Листопад или сезонная смена листьев - это биологический процесс для растений, в ходе которого они сбрасывают листву с ветвей, чтобы не погибнуть в холодный период года, а также засуху.
Сбрасывание листвы кустами и деревьями является естественным процессом. Важен он как для самих растений, так и для почвы, в которой они произрастают.
Сезонная смена листьев растений
Листопад для деревьев является логичным завершением цикла сезонного роста и способом успешно пережить зиму. В регионах с умеренным климатом она морозная. Верхний слой почвы и скопившаяся влага промерзают. Как следствие, растение не может собрать корневой системой достаточное количество воды. Если бы листья оставались на ветвях, с их поверхности влага продолжала бы испаряться, пусть и не так интенсивно из-за низких температур, кустарники и деревья засохли бы.
В зимний период выпадает большое количество осадков в виде снега. Последний налипает на ветки. При условии наличия листьев, масса налипшего снега была бы существенно больше, ветви деревьев и кустов обламывались бы под непривычной тяжестью.
Опавшие с деревьев и кустов листья, а также хвоя, образуют растительный покров у корневой системы деревьев, который является естественной защитой от зимних морозов. Ближе к весне при постепенном оттаивании почвы и с выпадением осадков в виде дождей, вся опавшая листва перегнивает, выступая удобрением для грунта и источником питательных веществ для растений.
В регионах с субтропическим климатом листопад является свидетельством засухи. Деревья сбрасывают листву, ввиду нехватки воды. Нередко это происходит летом, в июле-августе.
Процесс смены листьев растений и деревьев
Лиственные кустарники и деревья листву сбрасывают в осенний период. Это зависит не столько от календаря, сколько от изменения светового дня и температуры воздуха. Для растений осень наступает при установлении температуры от 15 градусов тепла и ниже.
Перед сбрасыванием листвы растения накапливают минеральные и полезные вещества в стволе и ветвях, забирая все от листьев. Необходимость в фотосинтезе отпадает, и листва меняет цвет. Циркуляция сока по ветвям замедляется, не получающие питания листья начинают опадать.
У хвойных деревьев также происходит смена иголок. Из-за малой площади испарения влаги с них, а также особого воскового покрытия, которое дополнительно замедляет этот процесс, у растений нет необходимости в сбрасывании иголок одномоментно. Процесс этот происходит постепенно и незаметно для человеческого глаза.
Комнатные растения, в большинстве своем, не сбрасывают листья. Характерно это для кустарников и быстрорастущих видов, но происходит постепенно и на внешний вид растений не влияет.
Если растение комнатное сбросило листву - были нарушены условия его выращивания: не соблюден режим полива, установка в темном месте, либо, наоборот, под прямыми солнечными лучами и т.д.
Листопад у разных деревьев
(Рисунок-задание: К какому дереву принадлежит лист? )
Период начала-окончания листопада растений в разных регионах отличается, что зависит от климатических особенностей. Но закономерность в порядке сбрасывания листвы разными видами деревьев и кустарников имеется.
Первыми листву начинают терять береза и липа. В Забайкалье к первым числам октября деревья полностью стоят голые.
Следующими на очереди идут тополь, дуб, клен. В среднем, этот процесс начинается с середины сентября и к 10 числам октября деревья также полностью сбрасывают листву. Среди лиственных деревьев самой последней расстается с листвой яблоня. Бывает, что при наступлении морозов редкие листья все еще остаются на ветвях.
Последней из всех лиственных растений опадает рябина. Имеется даже народная примета, согласно которой ожидать морозов следует через несколько дней после опадания основной части листвы.
Многие годы ученые работали над тем, чтобы понять, почему начинается листопад осенью. И хотя все детали этого процесса полностью неизвестны, накопленных знаний достаточно, чтобы понять основные механизмы этого процесса. На изменение цвета листвы осенью оказывают влияние три основных фактора: пигменты в клетках листьев, длина ночи и погода. Но это далеко не простое объяснение процесса пожелтения и опадания листвы.
Зима – это необходимость, с которой сталкиваются все растения ежегодно в определенных климатических зонах. Поэтому многолетние растения, к которым относятся и деревья, должны иметь механизмы, обеспечивающие защиту и выживание в морозных температурах и других неблагоприятных зимних условиях.
