Растения - пойкилотермные организмы, т. е. их собственная температура уравнивается с температурой окружающей их среды. Однако это соответствие неполное. Конечно, тепло, выделяемое при дыхании и используемое при синтезах, вряд ли играет какую-либо экологическую роль, но все же температура надземных частей растения может значительно отличаться от температуры воздуха в результате энергообмена с окружающей средой. Благодаря этому, например, растения Арктики и высокогорий, которые заселяют места, защищенные от ветра, или растут вплотную к почве, имеют более благоприятный тепловой режим и могут достаточно активно поддерживать обмен веществ и рост, несмотря на постоянно низкие температуры воздуха. Не только отдельные растения и их части, но и целые фитоценозы обнаруживают иногда характерные отклонения от температуры воздуха. В один жаркий летний день в Центральной Европе температура на поверхности крон в лесах была на 4°С, а лугов - на 6 °С выше температуры воздуха и на 8 °С (лес) или 6 °С (луг) ниже, чем температура поверхности почвы, лишенной растительности.

Чтобы охарактеризовать тепловые условия местообитания растений, необходимо знать закономерности распределения тепла в пространстве и его динамику во времени как в отношении общеклиматических характеристик, так и конкретных условий произрастания растений.

Общее представление об обеспеченности того или иного района теплом дают такие общеклиматические показатели, как среднегодовая температура для данной местности, абсолютный максимум и абсолютный минимум (т. е. наиболее высокая и наиболее низкая температура, зарегистрированная в этом районе), средняя температура самого теплого месяца (на большей части северного полушария это июль, южного полушария - январь, на островах и в прибрежных районах - август и февраль); средняя температура самого холодного месяца (в континентальных областях северного полушария - январь, южного - июль, в прибрежных районах - февраль и август).

Для характеристики тепловых условий жизни растений важно знать не только общее количество тепла, но и его распределение во времени, от которого зависят возможности вегетационного периода. Годовую динамику тепла хорошо отражает ход среднемесячных (или среднесуточных) температур, неодинаковый на разных широтах и при разных типах климата, а также динамика максимальных и минимальных температур. Границы вегетационного сезона определяются продолжительностью безморозного периода, частотой и степенью вероятности весенних и осенних заморозков. Естественно, порог вегетации не может быть одинаковым для растений с разным отношением к теплу; для холодостойких культурных видов условно принимают 5°С, для большинства культур умеренной зоны 10°С, для теплолюбивых 15°С. Считают, что для естественной растительности умеренных широт пороговая температура начала весенних явлений составляет 5°С.

В общих чертах скорость сезонного развития пропорциональна накопленной сумме температур (стоит, например, сравнить медленное развитие растений в холодную и затяжную весну или «взрывное» начало весны при сильной волне тепла). От этой общей закономерности есть ряд отступлений: так, например, слишком высокие суммы температур уже не ускоряют, а тормозят развитие.

Температура растений

Наряду с тепловыми характеристиками окружающей среды необходимо знать температуру самих растений и ее изменения, поскольку именно она представляет истинный температурный фон для физиологических процессов. Температуру растений измеряют с помощью электротермометров, имеющих миниатюрные полупроводниковые датчики. Чтобы датчик не повлиял на температуру измеряемого органа, необходимо, чтобы его масса была во много раз меньше массы органа. Датчик должен быть также малоинерционным и быстро реагировать на изменения температуры. Иногда для этой цели используют термопары. Датчики или прикладывают к поверхности растения, или «вживляют» в стебли, листья, под кору (например, для измерения температуры камбия). Одновременно обязательно измеряют температуру окружающего воздуха (затенив датчик).

Температура растений весьма непостоянна. Из-за турбулентных потоков и непрерывных изменений температуры воздуха, непосредственно окружающего лист, действия ветра и т. д. температура растения варьирует с размахом в несколько десятых долей или даже целых градусов и с частотой в несколько секунд. Поэтому под «температурой растений» следует понимать более или менее обобщенную и в достаточной мере условную величину, характеризующую общий уровень нагрева. Растения как пойкилотермные организмы не имеют собственной стабильной температуры тела. Их температура определяется тепловым балансом, т. е. соотношением поглощения и отдачи энергии. Эти величины зависят от многих свойств как окружающей среды (размеры прихода радиации, температура окружающего воздуха и его движение), так и самих растений (окраска и другие оптические свойства растения, величина и расположение листьев и т. д.). Первостепенную роль играет охлаждающее действие транспирации, которое препятствует очень сильным перегревам в жарких местообитаниях. Это легко показать в опытах с пустынными растениями: стоит лишь смазать вазелином ту поверхность листа, на которой расположены устьица, и лист на глазах гибнет от перегрева и ожогов.

