Экологические основы устойчивости растений

вымерзания слоем почвы и снега. Плодовые деревья и кустарники умеренных

зон, защищаясь от зимних холодов, сбрасывают листья.

Защита от неблагоприятных факторов среды у растений обеспечивается

структурными приспособлениями, особенностями анатомического строения

(кутикула, корка, механические ткани и т. д.), специальными органами защиты

(жгучие волоски, колючки), двигательными и физиологическими реакциями,

выработкой защитных веществ (смол, фитонцидов, токсинов, защитных белков).

К структурным приспособлениям относятся мелколистность и даже отсутствие

листьев, воскообразная кутикула на поверхности листьев, их густое опущение

и погруженность устьиц, наличие сочных листьев и стеблей, сохраняющих

резервы воды, эректоидность или пониклость листьев и др. Растения

располагают различными физиологическими механизмами, позволяющими

приспосабливаться к неблагоприятным условиям среды. Это САМ-тип фотосинтеза

суккулентных растений, сводящий к минимуму потери воды и крайне важный для

выживания растений в пустыне и т. д.

Многочисленными физиологическими изменениями сопровождается развитие

холодоустойчивости и морозостойкости у

495

озимых, двулетних и многолетних растений при уменьшении длины дня и

снижении температуры в осеннее время. У сельскохозяйственных растений

особое значение имеет устойчивость, определяемая выносливостью клеток

растений, их способностью адаптироваться в изменяющихся условиях среды,

вырабатывать необходимые для жизнедеятельности продукты метаболизма. Лучше

всего растения переносят неблагоприятные условия в состоянии покоя.

Первым сигналом для перехода к состоянию покоя является сокращение

светового периода. При этом в клетках растений начинаются биохимические

изменения, приводящие в конечном счете к накоплению запасных питательных

веществ, снижению оводненности клеток и тканей, образованию защитных

структур, накоплению ингибиторов роста. Примером такой подготовки могут

служить сбрасывание листьев в осенний период у многолетних растений,

развитие запасающих органов у двулетних и образование семян у однолетних.

ХОЛОДОСТОЙКОСТЬ РАСТЕНИЙ

Устойчивость растений к низким температурам подразделяют на холодостойкость

и морозоустойчивость. Под холодостойкостью понимают способность растений

переносить положительные температуры несколько выше О 0С. Холодостойкость

свойственна растениям умеренной полосы (ячмень, овес, лен, вика и др.).

Тропические и субтропические растения повреждаются и отмирают при

температурах от 0 до 10 0С (кофе, хлопчатник, огурец и др.). Для

большинства же сельскохозяйственных растений низкие положительные

температуры негубительны. Связано это с тем, что при охлаждении

ферментативный аппарат растений не расстраивается, не снижается

устойчивость к грибным заболеваниям и вообще не происходит заметных

повреждений растений.

Степень холодостойкости разных растений неодинакова. Многие растения южных

широт повреждаются холодом. При температуре 3 °С повреждаются огурец,

хлопчатник, фасоль, кукуруза, баклажан. Устойчивость к холоду у сортов

различна. Для характеристики холодостойкости растений используют понятие

температурный минимум, при котором рост растений прекращается. Для большой

группы сельскохозяйственных растений его величина составляет 4 °С. Однако

многие растения имеют более высокое значение температурного минимума и

соответственно они менее устойчивы к воздействию холода.

Накопление зеленой массы кукурузой не происходит при температуре ниже 10

оС. Устойчивость растений к холоду зависит от периода онтогенеза. Разные

органы растений также различаются по устойчивости к холоду. Так, цветки

растений более чувствительны, чем плоды и листья, а листья и корни

чувствительнее стеблей. Наиболее холодостойкими являются растения раннего

срока посева.

Для сравнения рассмотрим особенности прорастания малоустойчивой к холоду

кукурузы. При температуре 18—20 оС всходы у кукурузы появляются на 4-й

день, а при 10—12 "С — только на 12-й день. О холодостойкости растений

косвенно можно судить по показателю суммы биологических температур. Чем

меньше эта величина, тем быстрее растения созревают и тем выше их

устойчивость к холоду. Показатели суммы биологических температур

соответствуют скороспелости растений: очень раннеспелые имеют сумму

биологических температур 1200 оС, раннеспелые — 1200—1600,

среднераннеспелые — 1600—2200, среднеспелые — 2200—2800, среднепозднеспелые

— 2800—3400, позднеспелые — 3400-4000 оС.

