Биология – наука о жизни, поэтому задача каждого учителя – помочь учащимся воспринимать школьный курс биологии как раскрытие и познание тайн живой природы. Умелое использование натуральных объектов в сочетании с другими средствами обучения, организация самостоятельной работы учащихся с живыми растениями на уроках и во внеурочное время играют важную роль в решении учебно-воспитательных задач.
Целью моей работы было разработать систему жизненных форм комнатных растений. Понятие жизненная форма изучается в школьном курсе ботаники и экологии. Но, я руководствовалась тем, что в ботанике это понятие изучается в конце учебного года, а в экологии – в начале, т.е. школьникам нельзя наглядно показать все жизненные формы, встречающиеся в живой природе. Среди комнатных растений можно выделить те же жизненные формы, что и у растений, окружающих нас в естественных условиях. Поэтому изучение понятия жизненной формы станет возможным на уроке (практически в любое время года) на примере комнатных растений.
Работая с комнатными растениями, учащиеся усваивают важнейшие приемы и трудовые навыки по уходу за ними, пересадке и размножению их.
Комнатные растения являются частицей живой природы, которую человек стремится перенести в свое жилище и они могут сыграть определенную роль и в эстетическом воспитании учащихся.
Итак, разработанная мною система жизненных форм будет представлена ниже.
Жизненная форма как общебиологическое понятие
Понятие “жизненная форма” прочно вошло в современную биологию, но взгляды на это понятие ещё противоречивы.
Одна группа определений жизненной формы – экологическая, соответствующая эфармоническому направлению. Последователи этого течения видят в жизненной форме, прежде всего тип приспособления к определённым факторам среды без достаточного учёта морфологического сходства, что приводит к отождествлению жизненной формы и экологической группы.
Вторая группа определений сводит понятие “жизненная форма” к экологической характеристике таксона. Среди ботаников этой позиции придерживается Голубев, считавший, что любой вид в конечном итоге представляет своеобразную жизненную форму.
В тоже время один и тот же вид в разных условиях может приобретать разные жизненные формы.
Таким образом, совершенно очевидно, что понятие жизненной формы не совпадают с таксоном.
Третья группа определений жизненной формы соответствует морфоэкологическому направлению в учении о жизненной форме. Серебряков характеризовал жизненную форму морфологическими и экологическими критериями.
Удачное определение дал Алеев: “Жизненная форма – целостная система взаимообусловленных эколого-морфологических адаптаций, определяющая общую конструкцию тела организма в соответствии с конкретным направлением эволюции вида в условиях конкретного биотопа”.
Большинство биологов в настоящее время разделяет морфоэкологическую концепцию понятия “жизненная форма”.
Представляет интерес новое определение жизненных форм растений, данное Дервиз-Соколовой: “Жизненная форма (биоморфа) – сходная структурная организация растений независимо от степени родства, при которой процессы питания, размножения, контролируемые отбором, разрешаются в условиях данной экосистемы оптимальным образом”. В этом определении снимается таксономическое ограничение при выделении жизненных форм и указывается причинность возникновения жизненных форм в условиях определённой экосистемы под влиянием естественного отбора.
Развивая морфоэкологическую концепцию, было предложено И.Х.Шаровой следующее определение жизненной формы как общебиологического понятия, применимого как к животным так и к растениям.
“Жизненная форма – это сходная морфоэкологическая организация (габитус) группы организмов на любой фазе жизненного цикла с разной степенью родства, отражающая характерные черты их образа жизни в определённой экосистеме и возникающая в результате параллельной и конвергентной эволюции под влиянием сходных факторов естественного отбора”.
Такое определение позволяет изучать морфологическое разнообразие организмов не только в одном крупном таксоне, но и в нескольких крупных таксонах, а также в разных царствах живых организмов. Это в дальнейшем позволит разработать общую иерархическую систему жизненных форм в биологии.
История учения о жизненных формах
Жизненные формы стали объектом внимания исследователей уже на первых этапах развития ботаники. Само понятие “жизненная форма” широко обсуждалось ещё в работах Теофраста (300 лет до н.э.) В работе “Исследования о растениях” он довольно точно описывает такие формы, как деревья, травы и т.д., и использует их в построении своей системы.
