Влияние температуры на жизнь растений

В последние годы были изолированы  гены, ответственные за синтез БХШ, образование которых позволяет переносить низкие температуры. В арабидопсисе идентифицирован ген — гомолог «противоморозного» гена, от которого зависит способность адаптироваться к низким температурам. Показана роль АБК в образовании этих белков. Так, мутанты арабидопсиса, не способные к синтезу АБК, не обладают устойчивостью к низким температурам. Значение АБК подтверждается тем, что при низких температурах возрастание содержания АБК в растении увеличивает и устойчивость. Например, проростки люцерны переносят температуру до —10°С. Это свойство может быть увеличено путем предварительного выдерживания при 4°С или обработкой АБК, поскольку оба эти способа вызывают синтез БХШ. К концу первой фазы закаливания клетки растений переходят в покоящееся состояние. Происходит процесс обособления цитоплазмы, что, в свою очередь, снижает возможность ее повреждения образующимися в межклетниках кристаллами льда. Особенно интенсивно перестройка обмена веществ протекает в период второй фазы закаливания.

Вторая фаза закаливания протекает при дальнейшем понижении температуры (около 0°С) и не требует света. В связи с этим для травянистых растений она может протекать и под снегом. В эту фазу происходит отток воды из клеток, а также перестройка структуры протопласта. Продолжается новообразование специфических, устойчивых к обезвоживанию белков. Опыты показали, что в присутствии ингибиторов синтеза белка процесс закаливания не происходит (Т.И. Трунова). Важное значение имеет изменение межмолекулярных связей белков цитоплазмы. При обезвоживании, происходящем под влиянием льдообразования, происходит сближение белковых молекул. Связи между ними рвутся и не восстанавливаются в прежнем виде из-за слишком сильного сближения и деформации белковых молекул. В связи с этим большое значение имеет наличие сульфгидрильных и других гидрофильных группировок, которые способствуют удержанию воды и препятствуют сближению молекул белка. Перестройка цитоплазмы способствует увеличению ее проницаемости для воды. Благодаря более быстрому оттоку воды уменьшается опасность внутриклеточного льдообразования. Не для всех растений необходимо протекание процессов закаливания в две фазы. У древесных растений, обладающих достаточным количеством Сахаров, сразу протекают изменения, соответствующие второй. Таким образом, в процессе закаливания возникает морозоустойчивость, которая определяется рядом изменений. У закаленных растений благодаря высокой концентрации клеточного сока, уменьшению содержания воды кристаллы льда образуются не в клетке, а в межклетниках. Количество образовавшегося в межклетниках льда у закаленных растений также значительно меньше.

Изменение свойств белков цитоплазмы приводит к тому, что они становятся более устойчивыми к обезвоживанию. Накопление Сахаров оказывает дополнительное защитное влияние. Важное значение имеет повышение устойчивости мембран к обезвоживанию и механическому давлению. Имеются данные, что при закаливании увеличивается количество фосфолипидов и ненасыщенных жирных кислот. Важно отметить, что в клетках закаленных растений накапливается АТФ. Чем больше развитие указанных признаков у отдельных видов и сортов растений, тем выше их морозоустойчивость. Морозоустойчивость — комплексный признак, запрограммированный генетически, однако он проявляется в определенных условиях среды. Повышение температуры весной сопровождается противоположными изменениями. Поэтому весной растения часто гибнут даже от небольших заморозков. Повышение морозоустойчивости растений имеет большое практическое значение. Для предохранения растений от повреждения морозом важно правильно организовать их питание в осенний период. Усиление фосфорного питания повышает устойчивость растений к морозу, тогда как азотные удобрения, способствуя процессам роста, делают растения более чувствительными. Благоприятное влияние на морозоустойчивость оказывает обработка такими микроэлементами как цинк, молибден, кобальт. Очень большое значение имеет также выведение морозоустойчивых сортов растений. Делаются попытки создания морозоустойчивых трансгенных растений путем введения генов, кодирующих ферменты синтеза веществ-криопротекторов, например, пролина и бетаина.

