Текст роботи розміщено без зображень та формул.
Повна версія роботи доступна у вкладці "Файли роботи" у форматі PDF

Ще зовсім маленькою, побачивши вперше осінній листопад, я подумала, що це вітер своєю силою зриває вже дозріле листя з дерев і скидає їх на землю. Чому листя для мене восени було "дозріле" – тому, що я думала, що вони, як і плоди на деревах, з настанням осені дозрівали.

Коли я пішла до школи на уроках «Навколишній світ» я почала розуміти, що скидання листя деревами восени – це їхня підготовка до зими. Але я все одно вважала, що це не зовсім правильно, тому що дерева та чагарники всю весну і літо вирощують своє листя, витрачають енергію, а потім все це багатство у них забирають. "А що якщо дерева залишаться з листям взимку?" – думала я на той час.

Минув час. Я почала вивчати у школі «Біологію», і лише тоді з підручника та з оповідань вчителя мені стало зрозуміло, що таке листопад і навіщо він походить. Тих відомостей про листопад, які я отримала на уроках, мені виявилося недостатньо, і я захотіла докладніше дізнатися про значення листопада для дерев, використовуючи для цього додаткову літературу.

Отже, взявши за основу відомості з підручника «Біологія 6 клас», доповнивши їх інформацією інтернет-журналу (http://awesomeworld.ru/), інформацією із сайту http://ua.wikipedia.org/wiki/листопад, з книги Граубіну Георгія Рудольфовича «Чому восени листопад?» і з книги Кожевнікова А. В. «Листопад» (глава «Весна та осінь у житті рослин»), я провела своє дослідження.

Об'єкт мого дослідження – листопад.

Гіпотеза – листопад – це біологічне пристосувальне явище у житті листопадних рослин

Мета роботи: вивчити біологічне значення, причини та механізм листопада

Для досягнення мети було поставлено такі завдання:

1. розглянути причини листопада;
2. визначити механізм опадання листя;

1. зробити висновки про біологічне значення листопада для рослин та навколишньої природи.

Використовувані методи дослідження:

1. Читання навчальної, науково-популярної та довідкової літератури з проблеми дослідження.
2. Пошук інформації у глобальних комп'ютерних мережах.

Що таке листопад

Листопадом називають природний процес відокремлення листя від гілок дерев або чагарників, який був викликаний сезонною зміною кліматичних умов (похолоданням, посухою), внутрішнім ритмом розвитку рослин, ураженням їх шкідливими комахами, хворобами, хімікатами або погано удобреним ґрунтом. Процес цей відбувається абсолютно у всіх рослин, у тому числі і тих, які вважаються вічнозеленими: їхнє листя опадає поступово, одночасно заміщаючись новими. Листя може опадати за раз на певний період року, як у листопадних дерев, а може, як у вічнозелених – поступово, протягом тривалого часу. Варто зауважити, що у тропічних лісах рослини стоять без листя зазвичай лише кілька днів, тоді як у помірних широтах цей період може тривати від восьми до дев'яти місяців.

Лістопад – біологічний процес скидання листя рослинами. В умовах помірного клімату взимку багатьом рослинам не вистачає води. Вода в замерзлому ґрунті знаходиться в стані льоду і не може проникати в клітини коріння.У той же час випаровування з поверхні листя не припиняється (хоча воно, природно, знижується, оскільки залежить від температури повітря). Якби дерева і чагарники, а також деякі трав'янисті рослини не скидали листя, вони б засихали. У субтропічній зоні спостерігається подібне явище. Причиною там є не зима, а щорічна посуха. Хвойні рослини, наприклад, ялина та сосна, набагато краще переносять сухі періоди, тому вони в помірних зонах вічнозелені. Кількість води, що випаровується листяними породами, у 6-10 разів перевищує кількість води, що випаровується хвойними. Це, з одного боку, пов'язане з меншою поверхнею випаровування, з іншого, – з відмінностями у будові. Береза ​​у перерахунку на 100 г листя за літо випаровує близько 80 літрів води, для сосни ця цифра становить близько 9 літрів. Модрина займає проміжне місце між листяними та хвойними породами. Другою причиною скидання листя є захист від механічних пошкоджень у зимовий період від маси снігу, що прилип. Окрім цього, листопад очищає організм рослин від шкідливих речовин. Вчені встановили, що листя восени містить набагато більше мінеральних речовин, ніж навесні та влітку. Це пояснює та обставина, що в тропічній зоні з однорідним протягом усього року кліматом листопад все ж таки існує. Там він відбувається не в короткий термін, а розподіляється на весь рік і тому менш помітний. Терміни сезонного листопада у різних широтах різні. У середній смузі Росії процес активного скидання листя рослинами починається у другій половині вересня і завершується переважно до середини октября.[4]

