Материал: физиология ответы

Пример: растения засушливых мест обитания

2. Онтогенетические (фенотипические) адаптации – адаптации, которые обеспечивают выживание данного индивида. Они не связаны с генетическими мутациями и не передаются по наследству. Формирование такого рода приспособлений требует сравнительно много времени, поэтому их иногда называют долговременными адаптациями.

Пример: переход растений на САМ-тип фотосинтеза, помогающий экономить воду, в ответ на водный дефицит

3. Срочная адаптация – адаптация, в основе которой лежит образование и функционирование шоковых защитных систем, происходит при быстрых и интенсивных изменениях условий обитания. Эти адаптации обеспечивают лишь кратковременное выживание при повреждающем действии фактора.

Пример: система теплового шока, образующаяся в ответ на быстрое повышение температур

Типы адаптаций:

• Активная адаптация – это активное противодействие растения неблагоприятному фактору. Для осуществления активной адаптации в растении обязательно должен начаться синтез новых белков (в т.ч. ферментов), которые обеспечивают жизнедеятельность растения в неблагоприятных условиях.

• Пассивная адаптация – это избегание повреждающего действия стрессора или сосуществование с ним. Например, у многих пустынных растений листья покрыты толстой блестящей кутикулой, которая уменьшает нагрев листа и снижает практически до нуля испарение воды с поверхности эпидермиса листьев. Некоторые растения, живущие на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, изолируют поглощенные ионы тяжелых металлов в малоактивных клеточных органеллах – вакуолях, а также в стареющих листьях и тем самым без вреда для себя «сосуществуют» с тяжелыми металлами. Многие растения пошли по стратегии избегания еще дальше – на время действия неблагоприятного фактора они гибнут или впадают в состояние глубокого покоя.

3.Холодоустойчивость растений. Причины гибели растений и повреждения теплолюбивых растений при низких положительных температурах.

Холодоустойчивость - способность растений переносить положительные температуры несколько выше 0 °С.

Холодостойкость свойственна растениям умеренной полосы (ячмень, овес, лен). Тропические и субтропические растения повреждаются и отмирают при температурах от 0 до 10 °С (кофе, хлопчатник, огурец).

Внешними симптомами страдания растений являются завядание листьев, появление некротических пятен.

Первичный эффект пониженных положительных температур связан с повреждением мембран, увеличением их проницаемост:

1. Возрастает потеря мембранами ионов кальция, выход калия из цитоплазмы.

2. Меняется молекулярная архитектура мембран, расположение в них липидных молекул, происходят конформационные изменения белков. Резко меняются свойства мембран митохондрий и хлоропластов.

3. В связи с этим нарушаются процессы окислительного и фотосинтетического фосфорилирования.

4. 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.

5. Происходит увеличение содержания супероксидных радикалов и других АФК.

6. 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. Уже отмечалось, что интенсификация этого процесса позволяет увеличить тепловыделение и способствует повышению температуры цветков, что необходимо при опылении и оплодотворении. При продолжительном воздействии пониженной температуры наступает гибель теплолюбивых растений.

Для повышения холодостойкости используется предпосевное замачивание семян. Для этого наклюнувшиеся семена теплолюбивых культур в течение нескольких суток выдерживают в условиях чередующихся температур: 12 ч при 1—5°С, 12 ч при 15—22°С. Эффективным является и использование микроэлементов (Zn, Мn, Сu, В, Мо). Так, замачивание семян в растворах борной кислоты, сульфата цинка или сульфата меди повышает холодоустойчивость растений.

4. Морозоустойчивость растений. Физиологические причины гибели растений и повреждения их при действии отрицательных температур. Значение работ и.И. Туманова в изучении морозоустойчивости растений.

Морозоустойчивость – способность растений переносить температуру ниже 0 °С.

Основное повреждающее влияние на растительный организм оказывает льдообразование (Н.А. Максимов). При этом лед может образовываться как в самой клетке, так и вне клетки.

