателния човек е добре известно, че листата на растенията, растящи на ярка светлина, имат бледозелен цвят. Този факт е експериментално потвърден от трудовете на руския физиолог на растенията Н.В. Любименко в началото на 20 век. Сега е доказано, че хлоропластите на светлите листа съдържат по-малко количество хлорофили, но абсорбират светлината по-ефективно. Оказва се, че интензивността на фотосинтезата, тоест скоростта на образуване на органични вещества на единица листна повърхност, е висока при хелиофитните растения.
Въпреки това, при недостатъчно осветление, светлолюбивите растения гладуват, растежът им се забавя и е възможна смърт. Други екологични групи растения се оказаха адаптирани към условията на засенчване.
Сенкоустойчиви растения. Тези видове иматширока екологична амплитуда по отношение на светлината. Те могат да растат на пълна дневна светлина с малко сянка. Устойчивите на сянка растения са в състояние да се адаптират добре към липсата на светлина. Тази група включва повечето видове от горската зона, сред които могат да се отбележат храсти - червени боровинки и боровинки, тревисти - дъбова вероника, горски здравец, градски и речен чакъл, горски ягоди. От дървесните видове дребнолистната липа, обикновеният ясен, дъбът са класифицирани като сенкоустойчиви, обикновеният смърч и гладкият бряст се отличават със значителна сенкоустойчивост.
При засенчване растенията се сблъскват с различни екологични проблеми, отколкото при ярка светлина. При ниска осветеност е необходимо да се осигури максимално поглъщане на оскъдна слънчева светлина, обеднена на физиологично активно лъчение. Листната мозайка помага за решаването на този проблем - специално разположение на листата в пространството, когато листните остриета на един издънка практически не се закриват.
В структурата на листата на сенколюбивите растения ясно се проявяват чертите на „сенчестия“ характер. Мезофилът на листата не е ясно разделен на колонен и гъбест: или всички клетки имат повече или по-малко еднаква форма, близо до паренхима, или клетките на горния слой са малко по-различни от долните по форма и местоположение. Мезофилните клетки са хлабаво опаковани, с големи междуклетъчни пространства.
Интересна адаптация към най-пълното използване на слънчевата светлина се открива в ефемероидите (от гръцки, "ephemeros" - еднодневен, мимолетен), които включват нашите дъбови иглики, които се отличават с кратък годишен цикъл на развитие: анемонов дъб и лютиче, коридалис кухи, азот и Маршал, гъши лъкове малки и жълти, пролетно изчистване. Това са многогодишни растения, които започват да растат, когатоснеготопене.В рамките на няколко седмици те успяват да образуват вегетативни органи, цветове и плодове, след което надземната част на растенията умира, започва период на летен и след това зимен покой.
Каква е причината за такова ранно пробуждане и бързо развитие на ефемероидите? Смята се, че тези растения нямат висока толерантност към сянка. За цял живот те използват кратък период от време в началото на пролетта, когато все още няма листа по дърветата в дъбовата гора и достатъчно слънчева светлина достига повърхността на почвата. В началото на пролетта температурите на въздуха не винаги са благоприятни за растежа и развитието на растенията. Ефемероидите преодоляват несгодите с невероятната си студоустойчивост и устойчивост на замръзване. Оказа се, че тези растения могат напълно да замръзнат, а след това слънцето само ги загрява, те се размразяват и продължават да живеят без много щети за себе си.
Условията на лошо осветление оставиха своя отпечатък върху външния вид, структурата и жизнената активност на тези растения. По правило размерите им не са големи, а масата и повърхността на надземните органи преобладават над подземните. Много устойчиви на сянка растения в нашите гори презимуват със зелени листа, което им позволява да извършват фотосинтеза от най-ранна пролет до късна есен и донякъде да компенсират липсата на светлина.
Листните остриета в сенчестите растения имат значителна площ, но са тънки. Вътрешната структура на листата от типичен тип "сянка". В клетките на асимилационния паренхим има няколко големи хлоропласти, които съдържат много хлорофил и ксантофил. Това е един вид увеличаване на "мощността" на фотосинтезиращия апарат, насочен към улавяне на много слаба светлина, обеднена на PAR. Интензивността на фотосинтезата в сенчестите растения е по-ниска, отколкото в светлите. Въпреки това нарастването на биомасатасянка растения започва при много слаба светлина, което позволява на sciophytes да оцелеят в такива сурови условия.
В заключение трябва да се отбележи, че принадлежността на даден вид към една или друга зоологическа група по отношение на светлината не винаги е ясно определена. Трудно е да се очертаят резки граници между групи светло- и сенчести, сенкоустойчиви и сенчести растения. Изискването към светлина може да се промени дори по време на онтогенезата. Например, подрастът на дървесните видове в горските фитоценози, разсадът на тревните видове е по-устойчив на сянка от възрастните. Когато младите растения излязат в горния слой, те развиват светлинни знаци. Горното показва екологичната пластичност на висшите растения, способността им бързо да се адаптират към променящите се условия на светлина.