Как и все живое, растения имеют свои «биологические часы», управляющие их жизнью. На точность этих часов влияет много разных факторов Главный фактор, воздействующий на жизнь растений, это космическое излучение.
Ученые ставили опыты с растениями, выращивая их в очень глубоких пещерах. Растения были помещены в специальные камеры, куда не могли попасть лучи из космоса. В результате этих опытов ученые сделали следующий вывод: на большой глубине, куда нет доступа солнечному излучению, у растений теряется ориентировка во времени.
Оказывается, длина светового дня имеет большое значение для некоторых растений. Одни растения выпускают бутоны, когда длина светового дня увеличивается, а другие, наоборот, зацветают только тогда, когда световой день сокращается.
Растения «длинного» дня зацветают, когда световой день становится больше 12 часов. К растениям «длинного» дня относятся бугенвиллия, пеларгония, сенполия, глоксиния, кальцеолярия, примула, гибискус, виола, дельфиниум, васильки.
Растения «короткого» дня не зацветают до тех пор, пока световой день не станет короче 12 часов. К таким растениям относятся выходцы из тропиков и субтропиков, например, орхидеи, фикусы. В этих широтах светлое и темное время суток примерно одинаково. Оказавшись в умеренных широтах, где длина светового дня летом более 15-17 часов, растения изменяют свой биоритм, начинают очень бурно расти в ущерб цветению.
Если только при содержании растений короткого дня не сократить световой день до 8-10 часов, то такие растения вряд ли зацветут. К растения короткого дня относятся бегонии, азалии, пуансеттия, каланхоэ, герберы, астры, хризантемы и другие растения, зацветающие в конце лета или осенью.
Есть и еще группа растений, не реагирующих на длину светового дня. Их можно назвать нейтральными. К ним относится большинство комнатных растений.
Примеры суточных ритмов.
10. Примеры суточных ритмов.
Смена дня и ночи обусловливает суточные ритмы в природе, то есть регулярное повторение в течение суток разных природных процессов. К ним относятся закономерные изменения в освещении поверхности Земли, в температуре воздуха, в направлении бризов и т.д. Не менее ярко можно увидеть суточные ритмы и в живой природе. • Множество цветов раскрываются, а потом закрываются в определенное время суток. • Листки подорожника днём принимают горизонтальное положение, а ночью складываются наподобие зонтика. • При полном солнечном освещении цветки одуванчика становятся жёлтыми и пушистыми, в темноте же плотно смыкают лепестки.• Большинство животных спят ночью, а некоторые, наоборот, становятся активными именно в это время. • Наиболее яркие примеры физиологических сдвигов в течение суток дают летучие мыши. Летом в период дневного покоя многие из них ведут себя как пойкилотермные животные• Жизнь человека также подчинена суточным ритмам, разделение на «жаворонков»-более активны днём, «сов» — более активны ночью.• Работоспособность органов кровообращения в различное время суток также не одинаково.• Существует суточный ритм и в работе органов пищеварения. В утренние часы усиливаются перистальтика кишечника и моторная функция желудка.
На развитие овощных растений большое влияние оказывает не только интенсивность света, но и продолжительность освещения, то есть для того, чтобы растения вовремя зацвели и дали плоды, они нуждаются в определенной продолжительности светового дня. Для овощных культур это является одним из главных факторов, влияющих на урожайность. В зависимости от продолжительности светового дня все растения можно разделить на три группы.
Овощные растения длинного дня: все виды капусты — белокочаная, брокколи, брюссельская, цветная, кольраби, шпинат, пастернак, петрушка, щавель, укроп, сельдерей, брюква, редис, редька, морковь, сорта северных томатов, столовая свёкла, репа, лук, салат, овощной горох. Для цветения и плодоношения им в течение определенного периода необходим продолжительный световой день (более 13 часов). На коротком дне происходит рост вегетативных органов (корни, побеги, листья). При наступлении длинного дня эти растения начинают формировать генеративные органы – цветы, образование плодов, семян. Если не соблюдены сроки посева, и наступает длинный световой день для лука, брокколи, редьки или редиса, то у них рано наступает фаза стрелкования или цветушности, и вегетативная масса (корни, побеги, листья) не развивается, урожай этих культур значительно снижается.
