Представлены 8 вопросов повышенной сложности для коллективной работы в классе, и вопросы для самостоятельного поиска ответов в информационных источниках.

 

ВОПРОС 1

Почему посещение людьми парков и пригород­ных лесов пагубно сказывается на состоянии древо­стоя, даже если люди не наносят деревьям прямого вреда? 

 

Ответ. 

Массовое посещение людьми парков и лесов приводит не только к выпадению из растительного покро­ва многих чувствительных к вытаптыванию травянистых растений, но и к ухудшению роста деревьев и изреживанию их полога. Это происходит из-за:

а) сильного уплотнения почвы, которая теряет мно­гие структурные свойства, поддерживающие необходи­мый для нормальной жизнедеятельности корней деревь­ев водно-воздушный режим;

б) уничтожения подроста деревьев при вытаптывании;

в) угнетения и уничтожения грибов-микоризообразователей;

г)  снижения численности популяций многих полез­ных насекомых.

 

ВОПРОС 2

Все ли тополя «пушат»? Объясните ответ.

Ответ. 
«Пушат», то есть рассеивают семена, окутан­ные массой волосков, не все тополя. Тополь — одно из тех растений, у которых все цветки однополые: тычи­ночные или пестичные. Причем на одних деревьях только тычиночные цветки (и эти деревья не «пушат»), и па других — пестичные (они «пушат»). Эта особен­ность может использоваться при озеленении городов. Так как тополиный пух создает в городе много не­удобств, для посадочного материала необходимо брать только черенки деревьев с тычиночными цветками, которые не «пушат».

 

 

ВОПРОС 3

У каких растений цветочные стрелки и стебли, несущие цветки, после отцветания сильно растут и что что дает растениям? 

 

Ответ. 

Для всех этих групп растений удлинение стеблей способствует более дальнему распространению плодов и семян. Цветочные стрелки и стебли удлиня­ются после отцветания у многих анемохорных расте­ний, то есть растений, плоды или семена которых рас­пространяются ветром. Благодаря удлинению стебля плоды выносятся в более высокий ярус, а чем выше, и больше скорость ветра. Примерами таких растений могут быть одуванчик, мать-и-мачеха, многие виды чер­ни блоха. Вытягивание генеративных побегов с созревающими плодами делает плоды более заметными для птиц, которые могут способствовать распространению.

Семян некоторых видов растений. При падении длинных сухих стеблей находящиеся на них семена оказываются на большем расстоянии от места укоренения материнских растений. Большое значение имеет удли­нение прочных и упругих стеблей растений, распрост­раняющих свои семена метанием («баллисты»): от по­ры нов ветра или если их задевают пробегающие крупные животные, стебли наклоняются, а затем упруго распрямляются, разбрасывая семена.

 

 

ВОПРОС 4

Крестьяне в России издавна заготовляли ивовые прутья, лыко с липы, бересту, березовый сок, живицу (смолу сосны). Оцените вред этих промыслов для упомянутых видов растений. 

 

Ответ. 

По степени ущерба, который эти промыслы наносили дереву, их можно разделить на три группы: 

а) Ивовые прутья. Наносится минимальный вред

дереву, так как срезаются ветви предыдущего года (более старые слишком толсты), которые легко возоб­новляются. Кроме того, ива настолько стремительно размножается вегетативно и семенами, что подорвать «запасы» этого вида сырья достаточно сложно.

б)        Березовый сок и живица. Деревьям наносится бо­лее значительный ущерб, так как через надрезы легко проникает инфекция (главным образом споры патоген­ных грибов). Кроме того, дерево может быть истощено слишком интенсивным промыслом. Но если промысел организован разумно, ущерб, наносимый дереву, невелик.

в)        Береста и липовое лыко. Этот промысел наносит деревьям наибольший вред, так как повреждения, нано­симые деревьям, смертельны. С молодого дерева обычно снималась кора (корка и луб) «кольцом», из-за чего пол­ностью прерывается ток органических веществ через луб (флоэму) и дерево погибает. Даже если кора снимается «полукругом», дерево не выдерживает более двух-трех таких операций. Истребляется подрост, в результате чего нарушается возобновление леса. Вероятно, промысел лыка был главной причиной почти полного уничтожения некогда огромных массивов липняков в европейской части страны.

 

 

ВОПРОС 5

Опишите преимущества растений как с круп­ными, так и с мелкими семенами. 

 

Ответ.

Размеры семян растений связаны как с осо­бенностями их распространения, историей формирования тех или иных таксонов, так и с экологическими условия­ми, в которых происходят прорастание семян и прижи­вание проростков. Крупные семена могут нести большой запас питательных веществ, который необходим для приживания всходов в условиях сомкнутого растительного покрова. 

