Экология и эколого-биотехнологические аспекты использования фитотехнологий
Материалы учебника будут полезны студентам, обучающимся по направлениям «Экология и природопользование», «Биология», «Биотехнология», «Техносферная безопасность».
Введение
Экология представляет собой в первую очередь биологическую науку, изучающую отношения организмов между собой и окружающей средой. Экология занимает одно из центральных мест среди биологических наук и тесно связана с другими биологическими дисциплинами.
В последнее время все большее значение приобретают прикладные направления экологии – городская экология, экология растений и экологические фитотехнологии. Современные фитотехнологии все чаще применяют в охране окружающей среды: очистка воздуха с помощью городского озеленения и комнатных цветов для жилых помещений, очистка почвы и многое другое. Однако, многие виды растений чувствительны к воздействию абиотических факторов и к высокой техногенной нагрузке, поэтому одной из важнейших экологических проблем является невысокая степень устойчивости растений к неблагоприятным экологическим факторам. Поэтому в данном учебнике рассматриваются не только фундаментальные основы экологии, но и оценено влияние абиотических факторов на растения и повышение устойчивости к ним.Для получения растений, устойчивых к загрязнениям окружающей среды, наряду с традиционными методами селекции перспективно использовать современные биотехнологические подходы, которые уже хорошо зарекомендовали себя при получении растений, толерантных к различным экологическим стрессовым факторам: засухе, засолению, низким и высоким температурам и др. С точки зрения охраны окружающей среды предпочтительнее использовать клеточную селекцию, поэтому этому биотехнологическому методу будет посвещена отдельная глава.
Материалы учебника будут полезны студентам, обучающимся по направлениям «Экология и природопользование», «Биология», «Биотехнология», «Техносферная безопасность».
ГЛАВА 1.
ГЛАВЫ ЭКОЛОГИИ
1.1. Аутэкология и синэкология
В экологических исследованиях выделить два крупных направления – аутэкология и синэкология.
Аутэкология изучает отношение между организмом или популяцией и условиями среды.
Синэкология занимается сообществом и средой.
Например, изучение отдельной ели в хвойном лесу (или вида, рода ели) является аутэкологическим исследованием, а изучение сообщества хвойного леса синэкологическим. Главный вопрос аутэкологии – изучение приспособлений (адаптаций) к различным условиям окружающей среды (Чернова, Былова, 1988; Маврищев, 2007; Федорук, 2010; Гладков, 2010)..
1.2. Экологические факторы
Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. На организм оказывают воздействие различные экологические факторы.
Многообразие экологических факторов еще в 1840 г. русский ученый Э.А. Эверсман в работе "Естественная история Оренбургской области" разделил на абиотические и биотические.
Абиотические факторы – это факторы неорганической природы, воздействующие на организм прямо или косвенно, через обмен веществ, которые имеют односторонний характер; организм может к ним приспособиться, но не может оказать на них обратное влияние)
Биотические факторы – это факторы взаимодействия организмов; организмы влияют друг на друга непосредственно (хищники съедают жертв) или косвенно (изменяют среду обитания).
Выделяют также антропогенные факторы (влияние человека на живые организмы и окружающую среду).
Большинство экологических факторов – температура, влажность, ветер, осадки, наличие укрытий, пищи, хищники, паразиты, конкуренты и т. д. – очень изменчивы в пространстве и времени. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания
Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.
Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как она обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях организации, они возникают и развиваются в ходе эволюции видов.
Основные механизмы адаптации на уровне организма: биохимические, физиологические, морфо-анатомические, поведенческие, онтогенетические.
Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия; как ограничители; модификаторы; сигналы (свидетельствующие об изменениях других факторов среды) (Чернова, Былова, 1988; Маврищев, 2007; Федорук, 2010; Гладков, 2011).
1.3. Биоценоз
Термин «синэкология» (от греч. syn – вместе) был предложен К. Шрётером в 1902 г. Синэкология как самостоятельный раздел экологии была выделена в 1910 г. на Международном ботаническом конгрессе. Синэкология изучает сообщества и биоценозы, их структуру, межпопуляционные связи, пути формирования и развития, классификацию, взаимодействие с внешней средой. Важнейшее понятие в синэкологии биоценоз.
Популяции видов живых организмов, проживая совместно, вступают в сложные взаимоотношения между собой и формируют многовидовые сообщества биоценозы.
Термин «биоценоз» ввел в 1877 г. К. Мебиус, немецкий гидробиолог, автор книги «Устрицы и устричное хозяйство». Он изучал места обитания устриц в Северном море (устричные банки), которые занимали определенные местообитания в море (разная глубина, температура, соленость воды, наличие течений и др.), взаимосвязаны между собой и другими видами (рыбы, моллюски, ракообразные и др.) и зависят от условий среды. Устричную банку он рассматривал как биологическое сообщество, или биоценоз (от греч. bios жизнь, koinos общий). «Каждая устричная банка, писал в своем труде Мёбиус, является сообществом живых существ, собранием видов и скоплением особей, которые находят здесь все необходимое для их роста и существования, то есть соответствующий грунт, достаточно пищи, надлежащую соленость и благоприятную для их развития температуру».