Овощные растения короткого дня: – перец, тыква, патиссон, кабачок, баклажан, некоторые сорта огурцов, сорта южных томатов, кукуруза, фасоль. В условиях короткого дня (12 часов) они раньше переходят к плодоношению и дают более высокий урожай. Короткий световой день им необходим только в начале их вегетации, в дальнейшем они успешно развиваются и плодоносят в условиях длинного светового дня.
Овощные растения, нейтральные к длине дня: – арбуз, спаржа, некоторые сорта фасоли, томатов и огурцов, выведенные в умеренных и северных широтах страны, бамия. Эти овощи одинаково хорошо растут, как при коротком, так и при длительном световом дне.
Удлиняя или укорачивая световой день, можно значительно повлиять на рост и развитие овощных растений, получать более высокие урожаи. Чтобы уменьшить стрелкование редиса, лука, шпината, брокколи, нужно укоротить период освещения днем.
Для этого на грядках нужно установить съемные каркасы с непросвечивающим материалом, которыми закрывают растения с восьми часов вечера до восьми часов утра. Утром, когда материал с каркасов снимают, растения на грядке из затенения переходят в полное солнечное освещение.
Некоторые овощные растения короткого дня можно сеять и во второй половине июля. При таком посеве, когда продолжительность дня укорачивается естественным путем, редис, дайкон, редька, салат, брокколи, кольраби, лук на зелень не зацветают и дают хорошие урожаи.
Для растений характерна суточная периодичность, проявляющаяся в движении листьев, раскрывании цветков, активности выделения пасоки и нектара, изменении скорости и частоты митозов и т. д.
Такая эндогенная, суточная (циркадная) ритмика свойственна растениям даже в темноте, когда они уже не подвергаются действию света («физиологические часы»). Э. Бюннинг (1961) полагает, что у растений существует временная память. Так, цветки ряда видов начинают раскрываться незадолго до рассвета, как будто «зная», что через несколько часов взойдет солнце. Это у них повторяется и в темноте. В целом «растения, подобно животным, правильно измеряют время суток, по крайней мере длительность ночи» (Э. Бюннинг, 1961). Сейчас многие особенности жизнедеятельности связывают с суточной ритмикой, особенно много фактов накоплено при изучении суточной периодичности движения листьев. Для большей части изученных процессов продолжительность периода циркадных ритмов составляет 22—28 ч.
Доказаны наследственная обусловленность (Н. Mletzko, J. Mletzko, 1977) суточной ритмики и ее приспособительное значение. Так, сорта сои, возделываемые в экваториальной зоне, отличаются меньшей амплитудой эндогенного суточного ритма от сортов, возделываемых вне указанной зоны. На примере дикорастущих злаков показана устойчивость суточной ритмики цветения, что позволяет использовать ее как таксономический признак. Суточная ритмика цветения выполняет важную биологическую роль, она ускоряет дифференциацию популяций, создавая барьеры изоляции.
Сходная суточная ритмика цветения видов (Elytrigia) нередко задерживает микроэволюционные процессы полиморфных видов (Е. repens), уменьшая морфологические различия благодаря естественной гибридизации разных видов. Опыты по скрещиванию сортов о неодинаковыми эндогенными ритмами показали их наследование по промежуточному типу в F1. В то же время наследственные эндогенные ритмы могут перестроиться в онтогенезе. Однако с возникновением типичных условий они вновь восстанавливаются, что показано в опытах по изучению влияния различной длины дня на движение листьев фасоли. Оказалось, что на непрерывном освещении, как и при 3—4-часовой длине дня, листья фасоли неактивны. Движение листьев восстанавливалось при сокращении светового и увеличении темнового интервала времени. Так, при 16-часовом дне листья стали опускаться на свету и подниматься в темноте на 5-й день. При 12-часовом и еще более коротком дне листья на свету не опускались, а в темноте поднимались со значительным опережением, достигавшим нескольких часов.
