Физиологические основы морозоустойчивости растений

Содержание:

1. Адаптации у растений
2. Морозостойкость растений
3. Зимостойкость растений
4. Барнализация

 

По этой ссылке вы сможете заказать реферат:

 

Написание рефератов на заказ

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

Вклад в психологическую науку Б.Г. Ананьева

Стекло, виды, сырьевые материалы, стекловарение, технология переработки в изделия

Влияние строения капитала на эффективность производства

Великие ученые прошлых столетий

 

Введение:

Адаптивность онтогенеза растений к условиям внешней среды является результатом их эволюционного развития (изменчивость, наследственность, отбор). В процессе филогении каждого вида растений в процессе эволюции развивались специфические потребности в адаптации к условиям существования индивида и занимаемой экологической нише. Поэтому теплолюбивые и кратковременные растения характерны для южных широт, а в северных наблюдается незначительная потребность в тепле или длительные периоды времени.

В природе, в одной географической зоне, каждый вид растений занимает экологическую нишу, соответствующую его биологическим характеристикам:водолюбивые, близкие к водоему, теневыносливые растения формируются под влиянием определенных условий окружающей среды. Важны и внешние условия онтогенеза растений.

Чаще всего агротехнические растения и культуры (насаждения) испытывают воздействие определенных неблагоприятных факторов, которые могут привести к развитию заболеваний, отмеченное Тимирязевым развитие приспособлений к исторически сложившимся условиям существования. Основная среда жизни

При изучении окружающей среды (среды обитания растений и животных и производственной деятельности человека) выделяются следующие основные компоненты: атмосферная среда;водная среда (гидросфера); животный мир (человек, рыба и животное).

Воздушная среда позволяет большинству людей тратить меньше времени (до 10-15%), внутренняя промышленность (люди тратят до 25-30% своего времени), а люди остаются большую часть времени (до 60-70%).

Наружный воздух земной поверхности содержит по объему: 78,08% азота; 20,95% кислорода; 0,94% инертного газа и 0,03% углекислого газа. На высоте 5 км содержание кислорода остается прежним, а азота увеличивается до 78,89%. Часто воздух на поверхности Земли, особенно в городах, имеет различные примеси:там он содержит более 40 компонентов, чуждых природной воздушной среде. Воздух в доме, как правило, свежий, Содержание углекислого газа увеличивается, и внутренний воздух производственных помещений обычно содержит примеси, характер которых определяется технологией производства. Внутри газа выделяется водяной пар, который попадает в атмосферу в результате испарения с Земли.

Большая его часть (90%) сосредоточена в самом нижнем пятикилометровом слое атмосферы, количество которого очень быстро уменьшается с высотой. В атмосфере содержится много пыли, которая попадает туда с поверхности Земли и частично из космоса. При сильных волнах ветер поднимает водяные брызги с моря и с моря. Именно так частицы соли попадают в атмосферу из воды. В результате извержений вулканов, лесных пожаров, промышленных объектов и т. д. Воздух загрязнен продуктами неполного сгорания. Большая часть пыли и других примесей находится в поверхностном слое воздуха. Даже после дождя в 1 см содержится около 30 тысяч частиц пыли, а в сухую погоду она размножается в несколько раз больше, чем в сухую погоду. Фотосинтезирующая растительность планеты ежегодно образует 100 миллиардов тонн органического вещества (примерно вдвое меньше, чем в океанах и морях), около 200 миллиардов тонн углекислого газа и около 145 миллиардов тонн данных показывают роль зеленых насаждений в этом цикле.1 га зеленых насаждений очищает воздух от 1 кг углекислого газа в среднем за 8 часов(в это время взрослое дерево выделяет 180 литров кислорода, а за пять месяцев (из месяца в месяц) поглощает около 44 кг углекислого газа).Все эти мелкие примеси влияют на цвет неба. Молекулы газа рассеивают коротковолновую часть спектра солнечных лучей, то есть фиолетовые и синие лучи. Поэтому днем небо голубое. Частицы примеси, которые намного крупнее молекул газа, рассеивают лучи почти всех длин волн. Поэтому, если воздух содержит пыль и капли воды, то небо будет белесым. На большой высоте небо темно-фиолетовое, а также черное.

 

Количество выделяемого кислорода и поглощенного углекислого газа зависит от возраста зеленых насаждений, видового состава, плотности посадки и других факторов.

 

Фитопланктон (главным образом водоросли и бактерии), которые выделяют кислород через фотосинтез, также важны.

