Лекция 17 ПРИСПОСОБЛЕНИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ-1
В процессе эволюции у видов растений выработались способы адаптации (приспособления) к условиям среды и их изменениям. В природе каждый вид занимает свою экологическую нишу. В южных широтах -теплолюбивые и растения короткого дня (КДР); В северных широтах - менее теплолюбивые, часто длиннодневные (ДДР).
Земледелие на территории РФ осуществляется в разных климатических зонах. Необходимо учитывать условия произрастания. Основные факторы, влияющие на растения: – Т, – влага, – качество почвы – засоление, закисление, –аллелопатические взаимодействия в ценозе, –вредные газы, – радиация.
• Адаптация – приспособление организма к конкретным условиям среды, осуществляется за счет морфологически и физиологических механизмов. Механизмы адаптации закреплены в процессе эволюции вида. • Развитие растений и урожайность существенно зависит от устойчивости к неблагоприятным факторам среды конкретного региона. • Сорта, рекомендованные к возделыванию в регионе, должны быть приспособлены к комплексу неблагоприятных факторов.
Растения адаптируются к условиям среды. При небольших изменениях факторов - стабильное протекание процессов и функций - гомеостаз. • Резкие и длительные изменения факторов среды (стрессоры) приводят к снижению физиологических механизмов до критических уровней, после нарушается гомеостаз, проявляется стресс. Стресс (напряженное состояние, отклонения от нормы) – общая неспецифическая реакция организма на действие любых неблагоприятных факторов. 3 группы стрессоров (по В. В. Полевому) физические – недостаточная или избыточная Т и влажность, освещенность, радиация, механическое воздействие, химические – соли, газы, ксенобиотики (пестициды и др. ), биологические – болезни, вредители, конкуренция, аллелопатия.
Критические периоды – фазы в которые растения наиболее уязвимы к стрессорам: а) фазы всходов и б) формирования гамет - формируется процессы жизнедеятельности, гормональная система, нарушается формирование семян и плодов. 3 основных способа выживания 1) уход от неблагоприятных факторов. Онтогенез в благоприятных условиях, при неблагоприятных условиях – переход в состояние покоя, образование хранящихся органов. стрессов «зимовка» с помощью устойчивых органов. Эфемеры в пустыне. Яровые культуры 2) Толерантность (выносливость) - образование защитных структур, веществ – пассивные факторы. Устойчивость к засухе – редукция листьев, запасающие воду органы, накопление смол и др. 3) Устойчивость - активные физиологические механизмы – выработка веществ, повышающих устойчивость: АБК, сахаров, пролина и др.
При стрессе накапливаются стрессовые гормоны АБК и этилен, снижается содержание стимуляторов. Происходит старение и опадение органов, переход в состояние покоя. Растения наиболее устойчивы к стрессу в состоянии покоя. Образуются защитные покровы, снижается оводненность, накапливаются питательные и защитные вещества, ингибиторы роста. Покой глубокий – растения не прорастают даже при благоприятных условиях – покоящиеся семена, корнеплоды в начале зимы, Причины – много гормонов-ингибиторов, не закончилось формирование органов. Покой вынужденный - семена не прорастают, потому что нет одного из важных факторов среды – влаги, Т.
Уровень стресса Важнейшие типы нарушений при стрессах – на клеточном уровне снижается метаболизм, – на организменном нарушаются процессы - водный обмен, фотосинтез и др. – снижение продуктивности; – гибель растений.
Растения ликвидируют повреждения - На клеточном уровне – восстановление ДНК, биополимеров, синтез белков теплового шока (БТШ). - На организменном – сбрасываются лишние завязи, реутилизация веществ из погибающих органов, пробуждение почек, регенерация и др. - На популяционном – часть растений погибает, оставшиеся используют ресурсы – сохранение урожайности. • С точки зрения адаптации предпочтительно создавать сорта, состоящие из нескольких биотипов.
УСТОЙЧИВОСТЬ К АНОМАЛЬНЫМ Т • холодостойкость, морозоустойчивость, жаростойкость. ХОЛОДОСТОЙКОСТЬ Устойчивость к положительным Т, близким к 0 о. определяется способностью сохранять нормальную структуру цитоплазмы, мембран и приспосабливать обмен веществ к колебаниям Т. Холодостойкие - большинство с. -х. растений умеренной зоны. Тропические и субтропические растения погибают при Т ниже 10 -15 о. Температурный минимум – Т при которой прекращается рост растений. • для большинства растений умеренной зоны +4 о, для кукурузы +10 о.
Для роста и развития растений необходимы определенные периоды с биологической Т - при которой растения способны расти. Периоды характеризуют суммой биологических Т. – для раннеспелых сортов – 1200 -1600 о ; – среднеспелых – 2200 -2800 о; – позднеспелых – 3400 -4000 о.
Устойчивость к заморозкам Заморозки – снижение Т до небольших отрицательных значений. Повреждающее действие связано с образованием льда в клетках и межклетниках. Культуры раннего срока сева более устойчивы к заморозкам, т. к. проходят закаливание на ранних этапах онтогенеза. При поздних сроках посева – повреждаются. Защита от заморозков – посев в оптимальные сроки, обработки семян, создание укрытий и дымовых и дождевальных завес.