Які причини листопада? Що змушує наші листяні дерева і чагарники щорічно скидати своє листя для того, щоб знову одягтися ним після закінчення суворої зими? Щоб відповісти на це питання, необхідно перш за все з'ясувати, чи є листопад біологічне явище, зумовлене життєдіяльністю рослини, або ж він викликаний падінням температури та настанням осінньої негоди. Якщо ми влітку чи — ще краще — з весни пересадимо в горщик із землею якесь молоде деревце, наприклад, дубок чи клен, і поставимо його в кімнату чи в оранжерею, восени він неминуче скине своє листя, незважаючи на найкращий догляд. У кімнату або за скло оранжереї не проникає осіння негода, тут не буває заморозків, проте листопад і тут виявлятиметься з достатньою правильністю. Це вказує нам на те, що осіннє скидання листя не є прямим наслідком несприятливих умов. Воно разом із зимовим періодом спокою входить у самий цикл розвитку рослини.

Листопад є пристосуванням рослин до умов зими — не лише холодної, а й сухої пори року. Якби наші листяні дерева залишилися на зиму у своєму зеленому уборі, вони неминуче загинули б внаслідок нестачі вологи, оскільки випаровування води їх листям не припинялося б, а надходження води в рослину майже повністю могло зупинитися. У багатьох тропічних і субтропічних країнах, де температура протягом круглого року досить висока, але вологість схильна до сильних коливань, щорічно при настанні посухи дерева скидають листя.Так оголюються на кілька місяців дерева африканських саван, трави яких також випалюються сонцем, поки рясні дощі знову не відродять до життя рослинність саван.

Говорячи тут про значення листопада у житті наших дерев, не можна не звернути увагу на те, що, скидаючи листя, вони тим самим оберігають себе від механічних пошкоджень під вагою снігу. Часто взимку можна спостерігати, як навіть у безлистому стані ламаються великі гілки дерев під натиском снігу; широка листова поверхня, на якій осідало багато снігу, зробила б це явище катастрофічним. Вищезгаданим далеко не обмежується біологічне значення листопада. У житті дерев він відіграє ще й іншу роль. Він сприяє видаленню покидьків, різних мінеральних солей, велика кількість яких накопичується в листі під осінь і стає шкідливим для рослини. Якщо взяти листя якогось дерева і дослідити, скільки вони містять золи навесні, в середині літа та восени, перед листопадом, то в результаті виявиться різке підвищення золи з віком листя. Яким чином протягом літа відбувається накопичення у листі такої значної кількості мінеральних речовин? Справа в тому, що лист протягом усього свого життя посилено випаровує воду. На зміну цієї випареної вологи в нього безперервно надходить нова, яка засмоктується корінням із ґрунту. Однак, як ми знаємо, рослина отримує з ґрунту не чисту воду, а розчини різних солей. Ці солі, проходячи разом із водою через всю рослину, потрапляють і в листя. Частина йде на харчування рослини, частина ж, що залишається не використаною, відкладається в клітинах листа.В результаті цього до осені листя стає як би мінералізованим, рясно просоченими солями, відкладення яких у деяких випадках вдається навіть розглянути під мікроскопом. Велика кількість мінеральних солей, що відкладаються до осені в листі, порушує нормальну їхню роботу і стає шкідливою для рослини; тому скидання старого листя є необхідною умовою для його нормальної життєдіяльності. Так як відкладення мінеральних солей у листі – результат випаровування, то зрозуміло, що чим більше вологи здатні випарувати листя, тим сильніше вони мінералізуються до осені. Необхідність позбутися від шкідливих покидьків, що накопичилися в листі, обумовлює листопад у дерев у вологому тропічному кліматі. Спочатку вважали, що в тропічних місцевостях, де клімат протягом цілого року залишається більш менш однорідним, листопада зовсім не існує. Однак більш ретельні спостереження, зроблені на острові Яві у знаменитому тропічному ботанічному саду в Бьютензоргу та в Індії, показали, що і в тропіках листопад є звичайним явищем. Правда, опадіння листя у різних дерев відбувається тут не одночасно, причому навіть різні екземпляри одного і того ж виду мають листопад у різне. час. В результаті період спокою у вологому тропічному кліматі нерідко триває у якогось дерева або частини дерева лише кілька днів. Рослина скидає старе листя, що стало для нього не потрібним баластом, і негайно одягається в нове зелене вбрання. Ці факти вказують, що листопад залежить не тільки від зовнішніх, а й від внутрішніх причин, тобто стає необхідним у результаті життєдіяльності рослини. [2]