Водная среда включает в себя поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в океанах, которые содержат 1 миллиард 375 миллионов кубических километров-около 98% всей воды на планете. Поверхность моря (акватория) составляет 361 миллион квадратных километров. Это примерно в 2,4 раза больше площади суши. Вода в океане соленая, большая ее часть (более 1 миллиарда километров) сохраняет постоянную соленость около 3,5% и температуру около 3,7 °. Выраженные различия в солености и температуре наблюдаются почти исключительно не только в поверхностном слое воды, но и на периферии, особенно в Средиземном море. Содержание растворенного кислорода в воде значительно снижается на глубине 50-60 метров.

Грунтовые воды соленые, солоноватые (менее соленые) и пресные, существующая геотермальная вода горячая (более 30 градусов Цельсия).

Для производственной деятельности человека и его бытовых нужд необходима пресная вода, количество которой составляет всего 2,7% от общего объема воды на планете, а в местах с легким доступом к добыче большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах, которые расположены в основном в районах антарктической Арктики.

Ежегодный мировой речной сток пресной воды составляет 37,3 тысячи кубических километров. Кроме того, часть подземных вод равна 13 тысячам кубических километров. К сожалению, большая часть стока российских рек достигает около 5000 кубических километров, попадая в малоплодородные и малонаселенные северные районы.

Климатические условия являются важным фактором, определяющим жизнедеятельность различных видов животных и растений и развитие их плодородия. Отличительной особенностью России является то, что большая часть ее территории имеет более холодный климат, чем в других странах.

Все рассмотренные компоненты окружающей среды входят в состав:

Биосфера: сложный биохимический цикл переноса вещества и энергии, верхние границы жизнедеятельности атмосферы, гидросферы и биосферы, которые взаимосвязаны с геологической оболочкой Земли, в которой обитают живые организмы, ограничены концентрацией интенсивного ультрафиолетового излучения, а нижним пределом является высокая температура внутри Земли (более 100). Только низший организм-бактерия-достигает своего крайнего предела.

Адаптация растений к определенным условиям внешней среды (адаптация), в физиологических механизмах (физиологическая адаптация) и популяциях организмов (видов) механоэкологические факторы генетической изменчивости, наследственности и отбора (генетическая адаптация) могут изменяться естественным и случайным образом. Естественно меняющиеся условия окружающей среды (сезонные изменения) приводят к генетической адаптации растений к этим условиям.

В естественных условиях произрастания или выращивания растений, в процессе роста и развития, каждое растение подвержено влиянию неблагоприятных факторов внешней среды, таких как колебания температуры, засуха, избыточное увлажнение, засоление почвы, обладает способностью адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды в пределах, определяемых его генотипом. Чем выше способность растения изменять свой метаболизм в соответствии с окружающей средой, тем шире скорость реакции растения и тем лучше его адаптационные возможности. Это свойство отличает устойчивые сорта сельскохозяйственных культур. Как правило, незначительные и кратковременные изменения факторов внешней среды приводят к способности поддерживать относительно стабильное состояние при изменяющихся условиях внешней среды, то есть поддерживать гомеостаз.

При неблагоприятных условиях физиологические процессы и сниженные функции связаны с онтогенезом, энергетическим обменом, регуляторными системами, белковым обменом и другими важными функциями растительного организма, когда растения подвергаются воздействию вредных факторов (стрессоров), он находится в состоянии напряжения и отклоняется от нормы. Стресс - это общая неспецифическая адаптивная реакция организма на действие любого неблагоприятного фактора. К факторам, вызывающим стресс у растений, относятся: физические-недостаточная или избыточная влажность, свет, температура, радиация, механические воздействия, химические соли, газы, ксенобиотики (гербициды, инсектициды, фунгициды, промышленные отходы); биологические-поражение патогенами и вредителями, конкуренция с другими растениями, влияние животных, цветение, созревание плодов.

Интенсивность стресса зависит от скорости развития неблагоприятных для растения условий и уровня стрессовых факторов. При медленном развитии неблагоприятных условий растения адаптируются лучше, чем к кратковременным, но сильным действиям. В первом случае, как правило, определенный механизм устойчивости проявляется в большей степени во втором неспецифическом.

В неблагоприятных природных условиях устойчивость и продуктивность растений определяются рядом признаков, характеристик и защитно-приспособительных реакций. Различные виды растений обеспечивают устойчивость и выживаемость в неблагоприятных условиях тремя основными способами:позволяют им избежать негативных последствий (покоя, эфемерности и др.) по физиологическим характеристикам, позволяющим им преодолевать вредное воздействие окружающей среды.