В данном опыте движение листьев определялось условиями. Наследственно закреплены не сами никтинастические движения, а способность растений приспосабливать свой суточный метаболизм к привычным для вида световым и другим условиям. На примере тока пасоки в ксилеме древесных растений обнаружено, что он меняется в зависимости от условий. Динамическую регуляцию биоритмов рассматривают как один из универсальных адаптационных механизмов, ведущих к перестройке жизнедеятельности. Например, расход воды у растений фасоли при 24-часовом освещении оказывается в 2—3 раза меньше по сравнению с растениями, находящимися на 14-часовом освещении. В условиях непрерывного освещения транспирация носила постоянный характер, в то время как в условиях 14-часового освещения она возрастала от момента включения света до середины дня с последующим падением. При этом в середине дня интенсивность транспирации была в 6—7 раз выше, чем при непрерывном освещении.
У некоторых грибов и водорослей высвобождение спор из спорангия представляет собой процесс с четкой суточной периодичностью, регулируемый эндогенно. Свечение одноклеточной водоросли Gonyaulaxpolyedra связано с эндогенными ритмами накопления люциферина и люциферазы ночью. У этой водоросли обнаружены также эндогенные ритмы деления клеток (В. М. Sweeney, 1969).
Суточный ритм физиологических функций — один из основных и наиболее значимых для растений. Он обусловлен чередованием дня и ночи, связан с изменением организации мембран (D. Th. Vanden, 1979) и отражает приспособление растений к вращению Земли и Луны вокруг оси. В ходе эволюции растений менялись процессы, которыми управляют часы и фоторецепторы самих часов, но сам принцип измерения времени на основе эндогенного ритма природа сохранила. В естественных условиях растения «измеряют» не длину дня, а длину ночи. Так, никтофильная перилла зацветает только тогда, когда находится в темноте не менее 9 ч. Эволюционное значение актиноритмизма состояло не в том, чтобы ускорить развитие и спасти растения от осенних заморозков, а в том, «поры замедлить развитие, накопить значительную массу листьев и лишь потом мобилизовать развитый фотосинтетический аппарат на воспроизведение потомства.
Суточные ритмы регулируются с участием фитохромов (Р660 и Р730). У длиннодневных растений уровень Р730 на свету низкий; а в темноте высокий. После включения света содержание Р730 некоторое время остается высоким. У короткодневных растений Р730 регулирует ход биологических часов, а биологические часы — динамику фитохрома.
Для уточнения значения циркадных ритмов представляет интерес выяснение их связи с фотопериодической реакцией. Есть целый ряд доказательств нарушения циркадных ритмов, когда ночной период искусственно прерывался вспышкой света (в течение минуты). При этом у длиннодневных растений даже при коротком дне наступает; зацветание. Прерывание же световой фазы «темновым интервалом» не дает никакого эффекта ввиду того, что решающее значение имеет длина ночи. Отсчет фотопериодического времени идет с участием физиологических часов, где начало освещения или затемнения действует как датчик времени для синхронизации фаз. Кульминационная точка фотофильной фазы у коротко- и длиннодневных растений разная.
Циркадные ритмы у растений, несомненно, имеют приспособительное значение: амплитуда их колебания расширяет норму реакции организма в онтогенезе. Они играют важную роль и в сезонных циклах.
Одно из проявлений периодичности — сезонные и годичные циклы, связанные с чередованием периодов роста и покоя.
Независимо от продолжительности жизни растения в ходе эволюции вырабатывается определенная ритмичность, соответствующая сезонности климата. В формировании сезонной ритмики имеет значение обращение Земли вокруг Солнца, что ведет к смене времен года. В то же время в жизни растений играют роль и более продолжительные циклы. Например, в приросте многолетних растений фиксируются колебания не только климата, но и отражаются 11-летние циклы деятельности Солнца. Путем учета таких циклов сделана запись солнечной активности по спилам секвойи за 3200 лет. Вспышки численности у ламинарии также связаны с 11-летним циклом Солнца. Обильное плодоношение у лиственницы в Сибири наступает только в годы минимальной активности Солнца.
За исключением крайних типов климата (вечная мерзлота и влажные тропики), существует чередование благоприятных и неблагоприятных сезонов для роста и развития растений. Отрицательные воздействия среды растения вынуждены переносить путем перестройки жизнедеятельности. Образованием органов, лишенных активных жизненных процессов (семян, почек, укороченных побегов), или сбрасыванием листьев, части побегов и плодов обеспечивается выживаемость растений в неблагоприятные сезоны.