 

Зимостойкость растений

В зимний период растительный организм, помимо прямого влияния мороза, подвергается еще ряду неблагоприятных воздействий. Особенно многочисленные неблагоприятные  воздействия испытывают травянистые  многолетние и однолетние растения. Так, озимые растения могут погибать от слишком большого снежного покрова (выпревшиерастений). Это связано  с тем, что под снегом температура  несколько повышается (около 0°С) и  процесс дыхания идет довольно интенсивно. В результате происходит такая сильная  трата Сахаров, что растения могут  погибнуть от истощения. Кроме того такие растения легко поражаются снежной плесенью, что также приводит к гибели. В связи с этим для  районов с теплыми зимами и  очень глубоким снежным покровом, который лежит 2—3 месяца, необходимо выведение сортов с повышенным содержанием  углеводов. Частой причиной зимней гибели растений является повреждение, связанное  с образованием ледяной корки (выпираниерастений). Образованию ледяной корки способствует наступление морозов при отсутствии снежного покрова. При образовании  в почве льда происходит оттягивание  воды из нижних слоев почвы, корни  растения разрываются, что, естественно, приводит к их гибели. В этом случае важно, чтобы растения обладали большой  устойчивостью корневых систем, большой  способностью их к растяжению. Имеет  значение также глубина залегания  узла кущения. Углубление зоны кущения  с 0,7 до 1,4 см значительно уменьшает  гибель растений. Положение узла кущения  зависит от ряда условий. Показано, что пасмурная погода, загущенные посевы приводят к более поверхностному его залеганию. При более глубокой заделке семян зона кущения располагается  несколько глубже.

В весенний период растения погибают прежде всего от возврата холодов. Растения, перенесшие в зимний период температуру  — 30°С, могут погибнуть весной при  небольших заморозках. Кроме того, весной в пониженных местах в период таяния снега накапливается вода, и растения могут пострадать от вымокания. В этом случае причиной гибели растений служит резкий недостаток кислорода. При  недостатке кислорода в клетках  растений начинается процесс брожения, что может вызвать прямое отравление организма продуктами брожения, в частности спиртом.

Экологические различия холодостойкости растений

В экологии и экологической  физиологии в качестве одного из показателей  устойчивости к холоду используется способность растения переносить низкую температуру в экспериментальных  условиях в течение определенного  срока. Накоплено много данных, позволяющих  сравнивать растения различных по температурным  условиям местообитаний. Однако эти  данные не всегда строго сравнимы, поскольку  температура, которую способно вынести  растение, в числе прочих причин зависит и от продолжительности  ее действия (так, небольшой холод  порядка —3—5°С умеренно теплолюбивое растение способно вынести в течение  нескольких часов, но та же температура  может оказаться губительной, если будет действовать несколько  суток), В большинстве экспериментальных  работ принято охлаждение растений в течение суток или близкого срока.

Как видно из нижеследующих  данных и, холодостойкость растений весьма различна и зависит от условий, в которых они обитают.

Один из крайних примеров холодостойкости — так называемый «криопланктон». Это снежные водоросли, живущие в поверхностных слоях  снега и льда и при массовом размножении вызывающие его окрашивание («красный снег», «зеленый снег» и  т. д.). В активных фазах они развиваются  при 0°С (летом на оттаявшей поверхности  снега и льда). Пределы устойчивости к низким температурам от —36°С у Chlamydomonas nivalis до —40, —60°С у Pediastrutn boryanum, Hormidium flaccidum. Столь же велика холодостойкость фитопланктона полярных морей, нередко зимующего в корке льда.

Большой холодостойкостью отличаются альпийские карликовые кустарнички  — Rhododendron ferrugineum, Erica carnea и др. (—28, —36°С), хвойные древесные породы: так, для сосны Pinus strobus в Тирольских Альпах в экспериментах отмечена рекордная температура: —78°С.