Интерес к жизненным формам возрождается лишь в XIX в., после выхода в свет в 1806 г. работы А. Гумбольдта “Идеи о физиономичности растений”, с которой, возможно, берет своё начало учение о жизненных формах. Гумбольдт установил сначала 16, а затем 19 “основных форм” – Grundformen, которые резко отличаются дуг от друга физиономически, например, пальмы, банановые, баобабовые, вересковые, кактусовые, орхидеи, лианы, злаки, папоротники, ивовые, хвойные и т.д. Но эти группы не идентичны систематическим. Они выделяются по внешнему облику, который зависит, как говорил Гумбольдт, в первую очередь от климатических условий (т.е. они могут характеризовать область с данным климатом). В последствии идеи Гумбольдта развивались многими учёными.
Предлагались различные системы или классификации жизненных форм. Среди классификаций XIX–XX вв. И.Г.Серебряков (1962 г.) выделяет два направления.
Эколого-физиономические классификации жизненных форм, т.е. классификации, основанные на внешнем виде, на габитусе растений.
В начале XX века свою систему предложил Раункиер в 1907 г. В основу подразделения он положил различие растений в переживании неблагоприятного времени года. Но он выбрал лишь один признак: положение почек возобновления или верхушки побегов по отношению к поверхности почвы (или воды) в течение неблагоприятного времени. Первоначально было выделено 5 типов жизненных форм.
Считая, что указанные жизненные формы образовались в результате адаптации растений к данному климату, Раункиер предложил следующее: отдельные группы, свойственные данной климатической области, могут служить “индикатором” климата. Применив статический метод, он показал распределение групп жизненных форм в зависимости от климата, и, подсчитав их процентное соотношение для разных областей и зон, предложил простой метод – биологического спектра.
Из русских ученых систему жизненных форм предложил Г.Н.Высоцкий (1915 г.) “Ергеня. Культурно-фитологический очерк”. Группы на основе способов вегетативного размножения и распространения растений. Он выделяет 6 отделений и подгруппы в них.
Эти отделы называются “ингредиентами”, т.е. растений, подчинённые предыдущим – превалидам. Высоцкий предложил и оригинальную схему взаимоотношений между выделенными группами.
Жизненные формы растений, адаптируясь к условиям существования, следствия конкурентных отношений друг с другом постоянно изменяются и эволюционируют. В этом отношении интересна работа Г.М. Зозулина (1968 г.), который на основе двух ведущих экологических факторов – тепла и влаги – выделил четыре группы стран с качественно различными направлениями эволюции жизненных форм:
а) гумидные микротермные (криогенное
направление – под воздействием холода):
хвойные зимне-листопадные леса, луга и болота
умеренного пояса, тундра;
б) аридные макротермные – недостаток влаги
(ксероморфное направление): листопадные саванны,
леса, степи и пустыни жаркого пояса;
в) аридные микротермные – отмечают два периода
покоя: холодный зимний и сухой летний – пустыни,
полупустыни, частично степи умеренного пояса.
Формообразование растений определяется сложным
криоксероморфным направлением;
г) гумидные макротермные: вечнозеленые
тропические и частично субтропические леса, т.к.
формообразование определяется фотогенным
фактором.
Жизненными формами Г.М. Зозулин считает совокупность растительных организмов с качественно сходными приспособлениями для удержания особью площади обитания и размножения.
Итак, критически разобрав основные концепции об исходном, первичном облике ныне живущих жизненных форм растений Т.И. Серебрякова (1972 г.), я пришла к заключению, что едва ли возможна единая, универсальная точка зрения на происхождение жизненных форм растений. Подтверждением правильности этого заключения служит тот факт, что жизненные формы растений имеют комплекс признаков, в том числе и динамических, отражающих становление жизненной формы в онтогенезе и изменение ее элементов во времени.
Жизненные формы комнатных растений
При озеленении внутренних объектов, где живет, отдыхает и работает человек, используют разнообразные жизненные формы растений. Согласно И.Г. Серебрякову, жизненная форма – это своеобразная внешняя форма организмов, обусловленная биологией развития и внутренней структурой их органов, возникающая в определённых почвенно-климатических и ценотических условиях как приспособление к жизни в этих условиях, т.е. они представляют собой формы приспособленности видов к жизни в той или иной среде, исторически возникшие под длительным влиянием экологических факторов.
Ввиду многообразия комплексов условий на Земле, существует большое количество жизненных форм организмов. Жизненные формы покрытосеменных растений И.Г. Серебряков в 1964 г разделил на 4 отдела: древесные, полудревесные, наземные травянистые и водные травянистые растения. Каждый из них, в свою очередь, представлен многими более мелкими группами жизненных форм. Детальное изучение их строения, формирования, экологической приуроченности и географического распространения было проведено И.Г.Серебряковым. Описание основных жизненных форм я привожу, основываясь на его публикациях.
