ФОТОПЕРИОД: У РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ - БИОЛОГИЯ - 2025

Фотопериод это количество света и темноты в течение 24-часового цикла. В области экватора, где широта равна нулю, она постоянна и равноправна, с 12 часами света и 12 часами темноты.

Реакция на фотопериод - это биологическое явление, при котором организмы изменяют некоторые из своих характеристик - размножение, рост, поведение - в зависимости от изменения света, времен года и солнечного цикла.

Фотопериод влияет на прорастание семян. Источник: pixabay.com

Обычно фотопериод исследуют у растений. Он пытается понять, как вариации параметра освещения влияют на прорастание, метаболизм, цветение, период покоя почек или другие характеристики.

Благодаря наличию специальных пигментов, называемых фитохромами, растения способны обнаруживать изменения окружающей среды, происходящие в их окружении.

Согласно имеющимся данным, на развитие растений влияет количество полученных часов. Например, в странах с отмеченным временем года деревья имеют тенденцию замедляться в осенние сезоны, когда световой период короче.

Это явление распространяется и на представителей животного мира. Фотопериод может влиять на его воспроизведение и поведение.

Фотопериод был открыт в 1920 году Гарнером и Аллардом. Эти исследователи показали, что некоторые растения изменяют свое цветение в ответ на изменение продолжительности дня.

Почему наступает фотопериод?

По мере того как мы удаляемся от этой области, времена света и темноты меняются в ответ на наклон земной оси к солнцу.

Когда мы движемся от экватора к любому из полюсов, различия между светом и темнотой становятся более заметными, особенно на полюсах, где мы находим 24 часа света или темноты, в зависимости от времени года.

Кроме того, годовое вращение Земли вокруг Солнца приводит к изменению фотопериода в течение года (за исключением экватора). Таким образом, дни летом длиннее, а зимой - короче.

Преимущества реакции на фотопериод

Способность координировать определенные процессы развития с определенным временем года, когда существует высокая вероятность того, что условия будут более благоприятными, дает ряд преимуществ. Это происходит у растений, животных и даже у некоторых грибов.

Для организмов выгодно размножаться в то время года, когда молоди не приходится сталкиваться с экстремальными условиями зимы. Это, несомненно, увеличит выживаемость потомства, предоставив группе явное адаптивное преимущество.

Другими словами, механизм естественного отбора будет способствовать распространению этого явления среди организмов, которые приобрели механизмы, позволяющие им исследовать окружающую среду и реагировать на изменения фотопериода.

Фотопериод у растений

У растений продолжительность дня заметно влияет на многие их биологические функции. Ниже мы опишем основные процессы, на которые влияет продолжительность дня и ночи:

цветение

Исторически растения классифицировались как растения длинного, короткого или нейтрального дня. Механизмы растений для измерения этих стимулов очень сложны.

В настоящее время установлено, что белок, называемый CONSTANS, играет важную роль в цветении, он активируется другим небольшим белком, который движется через сосудистые пучки и активирует программу развития в репродуктивной меристеме и индуцирует образование цветов.

Растения длинного и короткого дня

Растения с длинным днем ​​зацветают быстрее, только если они находятся на свету в течение нескольких часов. У этих видов растений цветение не произойдет, если продолжительность темного периода будет превышена на определенное значение. Это «критическое значение» света варьируется в зависимости от вида.

Эти типы растений цветут весной или в начале лета, когда уровень освещенности соответствует минимальным требованиям. Редис, салат и лилия относятся к этой категории.

Напротив, растениям короткого дня требуется более низкая освещенность. Например, некоторые растения, цветущие в конце лета, осенью или зимой, короткодневные. Среди них выделяются хризантемы, рождественский цветок или звезда и некоторые сорта сои.

Задержка

Латентные состояния полезны для растений, так как позволяют им справляться с неблагоприятными условиями окружающей среды. Например, растения, обитающие в северных широтах, используют сокращение продолжительности светового дня осенью как предупреждение о холодах.

Таким образом, у них может развиться состояние покоя, которое поможет им справиться с предстоящими морозами.

В случае печеночников они могут выжить в пустыне, потому что они используют длинные дни как сигнал для перехода в состояние покоя в засушливые периоды.

Сочетание с другими факторами окружающей среды

Часто реакция растения не определяется одним фактором окружающей среды. Помимо продолжительности освещения, решающими факторами в развитии обычно являются температура, солнечная радиация и концентрация азота.

Например, у растений вида Hyoscyamus niger процесс цветения не будет происходить, если он не соответствует требованиям фотопериода, а также яровизации (требуется минимальное количество холода).

Фотопериод у животных

Как мы видели, продолжительность дня и ночи позволяет животным синхронизировать репродуктивные стадии с благоприятным временем года.

Млекопитающие и птицы обычно размножаются весной в ответ на удлинение дня, а насекомые обычно становятся личинками осенью, когда дни становятся короче. Информация о реакции на фотопериод у рыб, амфибий и рептилий ограничена.

У животных контроль фотопериода в основном гормональный. Это явление опосредуется секрецией мелатонина в шишковидной железе, которая сильно подавляется присутствием света.

Гормональная секреция больше в темное время суток. Таким образом, сигналы фотопериода транслируются в секрецию мелатонина.

Этот гормон отвечает за активацию специфических рецепторов, расположенных в головном мозге и гипофизе, которые регулируют ритмы репродукции, массу тела, гибернацию и миграцию.

Знание реакции животных на изменение фотопериода было полезно для человека. Например, в области животноводства различные исследования стремятся понять, как это влияет на производство молока. Пока что подтверждено, что долгие дни увеличивают указанное производство.

Ссылки

1. Кэмпбелл, Северная Каролина (2001). Биология: понятия и отношения. Pearson Education.
2. Даль, Г.Е., Бьюкенен, Б.А., и Такер, HA (2000). Фотопериодические эффекты на молочном скоте: обзор. Журнал молочной науки, 83 (4), 885-893.
3. Гарнер, WW, и Аллард, HA (1920). Влияние относительной продолжительности дня и ночи и других факторов окружающей среды на рост и размножение растений. Ежемесячный обзор погоды, 48 (7), 415-415.
4. Хаяма Р. и Коупленд Г. (2004). Молекулярная основа разнообразия фотопериодических реакций цветения арабидопсиса и риса. Физиология растений, 135 (2), 677-84.
5. Джексон, SD (2009). Реакция растений на фотопериод. Новый фитолог, 181 (3), 517-531.
6. Ли, Б.Д., Ча, JY, Ким, М.Р., Пэк, Северная Каролина, и Ким, Вайоминг (2018). Система определения светового периода для определения времени цветения растений. Отчеты BMB, 51 (4), 163-164.
7. Ромеро, Дж. М., и Вальверде, Ф. (2009). Эволюционно консервативные механизмы фотопериода у растений: когда появилась фотопериодическая сигнализация растений? Передача сигналов и поведение растений, 4 (7), 642-4.
8. Сондерс, Д. (2008). Фотопериодизм у насекомых и других животных. В фотобиологии (стр. 389-416). Спрингер, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.
9. Уолтон, Дж. К., Вейл, З. М. и Нельсон, Р. Дж. (2010). Влияние фотопериода на гормоны, поведение и иммунную функцию. Границы нейроэндокринологии, 32 (3), 303-19.