Однолетние агротехнические растения в умеренном поясе завершают свой онтогенез в относительно хороших условиях и зимуют как устойчивые семена(спящие). Многие многолетние растения зимуют в виде подземных органов хранения (луковиц или корневищ), защищенных от промерзания слоем почвы и снега. Умеренные плодовые деревья и кустарники, защищаясь от зимнего холода, сбрасывают свои листья.

Защита растений от неблагоприятных факторов внешней среды обеспечивается особенностями их структурной адаптации, анатомическим строением (кутикула, кора, механическая ткань и др.). Образование специальных защитных органов (жгучие волосы, шипы), двигательные и физиологические реакции, защитные вещества (смолы, фитонциды, токсины, защитные белки).

Структурные приспособления включают в себя наличие на поверхности листьев мелких листьев и листьев, воскообразных кутикул, их толстых поникших и погруженных в воду устьев, сочных листьев и запасов воды, эректоидных или поникших растений, они обладают разнообразными физиологическими механизмами, позволяющими им адаптироваться к неблагоприятным условиям окружающей среды. Это самоподобный фотосинтез суккулентов, который сводит к минимуму потери воды и очень важен для выживания таких растений, как пустыни.

Адаптации у растений

Холодостойкость растений.

Устойчивость растений к низким температурам делится на холодостойкость и морозостойкость. Холодостойкость относится к способности растений выдерживать положительную температуру несколько выше ⁰С. Холодостойкость характерна для растений умеренных зон (ячмень, овес, лен, Вика и др.).Тропические и субтропические растения повреждаются и погибают при температуре от 0⁰С до 10⁰С (кофе, хлопок, огурец и др.). В большинстве сельскохозяйственных растений низкая положительная температура не является разрушительной. Это связано с тем, что при его остывании ферментный аппарат растения не раскачивается, устойчивость к грибковым заболеваниям не снижается, а заметного повреждения растения вообще нет.

Степень холодостойкости различных растений неодинакова. Многие растения южных широт повреждаются холодом. При температуре 3⁰С повреждаются огурцы, хлопок, фасоль, кукуруза и баклажаны. Устойчивость к холоду у разных пород. Для характеристики холодостойкости растений используется понятие минимальной температуры, при которой прекращается рост растений. Для большой группы сельскохозяйственных растений его значение составляет 4⁰С. Однако многие растения имеют более высокий температурный минимум, а потому менее устойчивы к холоду.

Адаптация растений к низким положительным температурам. Устойчивость к низким температурам-это генетически обусловленная черта характера. Холодостойкость растения определяется способностью растения поддерживать нормальную структуру цитоплазмы, изменять обмен веществ при охлаждении и поддерживать последующее повышение температуры на достаточно высоком уровне.

Морозостойкость растений

Морозостойкость-способность растений выдерживать температуру ниже 0⁰С, низкие отрицательные температуры. Морозостойкие растения способны предотвратить или уменьшить влияние низких отрицательных температур. На большей части территории России распространены зимние морозы ниже -20⁰С. Однолетние, двулетние и многолетние растения подвергаются воздействию заморозков. Растение хорошо переносит условия зимы в разные периоды онтогенеза. В однолетних культурах семена (яровые растения), цветущие растения (озимые) зимуют в двулетних и многолетних культурах—клубнях, корнеплодах, луковицах, корневищах и взрослых растениях. Зимой способность многолетних травянистых и древесно-плодовых культур к перезимовке обусловлена их достаточно высокой морозостойкостью.

 

Ткани этих растений могут замерзнуть, но растения не умрут.

 

Замораживание растительных клеток и тканей и процессов, происходящих в ходе этого процесса. Способность растений выдерживать отрицательные температуры определяется генетической основой растений этого типа, но морозостойкость тех же растений влияет и на характер ледообразования. Не все ледяные образования приводят к гибели растительных клеток.

При постепенном снижении температуры со скоростью 0,5-1⁰С/ч кристаллы льда образуются преимущественно в межклеточном пространстве, которые изначально не вызывают гибели клеток. Но последствия этого процесса могут быть катастрофическими для клетки. Образование льда в протопластах клеток происходит, как правило, при резком падении температуры. Происходит коагуляция протоплазматического белка, образуются кристаллы в цитоплазматических золях льда-повреждается клеточная структура, клетки погибают. Растения, убитые морозом, после оттепелей теряют гипертрофию, и вода вытекает из их мясистых тканей.