Стебли, ветви и почки снабжены средствами защиты для того, чтобы выжить в экстремально холодных условиях и проснуться с новыми признаками весны. Но нежная ткань листьев зимой просто замерзла бы. Деревья вынуждены или пожертвовать ценными веществами, чтобы защитить листву, или расстаться с ней.
Вечнозеленые деревья, такие как елки, ели, сосны, пихты и т.д., могут пережить зиму, не закаляясь. Их листва, напоминающая иглы или чешую, покрыта толстым слоем, похожим на воск, а вещества в составе внутриклеточной жидкости содержат «антифризы», что делает их устойчивыми к морозам. Таким образом, «листья» вечнозеленых растений спокойно переживают самые холодные зимы, например, в Арктике. Вечнозеленые иглы живут несколько лет, но в конце концов и они опадают из-за старения.
Листва широколистных деревьев, наоборот, – очень нежная и ранимая. Листья у них широкие, тонкие и не имеют защитных покрытий. Жидкость внутри них являет собой водянистый сок, который моментально замерзает на морозе. Это значит, что эти клетки неспособны пережить зимние холода. Поэтому их необходимо сбросить, чтобы обеспечить дальнейшее выживание деревьев. Это причина, почему листопад предшествует каждой зиме.
Иглы и листья, опавшие с деревьев, зря не пропадают. Они разлагаются и пополняют состав почвы необходимыми веществами, входя в состав губчатого слоя гумуса.
Этот лесной ковер впитывает и удерживает дождевую влагу, необходимую растениям для роста и развития. Опавшие листья становятся пищей для многочисленных микроорганизмов, обитающих в лесной экосистеме. Вполне возможно, что без питательных веществ, ежегодно поставляемых опавшими листьями, леса бы просто не выжили, точно также, как не выжили бы и деревья, не сбрасывая листья.
От чего зависит цвет листвы осенью
Ранней осенью, в ответ на сокращение длины дня и уменьшение интенсивности солнечного света, листва начинает готовиться к опаданию. Ни температура, ни дожди, ни количество поступающих питательных веществ в растение не влияют так сильно на изменение цвета листьев и появление листопада, как увеличение длины темного времени суток. По мере того, как дни становятся короче, а ночи удлиняются и становятся прохладнее, биохимические процессы в листве начинают окрашивать листья в желтый и красный цвета.
Питающие листья сосуды постепенно перекрываются, а в основании каждого листа образуется слой клеток. Эти перекрытые сосуды останавливают обратный выход сахаров из листьев, что приводит к образованию антоцианов. После того, как этот слой клеток оказывается полностью сформирован, лист готов к опаданию.
В раскраске осенних листьев участвуют три разновидности пигментов:
- Хлорофилл, который придает листьям зеленый цвет. Он необходим для фотосинтеза – химической реакции, которая позволяет растениям использовать солнечный свет для производства сахаров, нужных для питания. Деревья умеренных широт запасают эти сахара в тканях на период зимней спячки.
- Каротиноиды – придают листве желтый, оранжевый и коричневый цвета. Примером яркого действия этих красителей являются цвета кукурузы, моркови и нарциссов. А также брюква, лютики и бананы.
- Антоцианы – придают цвет клюкве, красным яблокам, винограду, чернике, вишне, клубнике и сливам. Эти пигменты растворяются в воде и появляются в водной части листьев.
Как хлорофилл, так и каротиноиды присутствуют в хлоропластах листьев на протяжении всего сезона роста. Большая же часть антоцианов вырабатывается осенью, в ответ на яркий свет и избыток сахаров в клетках листьев.
В теплое время года, то есть в сезон роста, хлорофилл непрерывно вырабатывается и распадается. При этом листья выглядят зелеными. По мере увеличения длины ночи осенью, выработка хлорофилла замедляется, затем полностью прекращается. При этом весь хлорофилл в листьях уничтожается. Из-за этого каротиноиды и антоцианины, присутствующие в листве становятся видимыми.
Как изменяется цвет разных деревьев
Какой именно цвет появится на листьях после того, как в листве проявятся каротиноиды и антоцианины, во многом зависит от растения. Например:
- Дубовая листва становится красной, коричневой или красно-коричневой.
- Гикори (семейство ореховых) приобретают золотисто-бронзовый цвет.
- Осины и тополя – золотистые и желтые.
- Кизил – фиолетово-красный.
