Холодо- и морозоустойчивость растений

Устойчивость растений к низким температурам подразделяют на холодостойкость и морозоустойчивость.

Холодостойкость – устойчивость теплолюбивых растений к низким положительным температурам порядка от +1 до +10 ⁰С. Группа теплолюбивых - огурцы, томаты, дня, тыква т.д.

При помещении теплолюбивых растений в условия низкой положительной температуры, например, огурец, отмечается сначала завядание а затем растение гибнет.

Основной причиной повреждающего действия низкой положительной температуры на теплолюбивые растения является нарушение функциональной активности мембран из-за перехода насыщенных жирных кислот из жидкокристаллического состояния в состояние геля.

Способы повышения холодоустойчивости:

1. холодоустойчивость теплолюбивых с-х растений можно усилить предпосевным замачиванием семян. Наклюнувшиеся семена в течение нескольких суток выдерживают в чередующихся через 12 часов условиях низких * +1 +5 ⁰С и более высоких +10 +20 ⁰С температурю. Таким же способом можно затем закалять рассаду.

2. холодоустойчивость можно повысить и замачиванием семян в 0,25% растворах микроэлементов или нитрата аммония в течение нескольких часов, до 20 часов.

Морозоустойчивость – это способность растений выживать в период кратковременных заморозков или длительных морозов. Морозоустойчивость развивается каждый год в результате длительной и сложной подготовки их к зиме. Разные растения переносят зимние условия находясь в различном состоянии. У однолетних растений зимуют семена, нечувствительные к морозам, у многолетних трав и озимой пшеницы защищенные слоем земли и снега клубни луковицы и корневища. В большинстве районов минимальная температура воздуха понижалась до минус 25-38 ⁰С (на поверхности снега до минус 42 ⁰С) на северо-востоке Восточной Сибири до -39-42 ⁰С. Сильные морозы не могли повредить озимые зерновые культуры и травы: на полях залегал хороший снежный покров. Минимальная температура почвы на глубине залегания узла кущения и корневой шейки трав была оптимальная (-6-10 ⁰С).

Морозоустойчивость определяется, прежде всего, наследственными особенностями. Одни виды растений погибают при слабых заморозках, например, деревья лимона гибнут при температуре -5-12 ⁰С, другие способны выживать в самые суровые зимы (например некоторые сорта яблони выдерживают морозы до -40 ⁰С, а лиственные береза и другие деревья в Восточной Сибири могут выживать при -70 ⁰С.

Древесные выдерживают мороз за счет обезвоживания. Они способны отдавать воду до воздушно-сухого состояния. Поэтому выдерживают -50-60 0С. Травянистые не выдерживают обезвоживания и погибают при -25 0С. Все они накапливают сахар, чтобы удержать побольше воды. Пример на озимой пшенице.

Сорт	Содержание * сахаров, % на сухую массу
5 декабря 2002 года	4 января 2003 года	20 февраля 2003 года	2 марта 2003 года	18 марта 2003 года
Харус		27,5	20,7	20,6	17,3
Донецкая 48	34,5	25,5	20,9	20,7	19,3
Одесская 267	27,3	25,6	19,6	17,7	17,7

Основными причинами гибели клеток при низких отрицательных температурах являются: их обезвоживание и механическое сжатие льдом, повреждающее клеточные структуры.

Быстрое понижение температуры в экстремальных условиях сопровождается образованием льда внутри клеток и клетки гибнут. Постепенное снижение температура примерно 0,5-1 0С/час, что обычно в естественных условиях приводит к образованию льда в межклетниках. Высокристализовавшийся лед действует как сухой воздух (так как упругость пара над льдом ниже, чем над переохлажденным раствором). В результате от протопласта отнимается вода, они сильно сжимаются на 2/3 своего объема и концентрация растворенных веществ в них возрастает. Перемещение воды и замерзание продолжаются до тех пор, пока в протоплазме не установится равновесие сосущих сил между льдом и водой. При обезвоживании цитоплазмы инактивируются ферментные системы, участвующие в синтезе АТФ. Инактивацию вызывают чрезмерные и потому токсичные концентрации ионов солей и органических кислот в незамерзающем остаточном растворе.

Под влиянием морозов в результате обезвоживания при замерзании воды в растениях нарушаются: структура протоплазмы, повышается концентрация клеточного сока, нарушается расстояние между макромолекулами, изменяется состояние митохондриального аппарата, и процесса энергообмена. Аэробное дыхание заменяется анаэробным. Накапливаются токсические продукты обмена веществ, под действием которых протоплазма отмирает.

Наиболее распространен полевой метод, когда в саду или на посеве определяется количество погибших растений и степень повреждения выживших.

К полевым разработаны и лабораторные методы определения морозостойкости растений: промораживание в холодильных установках, шкафах. Лабораторные методы позволяют оценить, при какой температуре растения начинают вымерзать и к тому же проследить морозоустойчивость в течение длительного времени. У древесных культур оценивают повреждения: по отрастанию побегов – это наилучший критерий состояния дерева, по естественному побурению поврежденных тканей, по * электролитов.

У озимых растений определение морозоустойчивости можно делать на прорастающих семенах, на колеоптилях и на растениях в тех фазах развития в которых объект уходит в зиму. Для характеристики морозоустойчивости и жизнестойкости растений предложен такой показатель как "индекс активности свободных фосфатаз". Этот показатель используется селекционерами при оценке исходного и затем селекционного материала. Индекс активности свободных фосфатаз представляет собой отношение = активности фермента в исходном растении к активности его в замороженном состоянии. Почему на активности свободных фосфатаз? Потому что замерзание тканей происходит высвобождение и * в наружный * этого фермента т.е. кислая фосфатаза при замерзании переходит в свободное состояние. Предполагается, что переход кислых фосфатаз в свободное состояние является начальной фазой повреждения растения при его замерзании.

Приемы повышения морозоустойчивости. Для основной с-х культуры – озимой пшеницы приемы повышения находятся на этапе разработки. Современным приемом является использование криопротекторов.