Морозостойкие растения имеют приспособления, которые уменьшают обезвоживание клеток. Температура таких растений в основном определяется наличием гидрофильных белков, моносахаридов и олигосахаридов, когда происходит увеличение содержания сахаров и других веществ, защищающих ткани (криопротекторов).

На степень морозостойкости растений большое влияние оказывают сахара, регуляторы роста и другие вещества, образующиеся в клетке. У зимующих растений сахара накапливаются в цитоплазме, что приводит к снижению содержания крахмала. Влияние сахара на повышение морозостойкости растений многогранно. Накопление сахаров защищает большое количество воды в клетках от замерзания и значительно уменьшает количество образующегося льда.

Характер заморозков формируется в онтогенезе растений под влиянием определенных условий внешней среды в соответствии с генотипом и связан с резким снижением роста, переходом растений в спящее состояние.

Жизненный цикл зимних, двухлетних и многолетних растений управляется сезонным ритмом светового и температурного периодов. В отличие от весенних однолетников, они начинают готовиться к неблагоприятным зимним условиям с того момента, как прекращают расти, а затем осенью при наступлении низких температур.

Зимостойкость растений

Зимостойкость как устойчивость к комплексу неблагоприятных факторов зимовки. Прямое воздействие мороза на клетки-это не единственная опасность, которая угрожает многолетним травянистым и древесным культурам и озимым растениям в течение зимы. Помимо прямого действия заморозков, растение подвергается воздействию многих неблагоприятных факторов. В течение зимы температура может значительно колебаться. Мороз часто сменяется кратковременным и длительным размораживанием. Зимой часто случаются метели, а в южных регионах-бесснежные зимы. Все это истощает растение, которое после перезимовки ослабевает и может погибнуть позже.

Особенно много побочных эффектов испытывают травянистые многолетники и однолетники. На территории России в неблагоприятные годы потери зерновых культур зимой достигают 30-60%. Гибнут не только озимые культуры, но и многолетние насаждения многолетних трав, ягод и ягодников. Кроме низких температур, озимые растения повреждаются и погибают от многих других неблагоприятных факторов зимы и ранней весны: выпревания, замачивания, ледяной корки, выпячивания, повреждения от зимней засухи.

Порча, переувлажнение, гибель под мерзлой коркой, набухание, повреждения от зимней засухи. Первое место среди этих трудностей - это гниение растений. Гибель растений от испарения наблюдается при большом снежном покрове, который длится 2-3 месяца, в основном в теплую зиму. Исследования показывают, что причиной гибели озимых культур от испарения является истощение растений. Находясь под снегом при температуре около O⁰С в очень влажной среде, почти полной темноте, то есть в условиях, когда процесс дыхания очень интенсивен и фотосинтез исключен, растение постепенно потребляет накопленные сахара и другие питательные вещества на первой стадии закаливания и усталости(такие сахара в тканях легко повреждаются и погибают от плесени весеннего снега).

В этом случае причиной гибели растения является внезапная нехватка кислорода (анаэробно-низкокислородное состояние), когда влажное смачивание скапливается на поверхности почвы, когда талая вода не впитывается в мерзлую почву и может затопить растения, но реже при длительном оттаивании, а также в низких местах при оттаивании. У растений под водой нормальное дыхание прекращается из-за недостатка кислорода в воде и почве. Недостаток кислорода усиливает анаэробное дыхание растений, в результате чего образуются токсичные вещества, а растения погибают от истощения и прямого отравления организма.

Смерть под ледяной коркой. Ледяная корка образуется на полях региона, где частые оттепели сменяются сильными морозами. Эффект погружения в этом случае может быть и хуже. В этом случае происходит образование висячей или обернутой (контактирующей) корки льда. Висячие струпья не очень опасны, так как они образуются на почве и практически не касаются растения.

При образовании твердой ледяной корки контактное растение полностью замерзает во льду и погибает, так как растение, уже ослабленное от замачивания, подвергается очень сильному механическому давлению.

Повреждение и гибель растений из-за набухших выпуклостей определяются поломкой корневой системы. Если снежная вода успела всосаться в почву, если мороз случился осенью без снежного покрова, или воды в поверхностном слое почвы мало (во время осенней засухи), то во время оттепели замерзание воды начинается не с поверхности почвы, а на определенной глубине (там, где есть влага). Образовавшийся на глубине ледяной слой постепенно утолщается за счет непрерывного потока воды через капилляры почвы, которая вместе с растением приподнимает (выпячивает) верхний слой почвы, что приводит к значительному его уменьшению.

