08. Устойчивость растений к неблагоприятным условиям среды, пути ее повышения.

Устойчивость растений — способность растений противостоять воздействию экстремальных факторов среды. Присущий растениям тот или иной уровень устойчивости выявляется лишь при воздействии экстремального фактора среды. В результате действия такого фактора наступает фаза раздражения — резкое отклонение от нормы ряда физиологических параметров и быстрое возвращение их к норме. Затем происходит изменение интенсивности обмена веществ и повреждение внутриклеточных структур. При этом подавляются все синтетические, активизируются все гидролитические процессы и снижается общая энерго обеспеченность организма. При воздействии повышается летальный для организма порог, растение гибнет. Если же действие неблагоприятного фактора не достигло порогового значения, наступает фаза адаптации.

Гомеостаз, способность живых организмов сохранять относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций в условиях изменяющейся внешней среды. Механизм гомеостаза у растений изучен слабо. Одним из доказательств его существования служит избирательное поступление катионов и анионов при всасывании воды из почвы в корень и распределение их по органам растений. В критический период у них увеличиваются концентрация клеточного сока и осмотическое давление при снижении транспирации листьев. Только благодаря срабатыванию механизмов поддержания гомеостаза достигается жизнеобеспечение растений в неблагоприятных условиях существования. Типы и виды устойчивости.

Устойчивость растений к низким температурам подразделяют на холодостойкость и морозоустойчивость. Под холодостойкостью понимают способность теплолюбивых растений переносить низкие положительные температуры.  Первичный эффект пониженных положительных температур связан с повреждением мембран, увеличением их проницаемости. Возрастает потеря мембранами ионов кальция, выход калия из цитоплазмы. Показано, что меняется молекулярная архитектура мембран, расположение в них липидных молекул, происходят конформационные изменения белков. Резко меняются свойства мембран митохондрий и хлоропластов. В связи с этим нарушаются процессы окислительного и фотосинтетического фосфорилирования. 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.

Морозоустойчивость — способность растений переносить отрицательные температуры. Одной из наиболее ранних реакций на охлаждение является окислительный стресс. Усиление перекисного окисления липидов происходит благодаря накоплению активных форм кислорода. Изменяется соотношение ненасыщенных и насыщенных жирных кислот. Происходит повышение вязкости липидной фазы мембран, нарушаются функции мембранных белков, работа транспортных систем клетки. Плазмалемма теряет полупроницаемость. Нарушается работа ферментов, локализованных на мембранах хлоропластов и митохондрий, и связанные с ними процессы окислительного и фотосинтетического фосфорилирования. Интенсивность фотосинтеза снижается.

Жароустойчивость (жаровыносливость) — способность растений переносить действие высоких температур, перегрев. Превышение оптимального температурного уровня приводит к частичной или глобальной денатурации белков. Это вызывает разрушение белково-липидных комплексов плазмаллемы и других клеточных мембран, приводит к потере осмотических свойств клетки. В результате наблюдаются дезорганизация многих функций клеток, снижение скорости различных физиологических процессов.

Засухоустойчивость растений — это способность растений переносить значительное обезвоживание и перегрев своего организма, выживать во время засухи с наименьшим снижением урожайности. При засухе резко падает влажность воздуха, возрастает температура почвы и воздуха, растениям не хватает влаги. Начинается обезвоживание их клеток, тканей и органов. В растительном организме снижается синтез белка, нарушается структура цитоплазмы и энергетический обмен. В результате замедляется или прекращается рост растений, нарушается их развитие, снижается урожайность. При длительной засухе растения гибнут. Засухоустойчивость в основном определяется наследственными особенностями растений.

Солеустойчивость растений — это способность растений противостоять засолению, не снижая интенсивность течения основных физиологических процессов. Вредное влияние высокой концентрации солей связано с повреждением мембранных структур, в частности плазмалеммы, вследствие чего возрастает ее проницаемость, теряется способность к избирательному накоплению веществ. В этом случае соли поступают в клетку пассивно, и это усиливает повреждение клетки.

Газоустойчивость - это способность растений сохранять жизнедеятельность при действии вредных газов. Токсичные газы, попадая в листья, образуют кислоты или щелочи. Это приводит к изменению рН цитоплазмы, разрушению хлорофилла, нарушению клеточных мембран.

Пылеустойчивость — способность растений произрастать в условиях насыщенности окружающего воздуха мелкими твердыми частицами, способными оседать при безветрии.

Различают прямое и косвенное действие радиации на живые организмы. Прямое действие энергии излучения на молекулу переводит ее в возбужденное или ионизированное состояние. Особенно опасны повреждения структуры ДНК: разрывы связей сахарфосфат, дезаминирование азотистых оснований, образование димеров пиримидиновых оснований. Косвенное действие радиации состоит в повреждениях молекул, мембран, органоидов клеток, вызываемых продуктами радиолиза воды. Заряженная частица излучения, взаимодействуя с молекулой воды, вызывает ее ионизацию.