На примере водорослей из разных отделов показана сезонная цикличность их развития (В. В. Скрипчинский, 1975). Зеленая водоросль Fritshiella tuberosa, обитающая в тропиках, в сезон дождей размножается зооспорами, а в остальное время образует цисты. У Cladophoraglomerata зимой формируются зооспоры, весной — гаметы. У ламинарий размножение происходит с августа по март, развитие нового таллома — весной и летом. У водорослей в разных географических и экологических условиях определенные фазы онтогенеза оказываются приуроченными не только к соответствующим сезонам, но и месяцам. Нередко такая периодичность совпадает с лунными месяцами, с приливами и отливами воды. Лунный свет в жизни обитателей литоральной зоны приобретает сигнальное значение.
У более высоко организованных растений сезонная периодичность усложняется и автономизируется по фазам онтогенеза. В ходе эволюции прежде всего регулируются начальные этапы, т. е. всходы развиваются с наступлением благоприятных условий, вырабатываются механизмы, исключающие опережение или запаздывание в прорастании семян, — твердосемянность, послеуборочное дозревание, глубокий покой и др. В непостоянных условиях формируются разные типы семян, отличающиеся по срокам прорастания. Такое разнообразие воспроизводится в потомстве каждого типа семян, что повышает устойчивость вида к неблагоприятным условиям, так как нередко прорастание семян при этом растягивается на несколько лет (овсюг). Интересно указать на «капризы» семян табака, которые в летние месяцы теряют способность к прорастанию, а в осенне-весенние месяцы восстанавливают ее. Природа регуляции прорастания семян и ее физиологические механизмы становятся понятыми только в связи с экологией вида. Не случайно поэтому в посевах идет отбор сорняков по темпам и срокам прорастания семян, близким к ритму прорастания культурных растений.
В последующем регуляция роста и развития у растений осуществляется более сложным путем. Разные этапы онтогенеза отличаются по чувствительности к условиям среды и выделяются как критические по отношению к свету, влажности и температуре. С этой точки зрения озимость и яровость, эфемерность развития, однолетний, двулетний и многолетний образ жизни, тип фотопериодической реакции, образование органов для переживания периодов похолоданий и засухи выступают как разные способы приспособления растений к неблагоприятным условиям. У тропических же растений все почки на растении начинают и заканчивают покой одновременно, поскольку стареющие листья вырабатывают факторы старения и индуцируют тем самым старение других листьев и переход почек в состояние покоя (Э. Либберг, 1976).
В средних широтах (с засушливым летом и холодными зимами) наблюдается синхронизация активности роста растения в целом. При этом синхронизация с климатическими условиями достигается в пределах одного этапа развития, а все остальные берут отсчет времени от него, причем сигнальную роль играют разные факторы.
Сезонная ритмика проявляется и в физиологических процессах, о чем свидетельствуют материалы, характеризующие интенсивность дыхания и фотосинтеза у растений в разные периоды года. Это же подтверждают и результаты непосредственного изучения эндогенного ритма темнового дыхания, прироста побегов и корней у разных древесных.
Дыханию, как и многим другим физиологическим процессам, свойственно изменение суточной и сезонной активности, которое определяется наследственностью, условиями среды и возрастным состоянием. Эти колебания имеют эндогенную обусловленность, что видно по сезонной активности дыхания у листопадных и вечнозеленых растений. Так, активность дыхания у вечнозеленых растений, обитателей более или менее постоянных условий, Меняется плавно. Эндогенный характер носят и изменения в активности роста побегов и корней. Даже в тропиках, там, где внешние условия в целом остаются благоприятными для роста растений в течение года, периоды роста прерываются покоем. И для роста листопадных форм характерна известная автономность, проявляющаяся в различиях во времени начала и окончания роста побегов, в несовпадении его пиков для разных видов. Рост корней, несмотря на большую его зависимость от внешних условий, также является автономным процессом, что видно при сравнении разных видов.