- Буки приобретают цвет легкого загара.
Расцветка осенних кленов различается от вида к виду. Красный клен становится ярко-алым, сахарный – оранжево-красным, а черный – ярко желтым. Полосатый клен оказывается почти бесцветным. Листва на некоторых деревьях (таких, как вязы) просто усыхает и опадает, почти не изменяя своего цвета.
Начало изменения цвета листвы также зависит от вида дерева. Например, такие деревья, как оксидендрумы в южных американских лесах, приобретают яркие малиновые цвета поздним летом, в то время как остальные деревья еще зеленеют. Дубы сильно запаздывают с изменением окраски, и стоят зелеными в то время, как почти все другие деревья изменили окраску и сбросили листву.
Время начала изменения цвета листвы генетически запрограммировано. Подтверждение этому является то, что те же самые виды окрашиваются в одинаковые цвета на определенной географической широте как в прохладных местностях высокогорья, так и в теплых низинных долинах.
Как погода влияет на цвет осенней листвы
Количество и яркость раскраски в каждом осеннем сезоне зависят также от погодных условий, которые влияют на трансформации хлорофилла в листьях. Главными факторами являются температура и влажность.
Продолжительные теплые, солнечные дни и прохладные, но не морозные ночи, приводят к появлениям наиболее ярких осенних расцветок. Во время таких дней в тканях листвы вырабатывается очень много сахаров. Однако с наступлением холодов сосуды, питающие клетки листьев, постепенно перекрываются, – и сахара перестают к ним поступать.
Эти условия – большое количество сахаров и света подстегивают выработку ярких антоцианиновых пигментов, которые окрашивают листу в красные, фиолетовые и малиновые оттенки. Поскольку каротиноиды в листве присутствуют всегда, желтые и золотистые тона являются постоянными из года в год.
Влага в почве также влияет на осенние цвета. Как и погода, она сильно изменяется от года к году. Бесчисленное число комбинаций, которые возможны при сочетании этих сильноизменчивых факторов, приводят к тому, что нет двух осенних сезонов, во время которых листья будут похожие друг на друга. Позднее наступление весны или сильная летняя жара могут вызвать задержку появления осенней окраски на несколько недель. Теплый осенний период также может снизить интенсивность осенней палитры.
Развитие всего живого в природе это круглогодичный процесс, где в каждое время года происходят определенные сезонные изменения.
Весной природа просыпается, пробуждаются все необходимые для роста процессы, которые подготавливают растения к летнему сезону года. Осенью рост растений замедляется, весь животный и растительный мир начинает подготовительные действия к долгому и холодному сезону года зиме. Птицы покидают родные края в поиках более теплых мест, песные животные собирают запасы еды на долгое зимование, а деревья покрываются позолотой, начиная с макушки и лес в порывах осеннего ветра шумит листопадом. Так начинается период, который называется золотая осень природы . В это время деревья сбрасывают листья, образовывая вокруг себя золотой ковер.
Осенью, в связи с менее частым появлением солнца на небе и похолоданием, в листьях разрушается хлорофилл, который придает им зеленую окраску. Но помимо хлорофилла в них также присутствуют красные и желтые вещества. Так как их доля в листе не очень высока, весной и летом они незаметны. А при осеннем распаде хлорофилла от холода красные и желтые красители сохраняются и становятся заметными. Поэтому осенью листья приобретают яркие цвета. В течение лета в клетках листьев накапливается большое количество вредных для растения веществ, и к осени листья стареют. Также при похолодании затрудняется водоснабжение и замедляется испарение воды. И для того, чтобы перезимовать, растения сбрасывают свою листву.
Вместе с листопадом из растений выходят и накопленные вредные вещества. Если осенью не происходило бы этого процесса, то зимой деревья и кустарники погибли бы от недостатка влаги. Корни растений не приспособлены всасывать зимой холодную воду из почвы. А без листьев им, естественно, чтобы выжить, требуется намного меньше воды. Однако в природе существуют растения, которые сохраняют зеленые листья и зимой. Это так называемые вечнозеленые растения. Их очень мелкие и плотные листочки почти не испаряют влагу, что позволяет им сохраняться под снегом. К ним относятся такие растения, как вереск, клюква, брусника. И хотя они и называются вечнозелеными, их листья со временем опадают, прожив несколько лет. И на месте опавших вновь появляются молодые листочки.