Однако увеличение веса семян уменьшает общее количество семян, производимых растением, ограничи­вает возможности их распространения, особенно с по­мощью ветра. Крупные семена легче становятся добычей животных, поэтому многие из них должны содержать высокие концентрации токсичных для животных соедине­ний. Кроме того, крупные семена обладают обычно не­большой долговечностью, многие из них быстро теряют всхожесть.

 

 

ВОПРОС 6

В одном из старинных романов можно прочи­тать: «..Летние месяцы поручик А. М. Чебурков лю­бил проводить в своем имении. Как прекрасно побро­дить в июльский зной по дышащему прохладой ельни­ку-черничнику, где в массе распустились цветки кислицы, печеночницы, любки и зимолюбки! Изящ­ные цветки этих растений напоминают белые огонь­ки в темном сумраке елового леса. Удивительный мир растений с детства привлекал поручика, и любовь к ботанике не покидала его всю жизнь... А вот и буро­ватые побеги подъельника распустили свои цветки. «Это растение лишено хлорофилла и, видимо, пара­зитирует на корнях ели»,— подумал поручик. Навеяв­шее воспоминание о шашлыках прошлогоднее костри­ще уже заросло различными лишайниками, среди которых особенно много было зеленых лопастей мар­шанции. Выйдя к лесной поляне, Чебурков полако­мился созревшими ягодами земляники и собрал букет из нескольких цветков ромашек и колокольчиков. По пути домой он сорвал какой-то лютик, из стебля которого сразу же показался оранжево-красный млечный сок. У самой усадьбы внимание Алексея Михайловича привлекла расцветшая белыми цветка­ми крапива. «Пора собрать ее на щи»,— подумал он...»

Какие биологические ошибки и неточности допус­тил автор романа в этом отрывке? 

 

Ответ. 

В этом отрывке (конечно, написанном орга­низаторами олимпиады) содержатся следующие биоло­гические ошибки и неточности:

а) печеночница и кислица цветут весной (апрель — май, кислица — до начала июня), поэтому в июле трудно любоваться их цветками;

б) околоцветник печеночницы синевато-лиловый, а не белый;

в) предположение А. М. Чебуркова оказалось неда­леким от истины: подъельник имеет симбиотические связи с микоризными грибами, от которых он получает органические вещества, а мицелий этих грибов, в свою очередь, получает питание от корней деревьев. Таким образом, подъельник паразитирует на дереве опосре­дованно, используя для этих целей свои симбиотиче­ские связи с грибом;

г) маршанция — не лишайник, а печеночный мох; ли­шайники растут довольно медленно, поэтому за один год они не могут покрыть кострище;

д) плод земляники — земляничина — относится к многоорешкам и с ботанической точки зрения не может рассматриваться как ягода;

е) чтобы сорвать «несколько цветков ромашек», луч­ше вооружиться пинцетом, так как соцветие состоит из многих цветков; отдельные цветки ромашки столь малы, что могут украшать лишь букет лилипутов;

ж) лютик с оранжево-красным млечным соком — это чистотел (принадлежащий к совсем другому семей­ству — маковых); млечный сок этого растения, вытекаю­щий при его ранении, на воздухе приобретает оранже­во-красную окраску;

з) белыми цветками цветет не настоящая крапива, а совсем другое растение — «глухая крапива» (яснотка белая из семейства губоцветных), которая не жжется и не употребляется для приготовления щей.

 

ВОПРОС 7

Предположим, на Земле исчезли все живые организмы, кроме высших растений. Опишите даль­нейшее развитие событий. 

 

Ответ. 

После исчезновения всех живых организмов ми Земле, кроме высших растений, вскоре вымрут и эти растения. Причины их вымирания могут быть следую­щие:

для фотосинтеза необходим СО2, который выделя­ется при дыхании; дыхания растений и вулканической деятельности недостаточно, чтобы покрыть расходы СО2 на фотосинтез;

растения не могут усваивать азот из атмосферы, этой способностью обладают лишь прокариоты; после того как запасы доступного им азота в почвах будут ис­черпаны, растения погибнут;

многие растения не могут существовать без ми­коризы, то есть симбиоза с грибами (к обычным микосимбиотрофам относятся растения из семейства ор­хидных, грушанковых, вересковых и др.).

Можно указать еще множество последствий такой глобальной катастрофы, как «исчезновение биогеохими­ческого круговорота веществ». Без этого круговорота невозможно существование биосферы. Высшие же расте­ния настолько специализированы, что не могут вы­полнять функции грибов, бактерий и животных.

 

 

ВОПРОС 8

Какие приспособления имеются у растений, произрастающих на бедных элементами минераль­ного питания почвах? 

 

Ответ.