Ось так описані причини листопада у книзі Граубіну Георгія Рудольфовича «Чому восени листопад?»: «Хоча наші листяні дерева живуть десятки, нерідко і сотні років, листя у них "працює" всього один сезон. І за цей час все одно швидко зношуються. Адже "робота" у листя дуже напружена. У зеленому листі вся нижня поверхня, вкрита прозорою шкіркою, усіяна дрібними отворами – продихами. Під впливом навколишньої температури та вологості повітря вони то відкриваються, то закриваються. Як кватирки у будинках. Вода, яку всмоктує з ґрунту корінь, піднімається по стволу до гілок та листя. Коли кватирки-продихання відкриті – з листя випаровується волога, і нові порції води підтягуються через стовбур у крону. Сонце нагріває листя, а випаровування – охолоджує їх, не дає перегрітися. Прикладіть лист до щоки – він холодить. Зірваний з дерева зелений лист швидко засихає. А на дереві листя соковите, свіже – клітини живого листа завжди наповнені водою. Деревам потрібно дуже багато води. За літо велика береза, наприклад, випаровує близько 7 тонн води. Взимку стільки вологи з ґрунту не отримаєш. Зима для дерев не тільки холодна, а й, головне, суха пора року. Втрачаючи листя, дерева захищаються від "зимової посухи". Немає у дерева листя – немає і такого рясного випаровування води. Крім того, потрібен листопад деревам та з лікувальною метою. Разом із водою дерево втягує із ґрунту різні мінеральні солі, але використовує їх не повністю. Надлишки накопичуються в листі, як зола в топках печей. Якби листя не обпадало, дерево могло б саме себе отруїти. У містах повітря сильно забруднюють димлячі труби фабрик та заводів. Найдрібніші частинки сажі осідають на листя, забивають продихи. Випаровування сповільнюється.Тому в містах деяким деревам доводиться міняти листя двічі на рік. А відомий випадок, коли тополя змінила її п'ять разів! Є й третя причина для листопада: захистити тонкі тендітні гілки дерева від тяжкості снігу, що випав. Якось я бачив таке сумне видовище. Сніг випав, а дерева ще не скинули листя. І всі берези, що стояли вздовж дороги, зігнулися в дугу. Їх так придавило снігом, що вершини опустилися до землі. Минуло багато років. Я знову побачив ці берези – багато стволів так і залишилися схожими на коромисла. Значить, ці дерева не зовсім здорові, рух соків у них порушений. Адже саме стовбуром піднімаються до листя поживні соки. Листопад пристосовує дерева до зими … »[1].

Як опадає листя

Оскільки ми живемо в широтах, де листя восени, що летять за вітром, є звичайним і абсолютно не викликає подив явищем, мало хто замислюється про те, що процес, який привів до цього, досить складний, непростий і починається задовго до того, як ми можемо побачити осінній листопад.

У серпні чагарники та дерева починають готуватися до скидання листя. У цей період у основи листя з'являється перегородка (пробковий шар), клітини якого порушують зв'язок між листовою пластиною та стеблом, поступово відокремлюють їх одна від одної. Відривається лист не відразу: деякий час його утримують водоносні судини, але варто налетіти несильному вітерцю, як листя, що летить за вітром, за короткий період встеляє земну поверхню яскравим килимом.

Очевидною ознакою того, що в житті рослин скоро будуть значні зміни, є пожовтіння або почервоніння листя.Відбувається це тому, що рослинам надають зелений колір маленькі хлорофілові зерна, в яких розкладається вуглекислота. Під впливом сонячних променів ці зерна постійно розпадаються і знову створюються (без світла цей процес відбуватися не може). Крім хлорофілу, у листі існують пігменти помаранчевого та жовтого кольорів (основні серед них – ксантофіл і каротин). У літній період вони, замасковані кольором хлорофілу, хоч і присутні, але абсолютно не видно. А от коли на листі з'являється шар, що відокремлює, утворення хлорофілу спочатку сповільнюється, а потім і зовсім зупиняється. В результаті листова пластина втрачає зелений колір, тоді як жовті пігменти нікуди не пропадають і виразно проявляються. Це є причиною того, що в дощову та похмуру осінь листя зеленим залишається набагато довше, а коли негоду змінюють ясні сонячні дні (бабине літо), листя за дуже короткий проміжок часу набуває яскравих золотистих кольорів. Листя деяких дерев стає багряного кольору, наприклад, клен, осика, бересклет, дикий виноград. Відбувається це через наявність у рослинах розчиненого в клітинному соку антоціану. Коли температура повітря знижується, його кількість зростає і лист набуває бурого відтінку, чому сприяє також той факт, що в цей же час надходження поживних речовин листову пластину починає затримуватися або зовсім припиняється.[3]