В этот осенний период, особенно, приятно гулять, наслаждаясь яркими разноцветными красками леса, словно подбираешь картинки золотой осени на рабочий стол и не знаешь, какую лучше выбрать. Настолько красива природа в самое красивое время года.
Осенний листопад сродни поэзии. Многие поэты черпают в осенней листве вдохновение. Именно тогда рождаются стихи о любви когда поёт душа и каждый поэт имеет потребность писать свои произведения.
Листопад характерен для многих деревьев и кустарников, а также некоторых трав. При листопаде у растения опадает листва. Происходит это в определенный период года. Так в умеренном климате листва опадает осенью, в тропиках и субтропиках - в период засухи. Из этого можно сделать вывод, что листопад предшествует неблагоприятным для растений климатическим условиям. А значит, листопад служит каким-то приспособлением к выживанию в суровых условиях (холод или засуха).
Какую главную функцию выполняют листья? Это фотосинтез, т. е. синтез органического вещества из неорганических. Что нужно для фотосинтеза? Вода, углекислый газ и энергия света. Однако зимой воды в растение поступает мало, так как вода находится в замершем состоянии. Воды также недостаточно в период засухи (это касается растений жаркого климата). Кроме того, зимой длина светового дня существенно меньше, и солнце стоит ниже, то есть мало энергии света для фотосинтеза. Отсюда следует, что зимой листья растению не особенно и нужны, коли они не могут выполнять свою основную функцию.
Однако временное снижение возможности фотосинтеза не означает, что листву надо сбрасывать. Почему же деревья не оставляют старые листья в неизменном виде до весны? Ведь чтобы весной образовались новые, надо потратить питательные вещества. Это не рационально. Дело в том, что через листья испаряется большое количество воды. А зимой ее и так недостаточно. Чтобы избежать обезвоживания, растению приходится сбрасывать листву.
Существуют растения, листья которых имеют приспособления для снижения испарения. Листья у таких растений небольших размеров, имеют восковое покрытие. В этом случае листопад не наблюдается. К таким вечнозеленым растениям относятся многие хвойные (их листья превращены в иголки), клюква, брусника и др. Конечно, и у этих растений листва опадает и на ее месте вырастает новая. Но это происходит по мере естественного старения конкретного листва. Все вместе в определенный сезон года листья у таких растений не опадают.
Листопад также предохраняет деревья от поломок веток из-за опавшего на них снега. Ведь если бы оставались большие листовые пластинки, то на них скапливались бы большие массы снега. Под его тяжестью могли бы отламываться целые ветки.
Растения, у которых наблюдается листопад, также «научились» решать с помощью него другие свои проблемы. У растений нет выделительной системы (в то время как у большинства животных она есть). В клетках растений многие вредные вещества накапливаются в вакуолях (хотя там не только вредные, но и запасные вещества). Чтобы избавиться от вредных веществ растения перед листопадом переправляют их из вакуолей клеток и самих клеток в листву. Во время листопада вредные вещества покидают организм.
Перед листопадом листья желтеют и краснеют. Это происходит из-за того, что в хлоропластах разрушается зеленый пигмент хлорофилл, а сами хлоропласты перерождаются в хромопласты. Поэтому цвет листьев определяется в основном оставшимися и вновь синтезированными другими пигментами. А они в основном желтого, оранжевого, красноватого цветов.
Чтобы лист опал, в коре дерева образуется специальный пробковый слой. С внешней стороны от пробки в месте соединения листа клетки ослизняются, и лист отваливается.
Считается, что деревья определяют, когда надо готовится к листопаду, по длине светового дня.
Опавшая листва постепенно перегнивает, органические вещества в конечном итоге разлагаются до неорганических (минеральных). В этом процессе активно участвуют организмы-сапрофиты (черви, бактерии и др.). Таким образом, с листопадом в почву возвращаются многие минеральные вещества, которые так необходимы растениям. Другими словами, листопад способствует круговороту веществ в природе.
18. Продолжительность жизни листьев. Листопад и его биологическое значение.
