5.4. Фотоперіодизм
Реакція організмів на сезонні зміни довжини дня отримала назву фотопериодизма. Його прояв залежить не від інтенсивності освітлення, а тільки від ритму чергування темного і світлого періодів доби.
Фотоперіодичну реакція живих організмів має велике пристосувальне значення, так як для підготовки до переживання несприятливих умов або, навпаки, до найбільш інтенсивної життєдіяльності потрібно досить значний час. Здатність реагувати на зміну довжини дня забезпечує завчасні фізіологічні перебудови і пригнанность циклу до сезонних змінах умов. Ритм дня і ночі виступає як сигнал майбутніх змін кліматичних факторів, що володіють сильним безпосереднім впливом на живий організм (температури, вологості та ін.). На відміну від інших екологічних чинників ритм освітлення впливає лише на ті особливості фізіології, морфології і поведінки організмів, які є сезонними пристосуваннями в їхньому життєвому циклі. Образно кажучи, фотопериодизм - це реакція організму на майбутнє.
Хоча фотопериодизм зустрічається у всіх великих систематичних групах, він властивий далеко не всім видам. Існує багато видів з нейтральною фотоперіодичною реакцією, у яких фізіологічні перебудови в циклі розвитку не залежить від довжини дня. У таких видів або розвинені інші способи регулювання життєвого циклу (наприклад, озимої у рослин), або вони не мають потреби в точному його регулювання. Наприклад, там, де немає різко виражених сезонних змін, більшість видів не володіє фотопериодизмом. Цвітіння, плодоношення і відмирання листя у багатьох тропічних дерев розтягнуто в часі, і на дереві одночасно зустрічаються і квітки і плоди. У помірному кліматі види, успішні швидко завершити життєвий цикл і практично не зустрічаються в активному стані в несприятливі сезони року, також не виявляють фотоперіодичних реакцій, наприклад багато багаторічні ефемероїдниє рослини і ефемери.
Розрізняють два типи фотоперіодичною реакції: короткодневним і дліннодневним. Відомо, що довжина світлового дня, крім часу року, залежить від географічного положення місцевості. Короткодневние види живуть і ростуть в основному в низьких широтах, а дліннодневние - в помірних і високих. У видів з великими ареалами північні особини можуть відрізнятися за типом фотопериодизма від південних. Таким чином, тип фотопериодизма - це екологічна, а не систематична особливість виду.
У довгоденних рослин і тварин збільшуються весняний і раннелетний дні стимулюють ростові процеси і підготовку до розмноження. Коротшає дні другої половини літа і осені викликають гальмування росту і підготовку до зими (рис. 66). Так, морозостійкість конюшини і люцерни набагато вище при вирощуванні рослин на короткому дні, ніж на довгому. У дерев, що ростуть в містах поблизу вуличних ліхтарів, осінній день виявляється подовженим, в результаті у них затримується листопад і вони частіше піддаються обмороженню.
Мал. 66. фотоперіодичну реакція комах: А - дліннодневним:
1 - листовертка Laspeyresia molesta;
2 - білявка Pieris brassicae;
3 - щавлева совка Acronycta rumicis;
4 - колорадський жук Leptinotarsa decemlineata.
1 - цикадка Stenocranus minutus;
2 - тутового шовкопряда Bombyx mori
Як показали дослідження, короткодневние рослини особливо чутливі до фотоперіоду, так як довжина дня на їх батьківщині змінюється протягом року мало, а сезонні кліматичні зміни можуть бути дуже значними. Тропічні види фотоперіодичну реакція готує до сухого і дощовому сезонах. Деякі сорти рису в Шрі-Ланці, де загальне річне зміна довжини дня становить не більше години, вловлюють навіть незначну різницю в світловому ритмі, що визначає час їх цвітіння.
Фотоперіодизм комах може бути не тільки прямим, але і опосередкованим. Наприклад, у капустяної кореневої мухи зимова діапауза виникає через вплив якості їжі, яке змінюється в залежності від фізіологічного стану рослини.
Довжина світлого періоду доби, що забезпечує перехід в чергову фазу розвитку, отримала назву критичної довжини дня для цієї фази. У міру підвищення географічної широти критична довжина дня зростає. Наприклад, перехід в діапаузу яблуневої листовійки на широті 32 ° відбувається при тривалості світлого періоду доби, рівної 14 год, 44 ° - 16 год, 52 ° - 18 год. Критична довжина дня часто є перешкодою для широтного пересування рослин і тварин, для їх інтродукції .
Фотоперіодизм рослин і тварин - спадково закріплене, генетично обумовлена властивість. Однак фотоперіодичну реакція проявляється лише при певному впливі інших факторів середовища, наприклад в певному інтервалі температур. При деякому поєднанні екологічних умов можливо природне розселення видів у невластиві їм широти, незважаючи на тип фотопериодизма. Так, в високогірних прітропіческіх районах багато рослин довгого дня, вихідців з районів помірного клімату.
Для практичних цілей довжину світлового дня змінюють при вирощуванні культур в закритому грунті, керуючи тривалістю освітлення, збільшують несучість курей, регулюють розмноження хутрових звірів.
Вивченням закономірностей сезонного розвитку природи займається особлива прикладна галузь екології - фенологія (дослівний переклад з грецької - наука про явища).
Згідно Биоклиматические закону Хопкінса, виведеному їм з урахуванням умов Північної Америки, терміни настання різних сезонних явищ (фенодат) розрізняються в середньому на 4 дні на кожний градус широти, на кожні 5 ° довготи і на 120 м висоти над рівнем моря, т. Е. чим північніше, на схід і на вище місцевість, тим пізніше настання весни і раніше - осені. Крім того, фенологічні дати залежать від місцевих умов (рельєфу, експозиції, віддаленості від моря і т. П.). На території Європи терміни настання сезонних подій змінюються на кожен градус широти не на 4, а на 3 дні. Поєднуючи на карті точки з однаковими фенодатамі, отримують ізолінії, що відображають фронт просування весни і настання чергових сезонних явищ. Це має велике значення для планування багатьох господарських заходів, зокрема сільськогосподарських робіт.