Среди комнатных растений из типа Деревья можно выделить:
- Кронообразующие: араукария, гранат, драцена, камелия, кипарисовик, кодиеум, кофейное дерево, лавр, ливистона, фатсия, фикус, цитрус, юкка.
- Безлистные суккуленты: агава, алое, апорокактус, гавортия, гастерия, пахиподиум, селеницериус, цереус, эониум, эпифиллум.
К жизненной форме Деревья относятся
многолетние растения с одним одревесневшим
стволом, сохраняющимся на протяжении всей жизни
растения. Распространены от экваториального до
умеренно-холодных поясов. Среди них можно
выделить формы “наземных кронообразующих”, где
имеются деревья: с прямостоячими стволами,
“кустовидные” (немногоствольные) и
“одноствольные с низкими стволами”. Их ствол
всегда растет прямо вверх (ортотропно). Среди
наземных кронообразующих деревьев имеются
жизненные формы с лежачими стволами – стланцы. Они
формируются в районах, мало благоприятных
для жизни древесных растений, – там, где длинная
зима, прохладное лето, где часто дуют холодные
ветры.
У всех у них на верхушках обычно имеются розетки
крупных жестких или небольших мясистых листьев
(драцена, юкка, панданус, алоэ и др.). У многих
вместо листьев появляются колючки, мясистые
стволы (разные виды молочаев, кактусов).
К кустарникам из комнатных растений относятся: абутилон, агапетес, азалия, акалифа, белопероне, бересклет, гардения, гибискус, гортензия, катарантус, олеандр, переския, плектрантус, полисциас, пуансеттия, роза, тунбергия, шеффлера, эрантетум.
К числу древесных растений относится большая группа жизненных форм – кустарники. Для них характерно, что одновременно у растения бывает развито много равных по размеру стволов. Главный ствол, имеющийся в начале жизни, живет недолго, и когда он есть, то почти не выделяется по длине среди боковых. Жизненная форма кустарника сформировалась в процессе эволюции под воздействием условий среды с зимними дождями, с сухим и жарким летом, наиболее значительную роль в сложении фитоценозов они играют в районах аридного климата тропических областей и теплоумеренных зон северного и южного полушарий. В этих районах кустарники обычно являются важными эдификаторами (средообразователями) растительных сообществ.
Много кустарников в саванновых и колючих лесах тропической зоны, в областях с жестколистной древесной растительностью теплоумеренных зон обоих полушарий, в ксерофильных редколесьях и горно-степных районах Передней и Средней Азии, севернее предела лесной растительности в холодно-умеренной зоне и в ряде мест в зоне тундр. Много их в субальпийских районах гор и других, т. е. всегда в условиях, неблагоприятных для развития высокоствольных растений. У одних видов кустарниковая форма образуется за счет лишь боковых побегов, в большом количестве отходящих от нижней, но надземной части главного ствола (олеандр). Новые стволы у многих из них могут возникать лишь как корнеотпрысковые.
К кустарничкам среди комнатных растений относятся: вереск, розмарин.
Кустарнички – третий тип жизненных форм древесных растений. Для всех них характерен низкий рост стеблей. Главный стебель, имеющийся лишь в начале жизни, существует недолго (3–7 лет). На смену ему развиваются укореняющиеся боковые подземные одревесневающие стебли. Они, как правило, развиваются из спящих почек. У большинства кустарничков каждый вновь появляющийся куст, вырастая из спящей почки, первоначально растет подобно столону – параллельно поверхности почвы (т. е. плагиотропно), затем переходит к вертикальному (ортотропному) росту главной оси, а, выйдя на поверхность, начинает ветвиться. Такой разветвленный укоренившийся побег (представляющий собой надземный “кустик”) называется парциальным кустом. От каждого парциального куста, в свою очередь могут развиваться новые–отделившись от материнского, они дают начало новым растениям.
Формирование данной жизненной формы в историческом развитии происходило под влиянием условий умеренно-холодных, холодных зон и высокогорных областей, она является индикатором (показателем) этих условий.
Ко второму отделу Полудревесные растения, к типу полукустарники можно отнести аспарагус, антеннария, диморфотека, зигокактус, колеус, колумнея, кордилина, паслён сладко-горький, пеларгония, псевдерантемум, рехстейнерия, ривина, хризантема, якобиния.