Физиолого-биохимические изменения у теплолюбивых растений при пониженных

положительных температурах.

Повреждение растений холодом сопровождается потерей ими тургора и

изменением окраски (из-за разрушения хлорофилла), что является следствием

нарушения транспорта воды к транспирирующим органам. Кроме того,

наблюдаются значительные нарушения физиологических функций, которые связаны

с нарушением обмена нуклеиновых кислот и белков. Нарушается цепь ДНК -> РНК

-> белок -> признак.

У некоторых видов растений наблюдаются усиление распада белков и накопление

в тканях растворимых форм азота. Из-за изменения структуры митохондрий и

пластид аэробное дыхание и фотосинтез снижаются. Деградация хлоропластов,

разрушение нормальной структуры пигментно-липидного комплекса приводят к

подавлению функции запасания энергии этими органоидами, что способствует

нарушению энергетического обмена растения в целом. Основной причиной

повреждающего действия низкой температуры на теплолюбивые растения является

нарушение функциональной активности мембран из-за перехода насыщенных

жирных кислот из жидкокристаллического состояния в состояние геля, а также

общие изменения процессов обмена веществ. Процессы распада преобладают над

процессами синтеза, происходят нарушение проницаемости цитоплазмы

(повышение ее вязкости), изменения в системе коллоидов, снижается (пада-

ет) осевой градиент потенциалов покоя (ПП), активный транспорт веществ

против электрохимического градиента.

Изменение проницаемости мембран приводит к тому, что нарушаются поступление

и транспорт веществ в растения и отток ассимилятов, токсичных веществ из

клеток. Все эти изменения существенно снижают жизнеспособность растений и

могут привести к их гибели. Кроме того, в этих условиях растения более

подвержены действию болезней и вредителей, что также приводит к снижению

качества и количества урожая.

Приспособление растений к низким положительным температурам.

У растений более холодостойких отмеченные нарушения выражены значительно

слабее и не сопровождаются гибелью растения (табл. 1). Устойчивость к

низким температурам — генетически детерминированный признак. Изменение

уровня физиологических процессов и функций при действии низких

положительных температур может служить диагностическим показателем при

сравнительной оценке холодостойкости растений (видов, сортов).

Холодостойкость растений определяется способностью растений сохранять

нормальную структуру цитоплазмы, изменять обмен веществ в период охлаждения

и последующего повышения температуры на достаточно высоком уровне.

Для оценки холодостойкости растений используют различные методы диагностики

(прямые и косвенные). Это холодный метод проращивания семян, сверхранние

посевы в сырую и непрогретую почву, учет интенсивности появления всходов,

темпов роста, накопления массы, содержание хлорофилла, соотношение

количества электролитов в надземной и подземной частях растения, оценка

изменчивости изоферментного состава и др.

1. Минимальные температуры роста вегетативных и генеративных органов

различных растений, оС

|Культуры по степени |Всходы и |Генеративны|

|устойчивости к холоду |вегетативны|е органы |

| |е органы | |

|Устойчивые: яровая |4-5 |8-10 |

|пшеница, ячмень, овес, | | |

|горох, чина, сахарная | | |

|свекла | | |

|Среднеустойчивые: люпин|5-6 |10-12 |

|однолетний, бобы, лен, |7-8 |12-15 |

|подсолнечник, гречиха | | |

|Малоустойчивые: просо, |11-13 14-15|15-18 18-20|

|кукуруза, соя, сорго, | | |

|фасоль Неустойчивые: | | |

|рис, хлопчатник, | | |

|бахчевые, арахис | | |

Способы повышения холодостойкости некоторых растений.

Холодостойкость некоторых теплолюбивых растений можно повысить закаливанием

прорастающих семян и рассады, которое стимулирует защитно-приспособительную

перестройку метаболизма растений. Наклюнувшиеся семена или рассаду

теплолюбивых культур (огурец, томат, дыня и др.) в течение нескольких суток

(до месяца) выдерживают при чередующихся (через 12 ч) переменных

температурах: от 0 до 5 °С и при 15—20 оС. Холодостойкость ряда растений

повышается при замачивании семян в 0,25%-ных растворах микроэлементов.

Повысить холодостойкость растений можно прививкой теплолюбивых растений

(арбуз, дыня) на более холодоустойчивые подвои (тыква). Положительное

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15