Цикличность проявляется и в листопаде. Он подготавливается всем ходом развития индивидуума растений и чаше коррелирует по времени с наступлением старения у однолетних форм или отдельных частей у многолетников. Деревья умеренной зоны готовятся к зиме, а тропиков — к летней засухе с помощью листопада. Сигнальную роль при листопаде играет длина дня. Периодичность развития, регулируемая внешними условиями, особенно хорошо изучена на примере эфемеров, у которых все рассчитано на максимальное использование коротких периодов благоприятных условий. Способность к быстрому росту в течение короткого времени — отличительная особенность растений пустынь. Эфемерный тип растительности как раз возникает в результате отбора индивидууме», способных сокращать время развития, что ведет к закреплению «лихорадочной поспешности цветения». У пустынных эфемеров и эфемероидов период максимальной интенсивности фотосинтеза наблюдается в марте и апреле, когда они вступают в фазу плодоношения.
Существуют многочисленные примеры затухания роста у растений даже в благоприятных условиях. К ним относится чередование периодов роста с периодами покоя у побегов. Подобные циклы Д. А. Сабинин (1963) связывал с изменением активности синтеза нуклеиновых кислот. Например, если содержание нуклеопротеидов оказывается низким, побеги (чайного куста) «заглушаются» в росте даже в летнее время при благоприятных внешних условиях. Теперь выявлено, что в регуляции периодичности роста растений участвуют фитогормоны и ингибиторы (В. И. Кефели, 1974 и др.).
Заслуживает внимания также вопрос об эволюции годичных циклов. Эти циклы исторически могли возникнуть только в те геологические периоды, когда складывалась смена условий в течение года, что показано на примере явлений фотопериодизма. Первоначально регуляция роста, возможно, была вынужденной и касалась вегетативных органов, а позднее и семян. На основе криптобиоза и колебаний длины дня отбор формирует механизм эндогенной регуляции роста, наиболее совершенный для отсчета астрономического времени.
Любая растительная группировка, если следить за ней на протяжении года, испытывает те или иные изменения в своём внешнем виде, иначе говоря — характеризуется различными аспектами в различное время года.
Смена аспектов есть проявление сезонного ритма в жизни данного фитоценоза и отдельных слагающих его индивидуумов, а также представляет собой и неизбежный результат стадийности развития каждого растения.
На первый взгляд смена аспектов, регулярно потворяющаяся из года в год в одних и тех же формах, носит характер не только периодической, но и циклической, т. е. замкнутой в самой себе, смены. На самом же деле и тут нет полной цикличности, полного повторения, потому что, например, хотя лиственное дерево на протяжении многих лет регулярно сбрасывает каждую осень листья, но самое это дерево растёт, развивается и, стало быть, каждую следующую осень представляет собой не то дерево, каким оно было в предыдущую осень. Иными словами, в циклической по форме смене аспектов заключены элементы прогрессивного развития, т. е. элементы необратимые и неповторимые.
Смена аспектов — очень важное и целесообразное приспособление организмов к ритмически изменяющейся природной обстановке, а также — и это необходимо особо подчеркнуть — к совместному существованию организмов. Когда растения самого низкого яруса в фитоценозе быстро развиваются весной, чтобы использовать свет и сделать запасы органического вещества, пока более высокие ярусы ещё не успели развиться и создать теневой полог, — это есть приспособление, вытекающее не столько из давления неорганических условий среды, сколько из факта совместного существования многих растений.
Смена аспектов позволяет растительному миру наиболее полно и интенсивно использовать площадь его местообитания. Если учесть, что расположение растений в фитоценозах ярусами преследует те же цели, то легко согласиться, что смена аспектов — это «ярусность» во времени, в отличие от обычной ярусности в пространстве.
Очевидно, что сезонные ритмы ярче всего там, где смена времён года наиболее отчётлива. В соответствии с этим в экваториальных влажных странах сезонная периодичность мало заметна. В тропиках и субтропиках, где резко выделяются в году сухие и влажные периоды, сезонная смена явлений приурочена к ним. В странах полярных периодичность обусловлена сменой многосуточного дня многосуточной ночью. В умеренных широтах биологические ритмы проявляются наиболее выпукло, в связи с делением года на сильно отличающиеся друг от друга по температурным условиям весну, лето, осень и зиму.
Сезонные явления представляют для географа выдающийся интерес, потому что они есть отражение ритма в развитии географических ландшафтов. Чтобы получить полное представление о географическом ландшафте, надо знать, как и по какой причине он меняется в течение года и какой в результате этой смены он имеет внешний облик.