Растения бедных почв обладают способностью как получать элементы минерального питания при их недостатке, так и экономно использовать их. Для этих растений характерны следующие черты:

а)  низкая поглощающая способность корней (ма­лая скорость поглощения);

б)  высокая степень развития микориз;

в)  малая скорость роста и большая длительность жизни всего растения и отдельных его органов;

г)   относительно большая биомасса корней по сравне­нию с биомассой надземных органов;

д)  избыточное потребление, при котором растение поглощает элементы минерального питания как бы впрок, в большем количестве, чем ему необходимо в данный момент для обеспечения роста и развития. В ряде слу­чаев последнее свойство может быть причиной гибели растения, так как, попадая в условия хорошего обес­печения почвы, например, нитратами, растение может накапливать их во вредных для себя концентрациях;

е)  приспособление к получению элементов минераль­ного питания не из почвы (например, насекомоядные растения);

ж)  высокая степень реутилизации («перекачки») элементов минерального питания из отмирающих орга­нов в живые.

 

 

ВОПРОС 9

Удаление многих ненужных организму ве­ществ у животных осуществляется через выдели­тельную систему. А как и что выделяют растения?

 

Ответ. 

Растения, как и все живые организмы, обла­дают таким важнейшим свойством, как обмен веществ. К сожалению, еще широко распространен взгляд на растения как на поглотителей элементов минерального питания, в которые «что попало, то пропало». На самом деле растения активно и пассивно выделяют большое количество органических и минеральных веществ, в частности:

а)  листья выделяют кислород, углекислый газ, транспирационную воду, летучие метаболиты (напри­мер, эфирные масла), ряд минеральных веществ;

б) дождевые воды, стекающие по листьям и стволам, вымывают из листьев значительное количество органи­ческих и минеральных веществ;

в) корни растений выделяют значительное количество продуктов фотосинтеза, которые используются мик­рофлорой ризосферы и симбиотическими организмами (микоризные грибы, азотфиксирующие бактерии);

корневые выделения содержат сахара, орга­нические кислоты и ряд минеральных соединений;

г)  перед отмиранием отдельных органов растений (например, листьев перед листопадом) из них происхо­дит реутилизация («откачка») необходимых растению веществ (чаще всего соединений азота и фосфора) и накопление в отмирающих органах многих балластных веществ;

д) некоторые растения засоленных почв способны выделять избыток солей в виде солевого раствора через особые «железки» на листьях;

е) как защитную реакцию растений можно рассмат­ривать выделение смол, млечного сока и других веществ в ответ на травмирование их организмов;

ж) наконец, многие растения выделяют нектар бла­годаря имеющимся у них специальным «железкам» — нектарникам.

 

ВОПРОС 10

Какие растения и как в природных условиях получают минеральное питание не из почвы?

 

Ответ. 

Минеральное питание не из почвы получают следующие группы растений:

а)   мхи и лишайники получают элементы минераль­ного питания главным образом с атмосферными осад­ками, пылью, в меньших количествах — из субстрата, на котором они произрастают (скалы, кора деревьев и т. п.);

б)  эпифиты — с осадками из разлагающихся орга­нических остатков, скапливающихся в трещинах коры деревьев, развилках ветвей и т. п.;

в)   многие бобовые и другие растения (например, ольха), имеющие симбиоз с азотфиксирующими бак­териями или актиномицетами, получают соединения азота главным образом не из почвы;

г)    паразиты и полупаразиты получают элементы минерального питания из растений-хозяев;

д)   насекомоядные растения — из своих жертв;

е)   водные растения поглощают элементы минераль­ного питания из окружающей водной толщи.

 

 

ВОПРОС 11

Во флоре Кавказа насчитывается около 6000 видов цветковых растений, а на такой же пло­щади равнины в Европе — около 2000. Чем Вы мо­жете объяснить это различие? 

 

Ответ. 

Среди многих причин богатства растительного покрова Кавказа можно выделить три основные:

а)     Большое разнообразие экологических условий. В горах изменение климата от субтропического до сход­ного с арктическим происходит на расстоянии 20— 30 км (2—3 км по высоте), тогда как на равнине — 3—4 тыс. км. А ведь каждому климату сопутствует и определенный комплекс видов растений: от теплолюби­вых каштанов и хурмы до крохотных примул и ясколок, живущих у самого снега.

б)     Наличие в горах, в том числе и на Кавказе, особых типов местообитаний, которые не могут длительно су­ществовать на равнинах. Речь идет о скалах, являющихся выходом разнообразных твердых пород, как известковых, так и силикатных. Скалы — прибежище массы эн­демичных видов, которые в других районах нигде более не встречаются. Группа скальных видов — одна из наиболее многочисленных во флоре Кавказа.

