Устойчивость растений

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

институт математики, естественных наук и

информационных технологий

Контрольная работа

По физиологии устойчивости растений

              Проверил:

  Иконников П. А.                                                       Студентки

                                                                                               5 курса 661 группы

                                                                                               Заочного отделения

                                                                                            Ищенко Ю.Н.

Тюмень, 2011

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………

Границы приспособления и устойчивости растений…………………………

Холодостойкость растений……………………………………………………..

Приспособление растений к низким положительным температурам……….

Причины гибели растений при понижении температуры…………………….

Выроботка холодостойкости у растений. Закаливание……………………….

Список литературы……………………………………………………………....

Введение

Территория России включает различные климатические зоны. Значительная их часть приходится на районы неустойчивого земледелия, для которых характерны недостаток или избыток осадков, низкие зимние или высокие летние температуры, засоленность или заболоченность, закисленность почв и др. В этих условиях урожайность сельскохозяйственных культур во многом

определяется их устойчивостью к неблагоприятным факторам среды конкретного сельскохозяйственного региона.

Приспособленность онтогенеза растений к условиям среды является результатом их эволюционного развития (изменчивости, наследственности, отбора). На протяжении филогенеза каждого вида растений в процессе эволюции выработались определенные потребности индивидуума к условиям существования и приспособленность к занимаемой им экологической нише. Холодоустойчивость и другие экологические особенности конкретных видов растений сформировались в ходе эволюции в результате длительного действия соответствующих условий. Так, теплолюбивые растения и растения короткого дня характерны для южных широт, менее требовательные к теплу и растения длинного дня — для северных.

В природе в одном географическом регионе каждый вид растений занимает

экологическую нишу, соответствующую его биологическим особенностям:

влаголюбивые — ближе к водоемам, теневыносливые — под пологом леса и т. д. Наследственность растений формируется под влиянием определенных условий внешней среды. Важное значение имеют и внешние условия онтогенеза растений. В большинстве случаев растения и посевы (посадки) сельскохозяйственных культур, испытывая действие тех или иных неблагоприятных факторов, проявляют устойчивость к ним как результат приспособления к условиям существования.

Границы приспособления и устойчивости растений.

В естественных для вида природных условиях произрастания или возделывания

растения в процессе своего роста и развития часто испытывают воздействие

неблагоприятных факторов внешней среды. Каждое растение обладает способностью к адаптации в меняющихся условиях внешней среды в пределах, обусловленных его генотипом. Чем выше способность растения изменять метаболизм в соответствии с окружающей средой, тем шире норма реакции данного растения и лучше способность к адаптации. Это свойство отличает устойчивые сорта сельскохозяйственных культур. Как правило, несильные и кратковременные изменения факторов внешней среды не приводят к существенным нарушениям физиологических функций растений, что обусловлено их способностью сохранять относительно стабильное состояние при изменяющихся условиях внешней среды, т. е. поддерживать гомеостаз. Однако резкие и длительные воздействия приводят к нарушению многих функций растения, а часто и к его гибели.

При действии неблагоприятных условий снижение физиологических процессов и функций может достигать критических уровней, не обеспечивающих реализацию генетической программы онтогенеза, нарушаются энергетический обмен, системы регуляции, белковый обмен и другие жизненно важные функции растительного организма. При воздействии на растение неблагоприятных факторов (стрессоров) в нем возникает напряженное состояние, отклонение от нормы — стресс.

Сила стресса зависит от скорости развития неблагоприятной для растения

ситуации и уровня стрессирующего фактора. При медленном развитии

неблагоприятных условий растение лучше приспосабливается к ним, чем при

кратковременном, но сильном действии. В первом случае, как правило, в

большей степени проявляются специфические механизмы устойчивости, во втором — неспецифические.

Холодостойкость растений.

Под холодостойкостью понимают способность растений переносить положительные температуры несколько выше О 0С.

Теплолюбивые растения сильно страдают при положительных пониженных температурах. Внешними симптомами страдания растений являются завядание листьев, появление некротических пятен.