Учение о закономерностях, сезонного развития природы в настоящее время получило широкое развитие и превратилось в особую отрасль знания — фенологию. Большинство авторов понимает под фенологией науку о сезонном ходе развития только живой природы или подразделяет фенологию на физико-географическую и на биологическую фенологию, но это вряд ли правильно, так как сезонное развитие живой природы неразрывно связано с сезонными явлениями в неживой природе, — с изменением температуры, появлением и сходом снегового покрова, вскрытием и замерзанием водоёмов и т. п. Стало быть, практически фенология должна включать в себя рассмотрение закономерностей сезонного развития природы в целом, иначе говоря — должна быть изучением ритма географического ландшафта, ландшафтной оболочки.
Периодические явления в жизни каждого растения слагаются из цепи последовательных фаз: вегетативная фаза, созревание бутонов (цветочных почек), цветение, созревание семян и плодов, зрелость плодов и обсеменение и, наконец, полное или частичное отмирание растения. Развитие этих фаз в фитоценозе происходит у одних групп растений примерно одинаковыми темпами, у других различными, и в зависимости от сложного сочетания обоих вариантов и возникает смена аспектов, характерная для данного фитоценоза.
В средних широтах СССР растения начинают пробуждаться ещё до схода снега, развиваясь за счёт запасов, накопленных на зиму в корневищах, семенах, клубнях, луковицах. К ранним весенним растениям относятся мать-и-мачеха, голубой подснежник, белая и жёлтая ветреница, калужница, медуница, гусиный лук, гиацинт, тюльпан и др. Почти при снеге расцветают также ольха, орешник, и лишь затем на них набухают листовые почки. За счёт зимних запасов растение выбрасывает лист, после чего, при помощи листьев, переходит к активному созиданию органических веществ.
В конце лета лиственные деревья сбрасывают листву, но перед листопадом происходит смена окраски листьев: у грабов и клёнов они делаются светложёлтыми, у осины оранжевыми, у рябины красными и т. п. Листопад — не только эффектное явление, но и чрезвычайно важное для растения. В Восточной Сибири и Якутии осенью «листва опадает с веток, особенно после сильных утренников, настоящим дождём. От массы падающих листьев в лесу стоит непрерывный шорох, лёгкий шум. На фоне белых и серых стволов берёз и осин непрерывное мелькание падающих жёлтых листьев создаёт картину полос или струй цветного дождя».
Сбрасывая листву, растение теряет много органического вещества; впрочем, листья, разложившись, дадут начало минеральным веществам, которые затем в некоторой части вновь вернутся в растение и восстановят частично утрату. Но зато растение сбрасыванием листвы достигает и двух положительных результатов: оно удаляет вредные продукты обмена, например щавелево-кислую известь, — и с этой точки зрения листопад есть выделительная функция, совершаемая раз в году, но в грандиозном масштабе; кроме того, оно предохраняет себя от высыхания зимой, так как зимой, в связи с низкими температурами почвы, всасывание воды корнями резко уменьшается, а листья (если бы они уцелели) представляют большую площадь испарения.
Листопад — «активное» приспособление растения, а не следствие внешнего физического импульса (морозов). Листопад начинается ещё до морозов, и опадающие листья в момент отделения от дерева уже не содержат ценных продуктов ввиду своевременного их оттока в зимующие органы. Выработанное растением приспособление не утрачивается и в ином климате: на о. Мадейра наши дубы сбрасывают на зиму листья, хотя температура января здесь достигает +15°.
У разных растений листопад продолжается от нескольких дней (гинкго) до нескольких недель. В жарких странах листопад приурочен к периодам засухи, т. е. «целеустремлённость» этого явления — предохранить растение от высыхания — та же, что и в наших странах; в засушливые сезоны одновременно иссушается почва и сильно испаряют листья.
В умеренных широтах зиму растения проводят в покое. Стволы и толстые сучья защищены от испарения и холода мало теплопроводной пробковой тканью. Холодостойкость растения повышается увеличением в клеточном соке содержания сахара (за счёт перехода крахмала в сахар). Снежный покров служит важной защитой растения от холода, — особенно он оберегает подземные органы. Именно потому ствол горной сосны почти стелется по земле; так же ведут себя тундровые и высокогорные кустарники — можжевельник, полярная берёзка, полярные ивы и пр. Впрочем, стелющиеся формы создаются под совокупным действием ряда экологических факторов, потому что стелющееся растение не только легко засыпается снегом, но и оказывается лучше защищённым от ветра, а также получающим больше тепла, так как почва нагрета сильнее, чем воздух.