Совсем небольшая холодостойкость  у растений тропических и субтропических областей, где они не испытывают действия низких температур (за исключением  высокогорий). Так, для водорослей тропических  морей (особенно мелководных районов) нижняя температурная граница лежит  в пределах 5—14°С (вспомним, что для  водорослей арктических морей верхняя  граница составляет 16°С). Саженцы  тропических древесных пород  гибнут при 3—5°С. У многих тропических  термофильных растений, например декоративных оранжерейных видов из родов Gloxinia, Coleus, Achimenes и др., понижение температуры до нескольких градусов выше нуля вызывает явления «простуды»: при отсутствии видимых повреждений через некоторое время останавливается рост, опадают листья, растения завядают, а затем и гибнут. Известно это явление и для теплолюбивых культурных растений (огурцов, томатов, фасоли).

Очень невелика устойчивость к холоду у термофильных плесневых  грибов из родов Mucor, Thermoascus, Anixia и др. Они гибнут за три дня при температуре 5—6°С и даже температуру 15—17°С не могут выносить дольше 15—20 дней.

В зависимости от степени  и специфического характера холодостойкости  можно выделить следующие группы растений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение 

Разные растения нуждаются  в разном количестве теплоты и  обладают различной способностью переносить отклонения (как в сторону понижения, так и повышения) температуры  от оптимальной.

Оптимальная температура  – наиболее благоприятная температура  для определенного вида растения в определенной стадии развития.

Формы приспособлений у растений бесконечно разнообразны. Весь растительный мир со времени своего появления  совершенствуется по пути целесообразных приспособлений  к условиям обитания.

Растения – пойкилотермные организмы. Повреждения начинаются на молекулярном уровне с нарушений  функций белков и нуклеиновых кислот.

Температура растений - показатель теплового состояния растений и их отдельных органов. Зависит от интенсивности окислительно-восстановительных процессов (дыхания), обеспеченности растений почвенной влагой и метеорологических условий. Температуру растений измеряют различными  микроэлектротермометрами, термопарами (в т. ч. с дистанц. устройством) при проведении лабораторных и полевых опытов для изучения влияния температуры на процессы развития, роста, фотосинтеза, транспирации, качества продукции и т. д.

Адаптации растений к разным температурным условиям даже в пределах одного вида различны.

При высоких температурах выявлены такие адаптации, как густое опушение листьев, блестящая поверхность, уменьшение поверхности, поглощающей  радиацию, изменение положения по отношению к источнику тепла, усиление транспирации, высокое содержание защитных веществ, сдвиг температурного оптимума активности важнейших ферментов, переход в состояние анабиоза, занятие микрониш, защищенных от инсоляции  и перегрева, сдвиг вегетации  на сезон с более благоприятными тепловыми условиями.

Адаптации к холоду таковы: опушение почечных чешуй, толстая кутикула, утолщение пробкового слоя, опушение листьев, закрывание розеточных листьев  ночью, развитие карликовости, развития стелящихся форм, подушковая форма  роста, развитие контрактильных корней, повышение концентрации клеточного сока, повышение доли коллоидно-связанной  воды, анабиоз

 

Список использованной литературы

1. Александров В.Я. Клетки, макромолекулы и температура. Л.: Наука, 1975г. 328 с
2. Вознесенский  В. Л., Рейнус Р. М . Температура ассимилирующих органов пустынных растений // Бот. журн., 1977; т. 62. N 6
3. Горышина Т.Н. Экология растений уч. Пособие для ВУЗов, Москва, В. школа, 1979г. 63-102с.
4. Культиасов И.М. Экология растений М.: Изд-во московского ун-та, 1982 33-89с.
5. Полевой В.В. Физиология растений  1978г. 414-424с.
6. Селянинов Г. Т.  К методике сельскохозяйственной климатологии. Труды по с.-х. метеорологии, 1930, т. 22
7. Туманов И. И. Причины гибели растений в холодное  время года и меры её предупреждения. М., Знание, 1955
8. http://fizrast.ru/osnovy-ustoychivosti/
9. http://scienceland.info/biology6/factors
10. http://marsu.ru/science/libr/resours/ecofisiologia
11. http://eco-rasteniya.ru
12. http://biofile.ru/bio/2218.html