Зимостойкость растений — способность переносить неблагоприятные условия зимы: сильные морозы, оттепели, ледяную корку, вымокание, выпревание и др. Чаще всего растения гибнут зимой из-за вымерзания. Во время сильных морозов в межклетниках и клетках растения образуются кристаллы льда, которые повреждают цитоплазму. Ледяная корка появляется на посевах при оттепелях. Под таким ледяным панцирем растениям не хватает кислорода. Это ухудшает аэрацию клеток и ослабляет морозостойкость. Зимостойкость у растений развивается осенью и зимой в процессе закаливания У многолетних растений она восстанавливается ежегодно. Летом во время вегетации зимостойкость резко снижается.

Закаливание - процесс повышения устойчивости растительных организмов к низким температурам. В нашей стране теория закаливания разработана И. И. Тумановым в 1950 г. Согласно ей растения проходят три этапа подготовки:

• переход в состояние покоя;
• первая фаза закаливания;
• вторая фаза закаливания.

Процесс перехода в состояние покоя сопровождается смещением баланса фитогормонов в сторону уменьшения содержания ауксинов и гиббереллинов и увеличения содержания абсцизовой кислоты. Обработка ингибиторами роста повышает устойчивость организма к низким температурам, а обработка стимуляторами роста приводит к понижению устойчивости этих растений.

Первую фазу закаливания озимые злаки проходят на свету при низких положительных температурах за 6-9 дней, древесные - за 30 дней. Останавливается рост, в клетках накапливаются соединения, выполняющие защит¬ную функцию (сахара, растворимые белки и т. д.), в мембранах возрастает содержание ненасыщенных жирных кислот, снижается точка замерзания цитоплазмы, уменьшается объем внутриклеточной воды, что тормозит образование внутриклеточного льда.

Вторая фаза закаливания отмечается постепенным понижением температуры. Эта фаза происходит при температурах ненамного ниже нуля градусов и не зависит от света. Постепенно уменьшается объем связанной воды. Изменение структуры белковых молекул приводит к тому, что они лучше связывают воду. Увеличение объема связанной воды снижает возможность образования льда. Увеличивается проницаемость плазмалеммы. В межклетниках образуется лед, что предотвращает образование льда в протопласте.

Способы повышения зимостойкости. В питании важно соблюдать норму азот-фосфор. Оптимальное количество ускоряет развитие и созревание растений, улучшает рост корневой системы, которая более глубоко проникает в почву. Все это способствует хорошей зимовке. Калий – один из основных элементов, отвечающих за водный баланс растений и их устойчивость к неблагоприятным факторам. Полив - во второй половине сентября- в октябре проводят так называемые влагозарядковые поливы. Рыхление и окучивание. В качестве укрытия используют еловый лапник, торф, опилки, перегной, солому, сухие листья и др. Снегозадержание - у снегового покрова малая теплопроводность, и обычно температура на поверхности почвы не опускается ниже -5 град. Для снегозадержания можно использовать специальные щиты, кулисы, бороздовые посевы, формирование валков из выпавшего снега.

Растения могут бороться с действием высоких температур с помощью 3 «стратегий»:

• снизить температуру своего тела по сравнению с окружающей средой
• не снижая своей температуры, повысить устойчивость своих структур к повышенной температуре
• перейти в менее активное состояние и переждать действие высоких температур

Вода является основой всех жизненных процессов. Поэтому действие засухи на растение очень разнообразно, и практически нет тех процессов, которые бы она не затрагивала. Полив, особенно дождеванием, повышает влажность приземного слоя воздуха, снижает его температуру, создает в стеблестое (и насаждении) более ровный микроклимат. Наиболее эффективны частые поливы небольшими нормами, а в засушливых регионах — в сочетании с влагозарядковым поливом. Наибольший эффект поливы обеспечивают на высоком агротехническом фоне при оптимальных дозах удобрений.

Реакция растения на заражение патогеном может проявляться в широком диапазоне — от высокой восприимчивости до полной невосприимчивости или устойчивости. Агрессивность патогена зависит от его способности вызывать, заражение минимальным количеством заразного начала, продолжительности инкубационного периода болезни, скорости распространения патогена от растения к растению При рассмотрении возможных источников инфекции следует учитывать способы сохранения патогенов от одного вегетационного сезона до другого и пути их распространения. Иммунитет растений можно определить как полную невосприимчивость к болезням при наличии жизнеспособного возбудителя заболевания и всех необходимых условий для заражения.

Под атмосферным загрязнением понимают присутствие в воздухе газов, паров, частиц, твердых и жидких веществ, тепла, колебаний, излучений, которые неблагоприятно влияют, растения, климат. По происхождению загрязнения делят:

• на природные, вызванные естественными, часто аномальными, процессами в природе;
• антропогенные, связанные с деятельностью человека.

Газы оказывают различное влияние на растения, причем восприимчивость растений к одним и тем же газам неодинакова; наиболее вредны для них сернистый газ, фтористый водород, озон, хлор, диоксид азота, соляная кислота. Загрязняющие атмосферу вещества отрицательно влияют на сельскохозяйственные растения как за счет непосредственного отравления зеленой массы, так и за счет интоксикации почвы. Известно, что в растениях может накапливаться, не повреждая их и не снижая урожайность, такое количество радионуклидов, при котором растениеводческая продукция становится непригодной для использования.