Травянистые растения, кроме зимнезелёных и вечнозелёных, переживают зиму без надземных органов, — в форме различных видоизменений стебля (т. е. в форме корневищ, луковиц, клубней). Однолетние же растения перезимовывают в виде семян или спор, т. е. в виде зачатков новых поколений.
Очень красочны смены аспектов в нашей степи, вернее в степных заповедниках (поскольку степи распаханы и превращены в поля). Когда под натиском весны сходят снега, появляются эфемеры и эфемероиды — белая крупка, жёлтые гусятники и др. В середине апреля цветёт живородящий мятлик, степная осока, красные тюльпаны, а немного спустя синие и жёлтые ирисы, степная валерьяна, астрагал, лютики, пурпуровые и голубые гиацинты, красные пионы. На май приходится цветение основных степных растений — степной овсяницы, перистых ковылей, тонконога и житняка. Именно в апреле — мае степь наиболее красочна: почва в это время ещё влажная, зелень всюду яркая, испещрённая миллионами цветных точек. Ранней же весной цветут и степные кустарники — бобовник, дикий вишенник, таволга и др.
В начале лета степь подсыхает, а во вторую половину и вовсе выгорает. Как только становится суше, отмирают наиболее нежные травы. В начале лета начинают цвести различные мотыльковые, голубым ковром расстилаются шалфеи, зацветают гвоздики, смолки и т. п. В середине лета серебрится ковыль, и тысячи его стеблей, сгибаемые порывами ветра, производят впечатление волнующегося металлического моря. В седине ковыльных волн яркими пятнами выделяются васильки и колокольчики.
В конце лета ветер по сухой серовато-жёлтой степи гоняет ажурные шары различных перекати-поле, земля растрескивается от засухи и в накалённом воздухе нередки миражи.
Смена аспектов наблюдается и на полях, засеянных культурными растениями. В период появления всходов пшеничное поле, а также поле с посевами проса — зелёные, ячменное поле — сизовато-дымчатое, ржаное — фиолетово-коричневое и т. п. Последующие фазы — кущения злаков, колошения, цветения, налива и созревания зерна — тоже создают свои аспекты. В пору так называемой молочной спелости поле зелёное; при восковой спелости поле жёлтое, но верхние стеблевые узлы злаков сохраняют ещё зелёную окраску; наконец, при полной спелости всё поле становится жёлтым, а зёрна твёрдыми, в отличие от фазы восковой спелости, когда зёрна ещё мягкие.
Как заставить цвести растения «короткого» дня?
Любителям-цветоводам много хлопот доставляют растения «короткого» дня. Чтобы они начали цвести, нужно искусственно создать «ночь» продолжительностью более 14-ти часов в сутки. Азалия, пуансеттия зацветут только при соблюдении такого режима. Иногда искусственное освещение в комнате не дает этим растениям зацвести. Чтобы заставить зацвести комнатные растения «короткого» дня, нужно выносить растения в темную кладовку или накрывать сверху коробкой или темным пакетом в течение трех месяцев. В этот период растениям может помешать не только свет в комнате, но уличное освещение.
Точно также сокращение светового дня влияет на цветение осеннецветущих садовых растений. Навряд ли кто-то ожидает увидеть летом цветение позднецветущих сортов георгинов, астр, а тем более хризантем.
Однако, ничего удивительного в этом нет, достаточно сократить световой день до семи часов, чтобы эти растения перенесли свое цветение с осени на лето.
Большинство однолетников, цветущих во второй половине лета, реагируют не на снижение температуры, а на сокращение продолжительности светового дня. Многие из них в условиях естественного освещения длинных летних дней могут достигать гигантских размеров, прежде чем зацветут.
Именно по этой причине ранние посевы могут привести к избыточному развитию побегов и листьев и слабому цветению. Поздние же посевы таких растений, наоборот, при обильном цветении могут иметь карликовые формы.