Морозоустойчивость Большой комплекс работ провел И. И. Туманов Способность растения переносить низкие отрицательные Т. Зимуют озимые культуры, двулетние и многолетние травянистые и древесные растения. Форма перезимовки – семена, клубни, корневища, недоразвитые (озимые) или сформированные растения. У устойчивых растений ткани замерзают, но растения не погибают. Причины вымерзания – нарушается структура мембран и полимеров , происходит выход в-в из клеток, потеря тургора; – кристаллы льда разрушают клетки и органеллы, при оттаивании клетки растекаются. – лед в межклетниках высушивает цитоплазму,
Морозоустойчивость разная у видов: • картофель, георгины погибают при небольших заморозках, • капуста, лук – выдерживают небольшое промораживание, • озимые рожь и пшеница – до -15 -20 град на уровне узла кущения. Морозоустойчивость зависит от фазы развития растений и условий среды
Холодостойкость и морозостойкость – генетически детерминированный признак - у южных видов отсутствует. Холодостойкость можно усилить : – селекцией устойчивых сортов; – замачиванием семян в р-рах микроэлементов; – прививками на холодостойкий вид – яблоня культурная – яблоня сибирская, дыня – тыква, - технологией выращивания – посев в оптимальные сроки, подкормки Р, К, микроэлементами, стелющиеся культуры и т. д. - Закаливанием.
Закаливание – формирование обратимой физиологической устойчивости к низким температурам. Стимулируется сезонными ритмами освещения (ФПР) , низкими Т. В растениях накапливаются АБК и этилен. В зимующие органы оттекают питательные вещества. Закаливание начинается после остановки роста, перехода в стадию покоя в течение осени. Если растение не закончило сезонный ритм развития (засуха, поздний посев и др. ), то закаливание не происходит.
Закаливание проходит в 2 фазы: 1 фаза – на свету и при низких положительных Т (2 -10 град), умеренной влажности почвы. Злаки проходят за 6 -9 сут, древесные – 30 сут. Накапливаются ненасыщенные жирн. кислоты, сахара, пролин, белки АФБ (антифризные белки), COR (белки устойчивости к холоду – cold resisytance) - у злаков до 70% сухой массы. 2 фаза – не требует света, проходит при постепенном понижении Т до – 10 -20 град. Из клеток выходит свободная вода, она переходит в стеклообразное состояние (витрифицированное – стекловидное). Механизмы защиты препятствуют образованию грубых кристаллов льда в клетках, обезвоживанию клеток, необратимому нарушению их функций. После первой фазы закаливания устойчивость пшеницы повышается до – 5 -12 град, после второй – до – 18 -20 град. Закаливание обратимо, снижается и исчезает при изменении условий. Весной растения весной могут погибнуть от заморозков.
Зимостойкость – устойчивость к комплексу неблагоприятных факторов перезимовки: низким Т, выпреванию, вымоканию, гибели под ледяной коркой, выпиранию, повреждению от зимней засухи. В неблагоприятные годы гибнет до 60% растений.
Выпревание Условия для выпревания – снег ложится на теплую влажную землю и сохраняется толстым слоем 2 -3 мес. Растения существуют при 0 о в темноте, активно дышат. но фотосинтез не происходит. Содержание сахаров снижается с 20 -40 до 24%. Растения погибают от истощения, весенних заморозков и плесневых грибов.
Вымокание При накоплении талых вод создаются условия гипоксии или аноксии (без кислорода). У растений анаэробное дыхание, накапливаются токсические продукты обмена (спирт, ПВК, лактат), происходит отравление клеток. При низких Т вред меньше, чем при температуре 10 о Способ борьбы – создание сортов с воздушными межклетниками, поверхностной корневой системой. Озимая пшеница устойчивее к вымоканию, чем рожь.
Гибель под ледяной коркой Ослабленные после вымокания растения вмерзают в лед. Причины гибели – истощение растений, накопление продуктов анаэробного дыхания, поскольку лед не проницаем для газов, механическое сдавливание органов. Ледяная корка особенно вредоносна в Поволжье, на юге Украины. Способ борьбы – разрушение корки катками.
Выпирание Если верхний слой почвы сухой, и лед накапливается в нижних слоях почвы то поднимаются слои почвы с растениями. Происходит обрыв корней, гибель от недостатка влаги. Способ борьбы - прикатывание, при этом растения образуют дополнительные корни, - создание сортов с растяжимыми корнями.
Зимняя засуха • Проявляется при сильных ветрах, при сухой осени или весной. • В условиях низких Т растения не могут потреблять воду. • Способы борьбы – деревья сбрасывают лист, образуют толстую корку. Все растения накапливают осмотически активные вещества.
Способы повышения холодостойкости морозоустойчивости, зимостойкости 1) селекция сортов, устойчивых к основным повреждающим факторам зоны. Например, озимые хлеба для Украины и Белоруссии – устойчивость к выпреванию, для Западной Сибири – устойчивость к морозам и засухе; 2) агротехнические: - оптимальные сроки посева, чтобы растения успели перейти в нужную стадию развития; - посев на большую глубину; 4) внесение К-Р-удобрений, известкование почв, микроэлементы; Са повышает устойчивость к стрессам, Zn – повышает количество связанной воды, содержание сахаров, Мо способствует накоплению общего и белкового азота.
– меры по снегозадержанию – прикатывание, посев кулис, создание защитных полос, – поддержание рыхлой структуры почвы для оптимального водного, воздушного и теплового режима; 5) прививки на холодостойкий вид – яблоня культурная – яблоня сибирская, дыня – тыква, 6) технологии выращивания – стелющиеся культуры, укрывание растений 7) создание условий для ухода в покой – своевременный сбор урожая, подрезка молодых ветвей, опрыскивание фиторегуляторами хлорхолинхлорид (ССС) – индуктор образования этилена повышает зимостойкость.
Скачать презентацию Лекция 17 ПРИСПОСОБЛЕНИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ-1 В
Лекция 17-агро.pptx