в)     Длительность развития флоры Кавказа. С тех пор как в мезозое возник Кавказский остров, на нем непре­рывно развивалась флора. Многие группы на территории Кавказа эволюционировали десятки миллионов лет. В то же время на большей части европейской равнины флора пыла полностью уничтожена или катастрофически обед­нена во время оледенения. Новая флора на территории европейской части России возникла всего несколько десятков тысяч лет назад.

г)     Еще одна важная причина — наличие на Кавказе многочисленных изолированных горных ущелий. Неболь­шие изолированные популяции одного вида растений с течением времени могут превращаться в самостоя­тельные виды.

 

 

ВОПРОС 12

Каким органам растений и частям цветка мо­гут быть гомологичны крылатые приспособления у плодов и семян различных растений? 

 

Ответ. 

Очень часто крылатые приспособления плодов гомологичны прицветным листьям (липа, граб и др.). Иногда в крылья преобразуются чашелистики (виды рода валерианелла из семейства валериановых, род абелия из жимолостных) или листочки простого околоцветника (некоторые роды из семейства гречишных). 

Наибо­лее обычны видоизменения в крылатые выросты стенки завязи плода (все виды клена, березы, вяза и др.). Сами семена многих растений (ели, пихты, кедра, бегонии, диоскореи и др.) также образуют крыловидные выросты. По-видимому, лишь лепестки и тычинки не могут видо­изменяться в крыловидные образования.

 

 

ВОПРОС 13

Какова роль опушения различных органов растений? 

 

Ответ. 

Опушены могут быть все части растения. Кор­невые волоски — специальный тип опушения — выпол­няют функцию всасывания воды и элементов минерального питания и выделения. Волоски, покрывающие стебель и лист, могут служить защитой от высыхания: волоски на верхней поверхности листьев рассекаю прямой солнечный свет, ослабляя радиацию; волоски в нижней поверхности листа уменьшают испарение воды создавая полузамкнутый слой воздуха. 

Жесткие волоски (например, у многих брачниковых) и жгучие волосы могут, видимо, защищать растения от поедания животными. Железистые волоски выделяют в атмосфер; пахучие и другие вещества и, очевидно, играют важную роль в метаболизме. Функции опушения цветка могу быть самыми разнообразными. Волоски на губе венериного башмачка, на тычинковых нитях традесканции, вероятно, служат пищей опылителям. У многих растений железистое опушение венчика выделяет пахучие вещест­ва — аттрактанты. Ряды ярко окрашенных железистых волосков могут указывать на местонахождение нектара. Кольцо волосков в трубке венчика губоцветных, напро­тив, не допускает к нектару мелких нектарных «вори­шек». 

Трубка цветка кирказона обыкновенного играет роль ловушки для опылителей: жесткие волоски, кото­рыми она усажена, не выпускают опылителей обратно из трубки, пока не произойдет опыление. Тогда тургор волосков падает и все скопившиеся в трубке пленники могут выбраться из нее. Значение опушения плодов край­не разнообразно. Оно может помогать плодам прикреп­ляться к шкуре животных, служить для переноса плодов ветром (плоды ломоноса, ветреницы, одуванчика и др.). Опушение семян служит обычно для переноса их ветром (семена ивы, тополя, тамариска и др.).

 

 

ВОПРОСЫ ПО БОТАНИКЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1. Какие функции может выполнять толстая волокнистая оболочка кокосового ореха?

2. Почему все растения испаряют воду даже в тех случаях, когда ее надо экономить? 

3. Клетки эпидермиса (покровной ткани) листа растений обычно покрыты кутикулой (особой плен­кой из жироподобных веществ) и восковым налетом. Как Вы думаете, какие функции могут иметь эти покрытия?

4. В каких целях и с помощью каких приспо­соблений растения привлекают насекомых? 

5. Часто растения одного вида, растущие вместе, расцветают одновременно. Предложите опыты, позво­ляющие объяснить механизм этого явления. 

6. В последние столетия многие растения были за­несены с одного континента на другой и там успешно прижились. Какие свойства обычно характерны для таких переселенцев? В какие сообщества вселение осуществляется легче, а в какие труднее и почему? 

7. Какие трудности подстерегают наземные расте­ния в условиях избыточного увлажнения (постоян­ные дожди, высокая влажность воздуха, заболочивание почвы, периодические затопления) и какие при­способления к выживанию в таких условиях они имеют?

8. Какими способами лист цветкового растения может защищаться от заражения паразитическим грибом, споры которого разносятся по воздуху? 

9. Нарисуйте схематические графики испарения растениями воды через устьица в течение суток в зави­симости от условий их обитания. Дайте пояснения к графикам. 

10. У многих видов растений имеются цветки двух или более различных типов. Что это могут быть за ти­пы цветков и какое значение они в каждом конкретном случае имеют для растений?