Зная реакцию растений «короткого» дня на сокращение продолжительности светового дня, можно у одних вызвать цветение в июле, а других, наоборот, задержать до октября. Даже хризантемы легко заставить цвести в июле простым укорачиванием светового дня. Так что наступление осенней прохлады не считается важным фактором, влияющим на цветение растений.
Суточные ритмы у растений
Наследственность растений за многие поколения закрепила циклические ритмы. Если нарушить освещение, влажность, температуру, то требуется какой-то период, чтобы ритмы эти изменились. «Циркадные» ритмы – так назвали данные процессы. На латинском языке это означает – ритмы, близкие к суточному периоду. «Цирка» — около, «диес» — день. Жизнь растений полностью у власти этих суточных ритмов. Наблюдая за тем, как раскрываются венчики цветов, можно точно определить время.
Первым встречает рассвет козлобородник, раскрывает свои желтенькие звездочки. Почти одновременно с ним расцветают голубенькие цветки цикория. Ранней пташкой являются и цветки шиповника, лилейника.
Только окрасят небо первые лучи солнца, тут же раскрывается множество цветов, показывая свою яркую окраску и свежесть. К шести утра просыпаются алые маки, желтые одуванчики, вьюнки, лен, цветки картофеля.
Стоит лучикам солнца залить поля, луга, реки, как на водяной глади распускается белоснежная лилия. Клумбы алеют и золотятся ноготками, чернобривцами, распускаются граммофоны ипомеи.
К середине дня всеми цветами радуги пестрят луга, степи, сады от огромного количества распустившихся цветов. Но после полудня постепенно краски тускнеют, и растения начинают закрываться. Цветы, которые раньше распустились, первыми и готовятся ко сну. Это — одуванчики, лютики, цикорий, козлобородник, ястребинка. К 17-ти часам складываются цветки у лилии, а шиповник цветет, пока солнце не зайдет.
Растения не только распознают смену дня и ночи, они приспособились к нужной для них длительности дня. Есть растения короткодневные и те, которые расцветают во время летнего солнцестояния.
Самым пунктуальным растением в мире является вечнозеленый кустарник, произрастающий в Малайзии. Его название — симпоха. Этот кустарник цветет ежедневно. Цветки распускаются друг за другом, постепенно набухая, и полностью раскрываясь за час перед восходом солнца. К шестнадцати часам цветок опадает. На 36-ой день после опадения лепестков, утром, ровно в три часа – раскрывается плод симпохи. И так всю жизнь. А живет кустарник иногда и до ста лет.
Почему растения способны выбирать именно то или иное время для цветения?
Растения используют изменение в спектральном составе солнечного света, чтобы определить длительность дня. За это отвечает уникальный пигмент фитохром. Эти пигменты содержатся в растениях в ничтожно маленьких количествах. Своим строением они сходны с желчными пигментами у животных и водорослей. Пигменты голубого цвета, а в листьях хлорофилл и каротиноиды их маскируют. Фитохром существует в двух формах. Они способны превращаться из одной формы пигмента в другую, что зависит от времени суток. Клетки растений способны считывать данную информацию и соблюдать четко биологические ритмы.
Периодичность цветения вырабатывалась у растений постепенно, она приспособилась и синхронно существует с ритмом жизни насекомых, опыляющих их. Цветки отдают нектар, пыльцу, а насекомые не совершают лишних полетов, тем самым экономят свою энергию. Такие растения имеют яркие, броские венчики. Они открываются, когда насекомые начинают летать, а с наступлением вечера закрываются. Тем самым защищают пыльцу, тычинки от увлажнения росой, переохлаждения или осадков.
Многие растения цветут в вечернее время или ночью. Они белого цвета или имеют сильный аромат, что является ориентиром для насекомых, их опыляющих. После захода солнца наполняет ароматом воздух ночная фиалка, благоухают цветки табака, ночной красавицы (мирабилис).
Зная, что влияет на ритмы жизни у растений, научились искусственно создавать условия для выгонки весенних цветов к определенным праздникам. Южные растения теперь могут расти в северных районах, а северные растения – в южных. Можно успешно бороться с сорняками. Для этого надо изучить ритм развития сорняков и определить ту фазу, когда они будут уязвимы для гербицидов, а растения, требующие защиты, меньше всего будут чувствительны к гербицидам.