При быстром понижении температуры образование льда происходит внутри клетки (в цитоплазме, вакуолях). Приводит к мгновенной гибели клетки, т.к. объем льда больше объема воды и лед разрывает клетку изнутри.

При постепенном снижении температуры кристаллы льда образуются в межклетниках. Во-первых, кристаллы льда в межклетниках сдавливают клетки снаружи и наносят клеткам механические повреждения. Во-вторых (и в этом основное вредное действие) – лед оттягивает из клеток воду, вызывая ее обезвоживание, поэтому белки клетки начинают денатурировать.Это вызывает ряд последствий — потерю тургора, повышение концентрации клеточного сока, резкое уменьшение объема клеток, сдвиг значений рН в неблагоприятную сторону.

Именно изменение свойств мембран является первой причиной повреждения клеток. В некоторых случаях повреждение мембран наступает при оттаивании. Таким образом, если клетка не прошла процесса закаливания, цитоплазма свертывается из-за совместного влияния обезвоживания и механического давления образовавшихся в межклетниках кристаллов льда.

Растения переносят условия зимы в различные периоды онтогенеза. У однолетних культур зимуют семена (яровые растения), у двулетних и многолетних – клубни, корнеплоды, луковицы, корневища, взрослые растения.

Методы изучения морозоустойчивости И.И. Тумановым с сотрудниками предложены лабораторные методы ускоренного определения морозоустойчивости различных культурных растений. Испытуемые растения после закаливания подвергают воздействию критических низких температур в холодильных камерах, что дает возможность выявить невымерзающие растения. Другие надежные и удобные в исполнении лабораторные методы определения морозоустойчивости основаны на измерении вязкости цитоплазмы в клетках тканей исследуемых органов, определении электропроводности и др.

5.Зимостойкость как устойчивость растений к комплексу неблагоприятных факторов в осенне-зимний период. Причины повреждения растений и меры снижения.

Зимостойкость растений - способность растений противостоять неблагоприятным зимним условиям (выпревание, выпирание, вымокание, ледяная корка, зимняя засуха, зимне-весенние ожоги)

Основной способ повышения зимостойкости — подбор и селекция видов и сортов сельскохозяйственных культур, наиболее приспособленных к комплексу неблагоприятных условий перезимовки конкретного региона

1.Выпревание растений. Растения могут погибать в нехолодные зимы с толстым снежным покровом. Это связано с тем, что под снегом температура несколько повышается (около 0°С) и процесс дыхания идет довольно интенсивно. В результате происходит сильная трата сахаров, поэтому растения могут погибнуть от истощения. Кроме того такие растения легко поражаются снежной плесенью, что также приводит к гибели. Устойчивость сортов озимых против выпревания обусловливается накоплением достаточного запаса растворимых углеводов, а также возможно меньшей интенсивностью дыхательного процесса при пониженных температурах. 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.

Меры снижения: Предотвратить выпревание можно, обеспечив доступ воздуха и легким рассеянным светом. При образовании толстой корки льда в весенние месяцы, лучший результат от выпревания достигается путем нарушения монолитности ледяного покрытия. Для этого достаточно пробить небольшие отверстия в снежном покрове.

2.Выпирание растений. Если во время оттепели снеговая вода успевает впитаться в почву, а затем при понижении температуры замерзает, то на некоторой глубине, на границе с неоотаявшими слоями почвыобразуется ледяная прослойка. Известно, что вода при замерзании расширяется. Образовавшиеся прослойки льда приподнимают верхний слой почвы, и корни разрываются. Весной при потеплении ледяная прослойка тает, приподнятая почва оседает, растения с разорванными корнями оказываются лежащими на поверхности почвы и быстро засыхают, если только не успеют снова быстро укорениться. У некоторых растений, например у кок-сыгыза есть приспособление против выпирания: осенью образуются S-образные корни благодаря сжатию по главной оси клеток аренхимы. Корень укорачивается, и стебель втягивается в почву. При расширении замерзшей почвы он распрямляется. Это предотвращает разрыв корней.