Жаро- и засухоустойчивость растений

Жароустойчивость это способность растений выносить перегрев. Растения ксерофитного характера оказываются более устойчивыми, чем мезофиты. Типы ксерофитов:*****************************

Из ксерофитов наиболее устойчивы суккуленты, выдерживающие перегрев до 55-65 ⁰С. Мезофиты выдерживают температурный порог 45 ⁰С.

При воздействии температурой от 35 до 40 ⁰С изменяется соотношение между дыханием и фотосинтезом.

Фотосинтез имеет более пониженный температурный оптимум, чем дыхание. С учетом правила Вант-Гоффи скорость химических реакций при повышении температуры на 10 ⁰С, увеличивается в 2-3 раза. При фотосинтезе это правило действует до температуры 30-35 ⁰С, а при дыхании до 40-50 ⁰С. Затем интенсивность этих метаболических процессов резко снижается. Поэтому при температуре равной 35-40 ⁰С затраты органических веществ на дыхание превышают их синтез. Распад белков идет с образованием аммиака, оказывающего отравляющее действие на клетки растений.

У жаростойких растений наблюдается увеличение содержания органических кислот, связывающих избыточный аммиак.

Многие ксерофиты и мезофиты хорошо переносят высокую температуру благодаря интенсивной транспирации, а суккуленты - 1. вследствие пониженного обмена веществ, 2. высокой вязкости цитоплазмы и 3. большого содержания связанной воды.

У мезофитов играет роль как повышенная вязкость цитоплазмы так и содержание РНК как фактора усиливающего синтез белка.

Жаровыносливость растений меняется в онтогенезе. Наибольший вред приносят высокие температуры в более ранние периоды. Так, например, у пшеницы высокая температура почвы во время кущения приводит к повреждению конуса нарастания, в котором как раз в это время происходит дифференциация колосков. В результате получается уменьшение числа колосков в колосе, числа цветков в колоске, в силу чего урожай значительно снижается.

Для многих растений особенно опасны высокие температуры во время цветения, вызывающие стерильность и опадение завязей. Высокая температура в период молочной спелости вызывает щуплость зерна. (**)

У картофеля высокие температуры почвы проводят к вырождению клубней. Оптимальная температура для клубнеобразования 17 0С. С повышением её выше этого уровня урожаи резко снижаются, а величина клубней падает (летние посадки).

В то же время у сочных плодов высокие температуры весьма полезны в период созревания.

Из культурных растений наибольшей жаровыносливостью обладают рис, сорго, хлопчатник, клещевина.

Засухоустойчивость – способность растений выносить значительное обезвоживание клеток, тканей и органов, а также перегрев.

Засуха в первую очередь вызывает нарушения в водном режиме растений, которые затем отражаются на фотосинтезе, дыхании, углеводном и белковом обмене, передвижении веществ, росте и т.д. на Украине засухи явление частое. Наиболее засушливыми на её территории являются крайние восточные области (это Донецкая и Луганская области).

По интенсивности засухи классифицируют: (в качестве индикатора в классификации взята яровая пшеница)

На очень сильные – когда урожай яровой пшеницы снижается более чем на 50 % (такие засухи составляют 10%, их было три в 1891, 1921, 1946 гг.),

Сильные – когда урожай снижается в пределах от 25 до 50%, сильных засух бывает 50%,

Слабые – когда урожай яровой пшеницы снижается на 20 %, слабые засухи составляют 40%.

Различают засуху атмосферную, которая характеризуется высокой температурой, низкой влажностью воздуха (10-20%) и повышением скорости ветра – это суховеи; и почвенную.

При атмосферной засухе усиливается транспирация, происходит нарушение между скоростью поступления и скоростью отдачи воды растением, приводящее к завяданию растений.

При завядании происходит глубокий гидролиз белков, нарушается фосфорилирование сахаров, а следовательно и энергетический обмен растения.

Обезвоживание вызывает ряд нарушений и в коллоидно-химических свойствах цитоплазмы: изменяется её степень дисперсности и способность удерживать адсорбированные соединения.

Водный дефицит и связанные с ним нарушения метаболизма замедляют или останавливают рост, снижают продуктивность растений. в репродуктивный период действие суховеев выражается в преждевременном высыхании зерна и *, затем белеют колосковые и цветковые чешуи и затем высыхают нежные, внутренние части цветка (результат-бесплодие) или преждевременно сохнет зерно в той степени налива в котором оно было застигнуто суховейным комплексом (возникает та или иная степень щуплости зерна).

Повторяемость суховеев в районе Луганска:

В мае – 1 раз в 10 лет;

В июне – 7 раз в 10 лет.

Когда суховеи наиболее опасны для зерновых культур, они повторяются 7 раз в 10 лет – в июле число суховеев заметно увеличивается 40 случаев за 10 лет (т.е. в среднем ***).

Почвенная засуха представляет собой значительно более опасное для растений явление. Она может повлечь за собой и полный неурожай (1996 для кукурузы). Бесплодность пустынь объясняется не чрезмерными температурами, а недостатком воды.

Для яровых культур запасы воды в метровом слое почвы не являются решающим фактором. Для них чрезвычайно большое значение приобретает увлажнение верхнего горизонта почвы, который в условиях засухи быстро иссушается. В условиях засухи яровые оказываются в чрезвычайно тяжелом положении: превращается образование узловых корней и вся дальнейшая вегетация проходит на первичных корнях.