Среди жизненных форм следует выделить полудревесные растения, к которым относятся полукустарники. Они свидетельствуют об аридности местообитании.
Характерный признак для полукустарников – регулярное отмирание верхних частей надземных побегов. Оставшиеся, неопавшие, части стеблей одревесневают и в таком виде сохраняются на протяжении нескольких лет. На этих одревесневших надземных частях стебля всегда имеются почки возобновления, из которых на следующий год развиваются многочисленные новые травянистые стебли. Этим полукустарники всегда отличаются настоящих травянистых растений.
Очень большой и разнообразной группой жизненных форм являются наземные травянистые растения. Их II.Г.Серебряков разделяет на две части: плодоносящие много раз в своей жизни (травянистые поликарпики) и плодоносящие лишь однажды (травянистые монокарпики):
Травянистые поликарпики являются формами, широко представленными от экваториальных до арктических и субантарктических стран. Это обычные наземные травы, многообразные по своему облику, биологии и экологии, но для всех них характерно отмирание их надземных ортотропных (растущих вверх) побегов ежегодно в конце вегетационного периода. В течение ряда лет и на зиму сохраняются из надземных побегов лишь плагиотропные (растущие параллельно поверхности почвы). Подземные части побегов функционируют как органы возобновления или же, как запасающие органы. В то же время имеется целый ряд видов, подземные побеги которых сохраняются живыми много лет (ландыш, ирис и др.).
Кистекорневые: примула.
Среди травянистых поликарпиков имеется жизненная форма – стержнекорневые растения. К ним относятся многолетние травы, у которых на протяжении всей жизни растения сохраняется стержневой главный корень. Стеблевое укоренение у них обычно отсутствует или выражено чрезвычайно слабо. Вегетативное размножение возможно лишь благодаря корнеотпрысковости. Эта жизненная форма в природе представлена рядом длинностержнекорневых растений и короткостержнекорневых. Первые сформировались в местообитаниях с глубоким залеганием грунтовых вод, вторые, там, где почвенная влага лежит сравнительно близко, но почва очень сильно задернована).
Кистекорневые и короткокорневищные растения широко распространены от тундровой до степной зоны, в местообитаниях с достаточным увлажнением воздуха и почв.
Наземные столонообразующие: дюшенея, живучка, камнеломка.
Столонообразующие растения весьма характерны для влажных и избыточно увлажненных местообитаний с рыхлой, мало плодородной (иногда заторфованной) почвой, например в широколистных и темнохвойных лесах.
Размножение осуществляется в основном вегетативным путем. Столонообразующие во многом сходны с длиннокорневищными, но в столонах нет отложения запасных питательных веществ, и они легко разрываются на части. К столонообразующим поликарпикам относятся: майник двулистный, адокса мускусная, седмичник европейский, фиалка удивительная, развивающие подземные столоны, и земляника, клубника, камнеломка пучковатая, живучка ползучая, имеющие надземные столоны (“усы”).
Клубнеобразующие: аморфофаллюс, ахименес, бегония, глоксиния, каладиум, калла, канна, колерия, хлорофитум, цикламен.
- Корнеклубневые: маранта.
- Клубнекорневищные: церопесия.
Клубнеобразующие поликарпики обладают специализированными органами запаса питательных веществ – клубнями корневого, стеблевого и листового происхождения. Все эти поликарпики характерны для мест, в которых четко выражена смена периодов покоя и вегетации (в связи с зимой или засухой). Среди этих растений имеется много видов, у которых с помощью клубней осуществляется возобновление и расселение растений. К данной группе жизненных форм принадлежат:
- Корнеклубневые, с клубнями стеблевого происхождения (цикламен, хохлатки, шафраны, гладиолусы, монтбреция, безвременник и др.), с клубнями на концах столонов (стрелолист, иксиолирион и др.).
- Луковичные: агапантус, амариллис, валотта, гемантус, зефирантес, кринум, панкрациум, птицемлечник, эухарис.
Жизненная форма луковичные поликарпики характерна для засушливых районов, где жаркое сухое лето надолго прерывает вегетацию их побегов. Одни из них являются эфемероидами, другие способны вегетировать и в сухое время, например лук голубой, туркестанский, Королькова и др.
Корнеотпрысковые: алоказия, аспидистра, калатея, кислица, кливия, молочай, родея, сальвия, сансевиерия, смитианта, стангопея.