Продолжительность жизни развившихся на побеге зеленых листьев у разных видов растений неодинаковая и колеблется от 2-3 недель до 20 и более лет. В целом нужно отметить, что листья многолетних растений по сравнению со стеблем и корнем обладают наименьшей длительностью жизни. Это, видимо, связано с тем, что ткани листа, сформировавшись, больше не обновляются, а с другой стороны, листья в течение своей сравнительно короткой жизни очень активно функционируют. Различают виды растений листопадные и вечнозеленые. Первые характеризуются тем, что ежегодно в течение некоторого периода находятся в безлистном состоянии, и этот период обычно совпадает с неблагоприятно складывающимися условиями внешней среды. Продолжительность жизни их листьев около 5 месяцев.(Это берёза, дуб, ольха, орешник, шиповник.)Например, большинство наших деревьев и кустарников не имеют листьев в зимнее время. Вечнозеленые растения характеризуются наличием зеленых листьев в течение круглого года. Но это не значит, что лист у них сохраняется и функционирует вечно, в течение всей жизни особи. У вечнозеленых растений тоже имеется листопад, но с растения опадают более старые листья и всегда сохраняются листья, образовавшиеся в более поздние сроки. У подмосковных вечнозеленых растений - ели и сосны - листья сохраняются в течение 5-7 (у ели) и 2-4 (у сосны) лет. Длительность жизни хвои ели более продолжительна у растений, произрастающих в районе Кольского полуострова и Приполярного Урала, где она достигает 12-16, а в некоторых случаях 18 (22) лет. Долго сохраняется хвоя у тянь-шаньской ели в Заилийском Алатау, где были обнаружены листья 26-28-летнего возраста. (По данным И. Г. Серебрякова (1952)).
Таким образом, продолжительность жизни листа определяется процессами роста и развития растительного организма в целом. Листопад - процесс биологический, обусловленный развитием растительного организма и его жизнедеятельностью. Листопад – естественный процесс отделения листьев от стеблей. В зимнее время он сохраняет растения от потери воды, когда её поступления из почвы практически прекращается. Кроме того, листопад освобождает растения от вредных для них веществ, которые накапливаются к осени в клетках листьев. Без листопада на листьях растений задержалось бы много снега, а под его тяжестью могла произойти поломка ветвей и стеблей.
Листопаду предшествует старение листа: снижается интенсивность жизненных процессов, протекающих в его клетках (фотосинтеза, дыхания), уменьшается содержание рибонуклеиновой кислоты, азотных и калийных соединений. Гидролиз преобладает над синтезом веществ; в клетках накапливаются конечные продукты распада (например, кристаллы оксалата кальция). Наиболее ценные минеральные и пластические соединения уходят из листьев. Их отток обычно совпадает или с формированием и ростом новых органов, или с отложением запасных веществ в уже готовые запасающие ткани. В опытах удавалось продлить жизнь листьев, удаляя почки или другие образования на растении, куда могут поступать пластические и минеральные вещества из листьев. Переброска веществ к местам их повторного использования рассматривается как одна из причин старения и опадения листьев. У большинства деревьев и кустарников в период листопада листья меняют окраску и становятся желтыми или багряными. Их желтый цвет обусловлен пигментами пластид (каротином и ксантофиллом) и клеточного сока (флавонами). Красновато-багряный цвет листьев обеспечивается накоплением в клеточном соке пигмента антоциана , который меняет свою окраску в зависимости от среды. В щелочной среде антоциан принимает голубовато-синюю окраску, а в кислой - розово-пурпуровую. У некоторых растений (ольха, сирень) листья сохраняют зеленый цвет до отмирания. Помимо биохимических превращений, происходящих в листьях перед их опадением, наблюдаются и анатомические изменения в основании листа. Перпендикулярно продольной оси черешка близ стебля закладываются клетки отделительного слоя. Межклетное вещество, соединяющее эти клетки, ослизняется, и клетки отделяются друг от друга. На месте отделения листа со стороны стебля к этому времени формируются слои клеток, оболочки которых опробковевают. Образовавшийся слой пробки защищает внутренние ткани стебля на месте отделившегося листа. После образования отделительного слоя и нарушения связи между клетками лист еще некоторое время продолжает оставаться на дереве благодаря проводящим пучкам, связывающим лист со стеблем. Но наступает момент нарушения и этой связи, и листья опадают.
Биологическое значение листопада:
Оздоровительное значение для растения и защита его от избыточного испарения влаги осенью и зимой;
Предохранение от вымерзания корней растения и опавших семян;
Опавшая листва является хорошим минеральным и органическим удобрением.