В результате действия всех указанных причин температура растений обычно отличается (иногда довольно значительно) от температуры окружающего воздуха. При этом возможны три ситуации:

1) температура растения выше температуры окружающего воздуха («супратемпературные» растения, по терминологии О. Ланге),

2) ниже ее («субтемпературные»),

3) равна или очень близка к ней. Первая ситуация встречается довольно часто в самых разнообразных условиях. Значительное превышение температуры растения над температурой воздуха обычно наблюдается у массивных органов растений, особенно в жарких местообитаниях и при слабой транспирации. Сильно нагреваются крупные мясистые стебли кактусов, утолщенные листья молочаев, очитков, молодила, у которых испарение воды очень незначительное. Так, при температуре воздуха 40-45°С пустынные кактусы нагреваются до 55-60°С; в умеренных широтах в летние дни сочные листья растений из родов Sempervivum и Sedum нередко имеют температуру 45°С, а внутри розеток молодила - до 50°С. Таким образом, превышение температуры растения над температурой воздуха может достигать 20°С.

Сильно нагреваются солнцем различные мясистые плоды: например, спелые томаты и арбузы на 10-15°С теплее воздуха; температура красных плодов в зрелых початках аронника - Arum maculatum доходит до 50°С. Довольно заметно бывает повышение температуры внутри цветка с более или менее закрытым околоцветником, сохраняющим от рассеивания тепло, которое выделяется при дыхании. Иногда это явление может иметь существенное адаптивное значение, например, для цветков лесных эфемероидов (пролески, хохлатки и др.), ранней весной, когда температура воздуха едва превышает 0°С.

Своеобразен и температурный режим таких массивных образований, как древесные стволы. У одиночно стоящих деревьев, а также в лиственных лесах в «безлистную» фазу (весной и осенью) поверхность стволов сильно нагревается в дневные часы, причем в наибольшей степени с южной стороны; температура камбия здесь может быть на 10-20°С выше, чем на северной стороне, где она имеет температуру окружающего воздуха. В жаркие дни температура темных стволов ели повышается до 50-55°С, что может принести к ожогам камбия. Показания тонких термопар, вживленных под кору, позволили установить, что стволы древесных пород защищены по-разному: у березы температура камбия быстрее меняется в соответствии с колебаниями температуры наружного воздуха, в то время как у сосны она более постоянна благодаря лучшим теплозащитным свойствам коры. Нагревание стволов деревьев и безлистном весеннем лесу существенно влияет на микроклимат лесного сообщества, поскольку стволы - хорошие аккумуляторы тепла.

Превышение температуры растений над температурой воздуха встречается не только в сильно прогреваемых, но и в более холодных местообитаниях. Этому способствует темная окраска или иные оптические свойства растений, увеличивающие поглощение солнечной радиации, а также анатомо-морфологические особенности, способствующие снижению транспирации. Довольно заметно могут нагреваться арктические растения: один пример - карликовая ива - Salix arctica на Аляске, у которой днем листья теплее воздуха на 2-11°С и даже в ночные часы полярного «круглосуточного дня» - на 1-3°С. Ранневесенним эфемероидам «подснежникам» нагревание листьев обеспечивает возможность достаточно интенсивного фотосинтеза в солнечные, но еще холодные весенние дни. Даже под снегом (точнее под тонким слоем полупрозрачного фирна) темноокрашенные части зимующих альпийских и арктических растений нагреваются солнечными лучами. Это приводит к образованию полостей и «парничков» вокруг растений, к более быстрому растаиванию снежной корки над ними.

Когда над поверхностью снега в высокогорьях Альп и Карпат появляются темно-сиреневые колокольчатые цветки сольданелл - Soldanella alpina, S. hungarica, создается впечатление, что растения пробивают снег, «растапливая его теплотой дыхания» (мнение, распространенное в старой научно-популярной литературе). На самом деле расчеты показывают, что эта теплота ничтожно мала. Еще один интересный пример нагревания под снегом: в летнее время в Антарктиде температура лишайников бывает выше 0°С даже под слоем снега более 30 см. Очевидно, в столь суровых условиях естественный отбор сохранил формы с наиболее темной окраской, у которых благодаря такому нагреванию возможен положительный баланс углекислотного газообмена.

Довольно значительно могут нагреваться солнечными лучами иглы хвойных древесных пород зимой: даже при отрицательных температурах возможно превышение над температурой воздуха на 9-12°С, что создает благоприятные возможности для зимнего фотосинтеза. Экспериментально было показано, что если для растений создать сильный поток радиации, то даже при низкой температуре порядка -5, -6°С листья могут нагреться до 17-19°С, т. е. фотосинтезировать при вполне «летних» температурах.