Листопад – це пристосування листяних листопадних рослин до настання несприятливих умов, як у помірних широтах, і у спекотному кліматі. Листопад дозволяє рослинам, по-перше, уповільнити випаровування та економити вологу, кількість якої значно знижується.По-друге, листопад разом з опалим листям виводить з організму рослини непотрібні речовини, що накопичилися за вегетативний період. По-третє, скидаючи листя, рослини захищає свої гілки від механічних пошкоджень у зимовий період від маси снігу, що прилип. А ще опале листя захищає коріння рослини від сильних морозів і збагачує ґрунт органічними речовинами, підвищуючи його родючість.

Явище природи листопад дуже мудре рішення, воно дозволяє рослинам набратися сил для наступного сезону.

Список використаних джерел та літератури

1. Граубін Г. Р. Чому восени листопад? – АСТ. 2015 – 48 с.

2. Кожевніков А. В. Листопад // Весна та осінь у житті рослин. – М.: Вид-во МОІП, 1950. – 239 с.

Багато років вчені працювали з того, щоб зрозуміти, чому починається листопад восени. І хоча всі деталі цього процесу невідомі, накопичених знань достатньо, щоб зрозуміти основні механізми цього процесу. На зміну кольору листя восени впливають три основні фактори: пігменти в клітинах листя, довжина ночі та погода. Але це далеко не просте пояснення процесу пожовтіння та опадання листя.

Для чого потрібний осінній листопад

Зима – це потреба, з якою стикаються всі рослини щорічно у певних кліматичних зонах. Тому багаторічні рослини, до яких належать і дерева, повинні мати механізми, що забезпечують захист та виживання у морозних температурах та інших несприятливих зимових умовах.

Стебла, гілки та нирки мають засоби захисту для того, щоб вижити в екстремально холодних умовах і прокинутися з новими ознаками весни. Але ніжна тканина листя взимку просто змерзла б.Дерева змушені або пожертвувати цінними речовинами, щоб захистити листя, або розлучитися з ним.

Вічнозелені дерева, такі як ялинки, ялинки, сосни, ялиці тощо, можуть пережити зиму, не загартовуючись. Їхнє листя, що нагадує голки або луску, покрите товстим шаром, схожим на віск, а речовини у складі внутрішньоклітинної рідини містять «антифризи», що робить їх стійкими до морозів. Таким чином, «листя» вічнозелених рослин спокійно переживають найхолодніші зими, наприклад, в Арктиці. Вічнозелені голки живуть кілька років, але зрештою і вони опадають через старіння.

Листя широколистих дерев, навпаки, дуже ніжне і вразливе. Листя у них широке, тонке і не має захисних покриттів. Рідина всередині них являє собою рідкий сік, який моментально замерзає на морозі. Це означає, що ці клітини не здатні пережити зимові холоди. Тому їх потрібно скинути, щоб забезпечити подальше виживання дерев. Це причина, чому листопад передує кожній зимі.

Голки та листя, що опали з дерев, даремно не пропадають. Вони розкладаються та поповнюють склад ґрунту необхідними речовинами, входячи до складу губчастого шару гумусу.

Цей лісовий килим вбирає та утримує дощову вологу, необхідну рослинам для зростання та розвитку. Опале листя стає їжею для численних мікроорганізмів, що мешкають у лісовій екосистемі. Цілком можливо, що без поживних речовин, які щорічно поставляються опалим листям, ліси б просто не вижили, так само, як не вижили б і дерева, не скидаючи листя.

Від чого залежить колір листя восени

Рано восени, у відповідь на скорочення довжини дня і зменшення інтенсивності сонячного світла, листя починає готуватися до опадання.Ні температура, ні дощі, ні кількість поживних речовин, що надходять, в рослину не впливають так сильно на зміну кольору листя і появу листопада, як збільшення довжини темного часу доби. У міру того, як дні стають коротшими, а ночі подовжуються і стають прохолоднішими, біохімічні процеси в листі починають забарвлювати листя в жовтий і червоний кольори.