Лиановидные травянистые поликарпики: жасмин, партеноцисс, пассифлора, плющ, сингониум, тетрастигма, филодендрон, хойя, циссус, эпипремнум.
Лианы – особая жизненная форма растений, выработавшаяся в борьбе за свет и пространство в густых растительных сообществах. Для лиан характерны длинные тонкие стебли и способность к очень быстрому росту, позволяющая им выносить листья на поверхность крон деревьев. Большинство лиан – светолюбивые растения. Возникновение лиан в природе происходило независимо в разных классах и семействах растительного царства под влиянием сходных условий существования: есть лианы среди папоротников, голосеменных, однодольных и двудольных покрытосеменных растений.
Способы прикрепления к опорным растениям у лиан различны. Вьющиеся лианы обвивают опору молодыми неодревесневающими верхушками стеблей, обладающими способностью совершать круговые движения. Таковы восковое дерево, алламанда слабительная, клеродендрон госпожи Томсон, тунбергия. Лазящие лианы взбираются на опору при помощи загнутых назад крючков и щетинок. Многие виды семейства ароидных (монстера, филодендрон, сингониум), различные представители семейства перечных и фикусы прикрепляются к опоре придаточными корнями. Наиболее совершенными приспособлениями для прикрепления к опоре являются усики различной морфологической природы. В усик может превращаться то лист, то черешок, то целое соцветие. Встречаются лианы и в странах с субтропическим и умеренным климатом, но там их немного и они не играют большой роли в растительном покрове.
Ползучие травянистые поликарпики (луговой чай, вероника лекарственная и др.) имеют лежачие хорошо олиственные многолетние стебли, легко укореняющиеся. Данная жизненная форма характеризует местообитание с достаточно влажной почвой и умеренным освещением.
Травянистые монокарпики широко распространены в засушливых областях умеренной зоны северного полушария.
Среди таких монокарпиков есть многолетние и двулетние растения (ряд видов из сем. зонтичных, крестоцветных). У большинства из них корень утолщен и содержит запасные питательные вещества.
Однолетние травянистые монокарпики могут быть длительно вегетирующими, эфемеры, лиановидные, полупаразитные и паразитные (повилика).
Однолетние в большинстве случаев являются представителями областей с засушливым климатом и спутниками полевых культур в искусственных биогеоценозах.
Среди всех типов жизненных форм нередко встречаются подушковидные растения. Это, как правили, многолетние травянистые, реже – древесные растения, иногда вечнозеленые. Для всех них характерны чрезвычайно маленький годичный прирост главной оси и очень сильное ветвление боковых побегов, которые, располагаясь радиально или этажами, создают компактную форму “подушки”.
Подушковидные растения приурочены обычно к местообитаниям или с влажной, холодной и малоплодородной почвой, или в сухих жарких областях в условиях очень сухих глинистых и каменистых почв, среди скал, но развиваются в условиях сильного освещения.
Отмирая, листья не опадают, а остаются на растении в течение 15–16 лет.
Этому способствуют условия высокой сухости почвы и воздуха, низкая температура в течение всего года, сильные ветры и очень яркое освещение.
Выводы:
- Описание жизненных форм у растений позволяет по комплексу адаптивных морфологических признаков дать характеристику организмов как современных, так вымерших; осветить их роль в биоценозах.
- Спектры жизненных форм, т.е. соотношение их по обилию, используется для характеристики биогеоценозов, ландшафтных зон. Господствующие жизненные формы отражают наиболее ярко специфику условий обитания организмов в каждой почвенно-растительной формации.
- Выделение жизненных форм и сравнительная оценка их прогрессивности помогают выяснить пути экологической эволюции в различных крупных систематических категориях у растений.
- В сукцессионных рядах почв в ландшафтах спектры жизненных форм характеризуют сдвиги в экологической структуре растительного покрова.
- Изучение жизненных форм организмов в культурных ландшафтах позволяет выяснить пути изменения их под влиянием хозяйственной деятельности человека.
- Изучение жизненных форм открывает пути к познанию общих законов возникновения адаптаций (адаптогенеза) и параллельной эволюции.
- Изучение жизненных форм даёт биогеоценологии систему индикаторов различных свойств среды, в известной мере не зависящую от систематического состава региональной фауны.
- Использование комнатных растений, несомненно, поможет учащимся лучше усвоить сложный теоретический материал курса экологии, понять основную сущность и значение естественного отбора как главной движущей силы эволюции, увидеть его результаты в разнообразии жизненных форм организмов.