Для холодных местообитаний или сезонных экологических ниш повышение температуры растения экологически очень важно, так как физиологические процессы при этом получают независимость в известных пределах от окружающего теплового фона. Снижение температуры растений по сравнению с окружающим воздухом чаще всего отмечается в сильно освещенных и прогреваемых местообитаниях (степях, пустынях), где листовая поверхность растений сильно редуцирована (см. ниже), а усиленная транспирация способствует удалению избытка тепла и предотвращает перегрев (напомним, что для испарения 1 г воды при 20°С требуется 2438 Дж - 582 кал). Недаром иногда говорят о «гидротерморегуляции» растений. У интенсивно транспирирующих видов охлаждение листьев (разность с температурой воздуха) достигает 15°С. Это крайний пример, но и снижение на 3-4°С может предохранить от губительного перегрева.

В самых общих чертах можно сказать, что в жарких местообитаниях температура надземных частей растений ниже, а в холодных- выше температуры воздуха. Эта закономерность прослеживается и на одних и тех же видах: так, в холодном поясе гор Северной Америки, на высотах 3000-3500 м, растения теплее, а в низкогорном - холоднее воздуха. Совпадение температуры растений с температурой окружающего воздуха встречается гораздо реже в условиях, исключающих сильный приток радиации и интенсивную транспирацию, например у травянистых растений под пологом тенистых лесов (но не на солнечных бликах), а на открытых местообитаниях - в пасмурную погоду или при дожде.

В целом, по мнению многих авторов, совпадение температуры растения и среды является исключением, а несовпадение - правилом, в связи с чем иногда говорят - с большой долей условности даже о «собственном микроклимате растений». Различают разные экологические типы растений по отношению к температуре. У растений термофильных, или мегатермных (теплолюбивых), оптимум лежит в области повышенных температур. Они обитают в областях тропического и субтропического климата, а в умеренных поясах - в сильнопрогреваемых местообитаниях. Для криофильных, или микротермных (холодолюбивых), растений оптимальны низкие температуры. К ним принадлежат виды, живущие в полярных и высокогорных областях или занимающие холодные экологические ниши. Иногда выделяют промежуточную группу мезотермных растений.



Чем глубже человечество изучает окружающий мир, тем больше появляется вопросов. В этом выпуске рассмотрим один из таких вопросов – есть ли у растений своя температура? Температурный баланс человека и животных хорошо известен. А что с растениями, имеют ли они свою температуру и какова же она у них? Поддерживают ли растения свою температуру, и насколько она зависит от окружающей среды?

Расхожее мнение о том, что температура растений та же, что и температура окружающей среды – не совсем верно. Некоторые растения имеют функцию регулирования своей температуры.

Первым это явление зафиксировал французский ученый, предшественник Дарвина – биолог Жан Батист Ламарк – пионер в создании учения об эволюции живой природы. В свое время, его теория не была оценена современниками, а полвека спустя стала предметом горячих дискуссий, которые не прекращаются до сих пор, но в этой статье мы говорим не об этом.

Проводя свои исследования, ученый обратил внимание на то, что температура цветов итальянской ариземы явно отличалась от температуры окружающей среды. Ламарка заинтересовало это явление. Он провел ряд исследований, и выяснил, что некоторые растения действительно поддерживают собственную температуру.

Австрийский физиолог, профессор Венского университета Ганс Молиш также проводил подобные опыты, выявляя возможность выделения растениями тепла.

В частности, что бы определить какое тепло выделяется растениями Молиш измерил температуру только что собранных листьев груши и поместил их в термос. Пробыв в термосе некоторое время листья груши повысили свою температуру на сорок градусов! Аналогичные результаты показали листья акации и бука.

В 1897 году Молиш первым доказал, что растения погибают при минусовых температурах из–за того, что между клетками листьев образуются кристаллы льда.

На сегодняшний день ученым известны многие растения, которые повышают свою температуру. Однако вопрос – Для чего растениям нужно согревать себя? – до сих пор остается малоизученным. Один из ответов – для привлечения насекомых к своим цветкам. Многие растения опыляются при помощи насекомых, которых привлекают более теплые растения.

Но это лишь одно объяснение причины повышения температуры растений. Наверняка их намного больше. Однако, чем больше мы познаем окружающий мир, тем больше появляется вопросов.

Итак, подведем итоги:
- У растений нет постоянной температуры.
- Их температура зависит от температуры окружающей среды, хотя в ряде случаев может от неё отличаться.
- В жаркие дни зеленые части растений на несколько градусов холоднее окружающего воздуха за счет испарения воды с их поверхности.
- У растений есть специальные приспособления – опушение, воздушные полости и многие другие, которые позволяют им избегать охлаждения при кратковременных заморозках.
- Температура разных частей одного дерева различается порой на десятки градусов.