Низкие температуры (+4°С) вызывают у теплолюбивых растений (огурцы, томаты) уменьшение интенсивности дыхания. Однако в первые часы понижения температуры в клетках иногда увеличивается количество АТФ, поскольку ростовые процессы, требующие большого количества энергии, в первые часы охлаждения тормозятся. Если пониженные температуры действуют долго, то количество АТФ потом падает. Дефицит АТФ становится причиной слабого поглощения солей корневой системой, в результате нарушается поступление воды из почвы.

Нарушается согласованность в работе ферментов, катализирующих ход различных реакций, следствием чего является резкое увеличение количества эндогенных токсинов (ацетальдегид, этанол и др.). При пониженной температуре почвы у большинства растений подавляется поглощение нитратов и уменьшается их транспорт из корней в листья. Уменьшение скорости оттока еще больше ухудшает поглощение нитратного азота.

При длительном действии пониженных температур увеличивается продолжительность всех фаз митотического цикла и снижается скорость роста клеток в фазе растяжения. Раньше начинается синтез лигнина, поэтому клетки, не достигнув своего окончательного размера, переходят к дифференцировке.

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

Холодостойкость растений зависит от внешних условий. Установлено, например, что она усиливается при внесении калийных удобрений, повышении влажности воздуха, улучшении освещенности, при закаливании растений воздействием низких (еще не вызывающих повреждений) температур или сменой холода и тепла и т. д. Устойчивость растений к холоду неодинакова на разных стадиях онтогенеза; кроме того, разные органы одного растения в одно и то же время отличаются по устойчивости, например зародышевый мешок может погибнуть, когда завязь еще не повреждена. Наиболее чувствителен к холоду гинецеи, цветки чувствительнее плодов и листьев, листья и корни — стеблей. Очень чувствительна меристема конуса нарастания, поэтому огромное значение имеют органы защиты почек.

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.

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.

Низкие температуры часто необходимы и для стимуляции образования цветочных почек. Семена больший ства видов для дальнейшего энергичного прорастания должны пройти стратификацию. У некоторых видов рост зародышевого корешка стимулируется холодом первой (после прорастания) зимы, а рост эпикотиля — второй. Возможно, что все эти факты связаны с необходимостью определенных колебаний температуры. Некоторые виды, для того чтобы перейти к цветению и полностью завершить свой жизненный цикл, нуждаются в низких температурах в течение определенного короткого времени после прорастания семян. Например, озимая пшеница, если ее высеять весной, будет расти, но не зацветет и может погибнуть при ранневесенних морозах. Но если ее влажные, наклюнувшиеся семена подвергнуть воздействию низких температур, близких к замерзанию, то они даже при посеве весной дадут неплохой урожай. Такой тип воздействия на растение низкой температурой -называется яровизация, т. е. приведение растений в весеннее состояние.

Но подобное воздействие может играть и отрицательную роль, так, двулетники при поздних заморозках могут завершить свой жизненный цикл в первый год (капуста, например, не завяжет кочана).

Изменения в растениях при положительно низких 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, а также общие изменения процессов обмена веществ. Степень повреждения мембран зависит от содержания насыщенных жирных кислот, которые при действии низких температур переходят в состояние геля, что снижает их подвижность, нарушает транспорт веществ и энергетические процессы. Происходит увеличение содержания супероксидных ради­калов и других АФК. Благодаря нарушениям обменных процессов в организме накапливаются про­межуточные продукты метаболизма. В нормальных для данного вида растений температурных условиях все реакции, протекающие в организме, хорошо согласованы друг с другом, продукты одной реакции сейчас же перерабатываются. В том случае, если растения попадают в неблагоприятные температурные условия, эта согласованность нарушается.

Дело в том, что различные биохимические реакции характеризуются разной зависимостью от температуры. Одни реакции при снижении температуры резко замедляются, другие — нет.

Это приводит к нарушению обмена и к накоплению вредных продуктов. Так, резко тормозятся реакции цикла Кребса, благодаря чему накапливаются продукты гликолиза. Возрастает активность альтернативного пути дыхания.

Процессы распада преобладают над процессами синтеза, происходят нарушение проницаемости цитоплазмы (повышение ее вязкости), изменения в системе коллоидов, снижается осевой градиент потенциалов покоя, активный транспорт веществ против электрохимического градиента.