В то же время озимые зерновые культуры при хороших запасах влаги в почве дают вполне удовлетворительные для засушливого года урожаи. Это объясняется тем, что озимые заканчивают кущение осенью, а период выхода в трубку – колошение проходит при сравнительно больших запасах влаги в верхних горизонтах за счет зимне-весенних накоплений.

В дореволюционное время основной зерновой культурой в Донбассе была яровая пшеница. В условиях атмосферной и почвенной засухи урожаи зерна яровой пшеницы были порядка от 6 до 15 ц/га. Урожаи такого порядка постоянно создавали тревогу голода.

Озимую пшеницу крестьянские хозяйства не могли выращивать. При их технике посева (вразброс с последующим боронованием) озимая пшеница вымерзала. Отдельные крестьянские хозяйства подходящие творчески к своему ремеслу, выращивали озимую пшеницу следующим образом. По разбросанным по поверхности почвы семенам озимой пшеницы они прогоняли отару овец в двух направлениях. Овцы своими копытами вдавливали семена в почву на глубину, при которой в зимний период узел кущения не вымерзал. Такие хозяйства были всегда с хлебом.

В послереволюционное время с учетом технического прогресса хозяйства Донбасса и в целом юге Украине находящиеся в постоянной засухе были переориентированы на выращивание озимой пшеницы. Качество выпекаемого хлеба немного ухудшилось, зато навсегда исчезала тревога голода.

Эволюция в агрохимии – переход от производства зерна яровой пшеницы – на производство озимой пшеницы.

Все растения наиболее чувствительны к засухе в период образования цветоносных органов. Причины этой чувствительности могут быть объяснены с эволюционной точки зрения. Само растение есть спорофит, приспособившийся в свое время к наземному существованию. Время образования репродуктивной части есть переход к образованию гаметофита, который всегда требует наличия большого количества воды как в окружающей среде так и в своих тканях. Этот наиболее чувствительный период получил название "критического периода". Засухоустойчивые растения способны переносить временное глубокое обезвоживание своих тканей без всякого снижения урожая или с наименьшим снижением его. Например, длительное * мало отражается на урожае проса, растения засухоустойчивого и резко снижает урожай овса.

У пшеницы одним из важнейших признаков засухоустойчивости служит суточный ход устьичных движений. Устойчивая яровая пшеница в условиях засушливого климата (Ростовская область) держит свои устьица открытыми в течение всего дня, тогда как менее устойчивые (канадская пшеница) закрывает их утром, а потом рано прекращают фотосинтез и дают пониженный урожай. Способность переносить завядание связана с повышением содержания в клетках осмотически активных веществ и гидрофильных коллоидов; вязкостью, пластичностью и проницаемостью цитоплазмы.

Для борьбы с засухой в свое время еще К.А. Тимирязев в 1948 году рекомендовал: 1. правильную обработку почвы, 2. применение удобрений, 3. посадку полезащитных полос, 4. организацию водоемов, 5. выделение засухоустойчивых сортов.

При внесении в почву полного минерального удобрения расход воды на единицу сухого вещества растений снижается до 40% по сравнению с не удобренной почвой.

Лесные полосы вызывают не только дополнительное накопление снега на защищенных полях, но в теплый период года действует весьма положительно в смысле уменьшения расхода воды на испарение с поверхности почвы и на транспирацию с-х растений, понижая испаряемость до 20%.

Эффективным средством снижения негативного действия засухи являются антитранспиранты. По своему действию антитранспиранты подразделяются на две группы. К первой группе относятся вещества, действие которых вызывает закрывание устьиц. Такими веществами являются: фенилмеркурацетат и абсцизовая кислота.

Ко второй группе относятся вещества, которые образуют на поверхности листьев пленку, создавая механическое препятствие для выхода в атмосферу водяных паров. К веществам пленочного типа относятся: натуральный и искусственный латекс.

У яровых культур засухоустойчивость повышается от обработки (полусухой) семян ХХХ (*). Эта обработка вызывает заглубление узда кущения на 2 см, что сказывается положительно на продуктивности. У яровой пшеницы засухоустойчивость повышается в результате предпосевного закаливания. Сущность закаливания сводится к однократному намачиванию до наклюнувшегося состояния и затем высушиванию семян. Для растений выращенных из таких семян характерны морфологически признаки ксероморфности, коррелирующие с засухоустойчивостью.

Для повышения жароустойчивости рекомендуют обработать семена 0,25% раствором хлорида кальция в течение 20 часов. И провести внекорневую обработку 0,05% раствором солей цинка.

Методы оценки жаро- и засухоустойчивости растений

В селекционной практике нашел применение метод определения засухо-и жароустойчивости по содержанию статолитного крахмала. Статолитный крахмал находящийся в корневом чехлике, почти не расходуется в процессе жизнедеятельности растительного организма, и в связи с этим содержание его в растении довольно постоянно. Однако было обнаружено, что при воздействии повышенной температурой или обезвоживанием происходит его гидролиз. Определяя количество оставшегося крахмала в корневом чехлике 2-3 дневных проростков можно судить об устойчивости сорта. Засухоустойчивость оценивают по содержанию крахмала. Засухоустойчивые растения сохраняют более высокую синтетическую способность при действии засухи и содержат больше крахмала, чем растения с низкой устойчивостью.