Ущерб от зимней засухи. Устойчивый снежный покров защитит озимое зерно от зимней сушки. Однако водный баланс растений зимой очень неблагоприятен, так как они часто практически останавливают поступление воды из мерзлой почвы, ведь в ряде регионов России существует опасность чрезмерного высыхания от постоянных и сильных ветров, особенно в конце зимы, когда солнце сильно нагревается.

Чтобы уменьшить испарение воды, негативное влияние зимней засухи, семена плодовых деревьев образуют мощный слой пробки на ветвях, опуская листья на зиму.

Барнализация

Фотопериодическая реакция на сезонные изменения длины солнца важна для периодов цветения многих видов в умеренных и тропических регионах. Однако мы всегда встречали значительное количество "цветков, цветущих весной", многие из этих весенних цветущих форм, таких как Фикариаверна, примулавутг (primulavutg), фиалка (род Viola), проявляют замечательные сезонные изменения в остальной части растения в течение всего года после обильной весны. Можно предположить, что весеннее цветение является реакцией на короткие зимние дни, но для многих видов это, по-видимому, не так.

Конечно, продолжительность дня - это не единственный внешний фактор, который меняется на протяжении всего года. К этому фактору относятся значительные суточные и годовые колебания, но ясно, что температура характеризуется ярко выраженными сезонными изменениями, особенно в умеренных регионах. Мы знаем, что сезонные изменения температуры, а также изменения продолжительности дня сильно влияют на цветение многих видов растений.

Виды растений, которые требуют охлаждения для перехода к цветению. Оказывается, что многие виды, в том числе озимые однолетники, а также двулетние и многолетние травянистые растения, нуждаются в охлаждении для перехода к цветению.

Озимые однолетние и двулетние растения, как известно, являются однодольными растениями, требующими яровизации в зависимости от периода охлаждения, получаемого зимой, первого вегетационного периода и свеклы (betavularis), сельдерея (Apiut Graveyolens), капусты и других сортов рода bergassaiasia, колокольчиков (Campanumulium SPP). Необходимость охлаждения для стимулирования цветения двулетних растений была экспериментально продемонстрирована у многих видов, таких как: а) lunariabienniis (lunarib), б) Digitalis purpurea (А) и в) digitalis Globus (а). Если растения лисицы, которые цветут на второй год после прорастания, ведут себя как второклассники, то есть содержатся в теплице, то они могут оставаться вегетативными в течение нескольких лет. В районах с мягкой зимой капуста может расти открытой в течение нескольких лет без"стрелкообразования"(т. е. цветения) весной, и это обычно происходит в районах с холодной зимой. Такие виды обязательно требуют весны,но у ряда других видов, когда они подвергаются воздействию холода, цветение ускоряется, но может происходить и без яровизации.

Как и двулетние, Многие многолетние виды нуждаются в воздействии холода и не цветут без ежегодного зимнего охлаждения. Из обыкновенных многолетников, первоцветов (Primulavulgaris), фиалок. (С), lacfiol (Cheiranthuscheirii. Некоторые сорта хризантем (Chrisant-hemummorifolium), вид рода Астры,турецкая гвоздика (диантус), плевел (Loliumperenne) нужно холодовое воздействия. Многолетние виды нуждаются в периорбитальной окружности каждую зиму.

Другие весенние цветущие многолетники также могут указывать на необходимость охлаждения. Весной цветут луковичные растения, такие как нарциссы, гиацинты, ростки (Endymiononscriptus), крокусы, первичные цветки закладывают в луковицы предыдущего лета, поэтому для укладки цветов не обязательно охлаждаться, но их рост во многом зависит от температурного режима. Например, у тюльпанов начало цветения предпочтительнее при относительно высокой температуре (20 ⁰С), но из-за удлинения стеблей и роста листьев оптимальная температура для первых составляет 8-9 ⁰С, а для вторых-выше.

У многих видов кладка цветков происходит не в период самого охлаждения, а только после того, как растение подвергается воздействию более высокой температуры после охлаждения. Заключение

Таким образом, метаболизм большинства растений значительно замедляется при низких температурах, но нет никаких сомнений в том, что при яровизации вовлекаются активные физиологические процессы.

Удивительная гармония живой природы и ее совершенство создаются самой природой, борьбой за выживание. Формы приспособления растений и животных бесконечно разнообразны. Весь животный и растительный мир с момента своего появления совершенствовался по пути правильной адаптации к условиям жизни: воде, воздуху, солнечному свету, силе тяжести.