Живлення листя судини поступово перекриваються, а в основі кожного листа утворюється шар клітин. Ці перекриті судини зупиняють зворотний вихід цукру з листя, що призводить до утворення антоціанів. Після того, як цей шар клітин виявляється повністю сформованим, лист готовий до опадання.

У розмальовці осіннього листя беруть участь три різновиди пігментів:

• Хлорофіл, який надає листям зеленого кольору. Він необхідний для фотосинтезу – хімічної реакції, що дозволяє рослинам використовувати сонячне світло виробництва цукрів, необхідних харчування. Дерева помірних широт запасають ці цукри в тканинах на період зимової сплячки.
• Каротиноїди – надають листю жовтого, помаранчевого та коричневого кольорів. Прикладом яскравої дії цих барвників є кольори кукурудзи, моркви та нарцисів. А також бруква, жовтці та банани.
• Антоціани – надають колір журавлинам, червоним яблукам, винограду, чорниці, вишні, полуниці та зливам. Ці пігменти розчиняються у воді та з'являються у водній частині листя.

Як хлорофіл, так і каротиноїди присутні в хлоропластах листя протягом усього сезону росту. Більшість антоціанів виробляється восени, у відповідь яскраве світло і надлишок цукрів у клітинах листя.

У теплу пору року, тобто в сезон зростання, хлорофіл безперервно виробляється та розпадається.При цьому листя виглядає зеленим. У міру збільшення довжини ночі восени вироблення хлорофілу сповільнюється, потім повністю припиняється. При цьому весь хлорофіл у листі знищується. Через це каротиноїди та антоціаніни, присутні у листі стають видимими.

Як змінюється колір різних дерев

Який саме колір з'явиться на листі після того, як у листі виявляться каротиноїди та антоціаніни, багато в чому залежить від рослини. Наприклад:

• Дубове листя стає червоним, коричневим або червоно-коричневим.
• Гікорі (родина горіхових) набувають золотаво-бронзового кольору.
• Осики та тополі – золотаві та жовті.
• Кизил – фіолетово-червоний.
• Буки набувають кольору легкої засмаги.

Забарвлення осінніх кленів відрізняється від виду на вигляд. Червоний клен стає яскраво-червоним, цукровий – оранжево-червоним, а чорний – яскраво жовтим. Смугастий клен виявляється майже безбарвним. Листя на деяких деревах (таких, як в'язи) просто всихає і опадає, майже не змінюючи свого кольору.

Початок зміни кольору листя залежить від виду дерева. Наприклад, такі дерева, як оксидендруми в південних американських лісах, набувають яскравих малинових кольорів пізно влітку, тоді як інші дерева ще зеленіють. Дуби сильно запізнюються зі зміною забарвлення, і стоять зеленими в той час, як багато інших дерев змінили забарвлення і скинули листя.

Час початку зміни кольору листя генетично запрограмований. Підтвердження цьому і те, що самі види забарвлюються в однакові кольори певної географічної широті як і прохолодних місцевостях високогір'я, і ​​у теплих низинних долинах.

Як погода впливає на колір осіннього листя

Кількість та яскравість забарвлення в кожному осінньому сезоні залежать також від погодних умов, які впливають на трансформацію хлорофілу в листі. Головними факторами є температура та вологість.

Тривалі теплі, сонячні дні та прохолодні, але не морозні ночі призводять до появи найбільш яскравих осінніх забарвлень. Під час таких днів у тканинах листя виробляється дуже багато цукрів. Однак з настанням холодів судини, що живлять клітини листя, поступово перекриваються, – і цукру перестають до них надходити.

Ці умови – велика кількість цукрів і світла підганяють вироблення яскравих антоціанінових пігментів, які забарвлюють листя в червоні, фіолетові та малинові відтінки. Оскільки каротиноїди у листі присутні завжди, жовті та золотисті тони є постійними рік у рік.

Волога в ґрунті також впливає на осінні кольори. Як і погода, вона сильно змінюється з року в рік. Численна кількість комбінацій, які можливі при поєднанні цих сильнозмінних факторів, призводять до того, що немає двох осінніх сезонів, під час яких листя буде схоже один на одного. Пізніше настання весни або сильна літня спека можуть спричинити затримку появи осіннього забарвлення на кілька тижнів. Теплий осінній період також може знизити інтенсивність осінньої палітри.