Вот кстати, одно из теплокровных растений:

Самонагревание (у растений)

у растений - прямое последствие акта дыхания, лишь в редких случаях достигающее значительной величины. Причин тому несколько. Прежде всего строение растений направлено главным образом к увеличению наружной поверхности, что неизбежно влечет за собою значительную потерю теплоты путем излучения; затем растения постоянно испаряют массу воды, что также должно охлаждать их; далее, в большинстве случаев главная масса тела растений, напр. древесных пород, состоит из мертвых клеток, наполненных только водой и воздухом, живых же клеток, богатых плазмою и способных служить источником С., в них сравнительно немного. Ввиду всего этого понятно, что растения обычно имеют температуру окружающей среды, повышения же собственной температуры их можно ожидать только в таких случаях, которые представляли бы условия, обратные вышеуказанным. Так, действительно, и оказывается. Превосходный и давно известный пример в этом отношении представляют соцветия многих ароидных. Соцветие состоит из прикрытой особым окрашенным листом длинной мясистой оси, в которой резко различаются три части: верхняя, бесплодная, в форме длинного вальковатого окончания оси, имеющего гладкую поверхность; средняя, покрытая мужскими цветками, и нижняя, покрытая женскими цветками. Обе последние части соцветия представляют весьма значительную наружную поверхность, образованную органами многочисленных цветков, вследствие чего происходит большая потеря теплоты путем излучения, а равно и вследствие испарения воды. В верхней, бесплодной части условия сохранения теплоты гораздо более благоприятны. Соответственно этому оказывается, что в среднем и нижнем поясах С. вообще незначительно, в верхнем же оно достигает в период цветения температуры выше 40° Ц. Аналогичный этому пример представляют прорастающие в массе семена, при чем также наблюдается значительное С. их. Дыхание низших растений - грибов и бактерий, - а равно и заменяющий его акт брожения также нередко служат источником значительного С. При прорастании ячменя повышение температуры бывает особенно значительно (до 64,5°!) в том случае, если на нем развивается плесеневый грибок Aspergillus fumigatus. Незараженный этим грибком ячмень нагревается при прорастании не выше 40°. Образование тепла в разлагающемся навозе, корье и т. п. является также следствием жизнедеятельности низших растений, грибов и бактерий. Иногда повышение темпер. в подобных случаях бывает столь значительно, что происходит самовоспламенение. Это случается напр. с хлопком и т. и. веществами, когда они сохраняются большими массами в недостаточно сухом состоянии. Как может произойти собственно самовоспламенение, не совсем еще ясно. Возможно, что внутри кучи, куда кислород воздуха не имеет доступа, образуются путем брожения легкогорючие газообразные вещества, которые затем воспламеняются в наружных частях кучи, при соприкосновени с кислородом воздуха.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. - С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890-1907 .

Смотреть что такое "Самонагревание (у растений)" в других словарях:

Растений, повышение температуры растения или его отдельных органов в результате их усиленного дыхания. Например, температура воздуха внутри распускающегося цветка виктории, в соцветиях аронника, колоказии и других растений семейства… … Большая советская энциклопедия

Я; ср. Самопроизвольное нагревание. С. растений. С. угля … Энциклопедический словарь

самонагревание - I см. самонагреваться; я; ср. II я; ср. Самопроизвольное нагревание. Самонагрева/ние растений. Самонагрева/ние угля … Словарь многих выражений

САМОНАГРЕВАНИЕ РАСТЕНИЙ - повышение температуры тела растения или его отдельных органов в результате их усиленного дыхания (напр., температура воздуха внутри распускающегося цветка Victoria regia L. может превышать температуру окружающего воздуха на 10 30°С) … Словарь ботанических терминов

Растения принадлежат, вообще говоря, к организмам пойкилотермическим, заимствующим свою температуру от окружающей среды. Происходящие в растительных органах химические процессы протекают так малоэнергично, настолько велика масса индифферентных… …

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Бурый У. и торф представляют первые члены того ряда ископаемых, который образуется последовательным изменением клетчатки растений, попавших после смерти в условия, благоприятствующие такому изменению. Эти условия разложение при малом доступе… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

- (plantae nocentes), растения, нежелательные на территориях, используемых человеком в его хоз. деятельности. Понятие «С. р.» относительно. Напр., ценная кормовая трава люцерна посевная (Medicago sativa) в посевах хлебных злаков сорняк. С. р. могут … Биологический энциклопедический словарь

Многие ученые давно пытались установить, почему термофильные микроорганизмы могут существовать при таких высоких температурах, как 50 90 °С. Оказалось, что как структурные и клеточные элементы, такие, как оболочка, мембраны, рибосомы, так … Биологическая энциклопедия

См. Самонагревание растений … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона