Холодоустойчивость

Для оценки холодостойкости  растений используют различные методы диагностики (прямые и косвенные). Это холодный метод проращивания семян, сверхранние посевы в сырую и непрогретую почву, учет интенсивности появления всходов, темпов роста, накопления массы, содержание хлорофилла, соотношение количества электролитов в надземной и подземной частях растения, оценка изменчивости изоферментного состава и др.

Факторы, влияющие на холодостойкость.

Холодостойкость растений зависит от внешних условий. Установлено, например, что она усиливается  при внесении калийных удобрений, повышении  влажности воздуха, улучшении освещенности, при закаливании растений воздействием низких (еще не вызывающих повреждений) температур или сменой холода и тепла. Устойчивость растений к холоду неодинакова на разных стадиях онтогенеза; кроме того, разные органы одного растения в одно и то же время отличаются по устойчивости, например, зародышевый мешок может погибнуть, когда завязь еще не повреждена. Наиболее чувствителен к холоду гинецеи, цветки чувствительнее плодов и листьев, листья и корни — стеблей. Очень чувствительна меристема конуса нарастания, поэтому огромное значение имеют органы защиты почек. Но интересно, что в закаленном состоянии наиболее устойчив к холоду в стволе дерева камбий, который часто остается живым. Древесина может отмереть и образовать так называемые морозные кольца. Особенно опасны зимние холода при внезапных понижениях температур. В. Лархер (1978) приводит данные по термоустойчивости листьев растений разных климатических областей (под термоустойчивостью он понимает отсутствие повреждений при продолжительном воздействии холода или получасовом воздействии высокой температуры) (табл. 1).

Гибель клетки и растения при температуре ниже нуля, т. е. под действием мороза, может быть вызвана свертыванием белков, особенно у южных растений, отмирающих еще до наступления температур замерзания. Кроме того, вымерзание растений происходит, когда в них содержится вода, способная кристаллизоваться. Льдообразование в растении может иметь разные формы (Туманов, 1951, 1955). Если вымерзание происходит медленно, лед образуется вне клеток, которые при последующем оттаивании остаются живыми. Когда же температура падает быстро, вода не успевает проникнуть сквозь клеточную оболочку и замерзает между нею и протопластом. Это может вызвать смертельное повреждение не только поверхностных слоев цитоплазмы, но и всего протопласта. Наконец, при очень быстром падении температуры вода не успевает выйти даже из протопласта и кристаллы льда быстро распространяются внутри него. Следовательно, сами клетки замерзают в том случае, если по каким-либо причинам вода из них не успевает оттекать в межклетники. Способность протопласта противостоять обезвоживанию вследствие образования льда в межклетниках — это весьма полезное приспособление.

Низкие температуры  часто необходимы и для стимуляции образования цветочных почек. Семена больший ства видов для дальнейшего  энергичного прорастания должны пройти стратификацию. У некоторых видов рост зародышевого корешка стимулируется холодом первой (после прорастания) зимы, а рост эпикотиля — второй. Возможно, что все эти факты связаны с необходимостью определенных колебаний температуры. Некоторые виды, для того чтобы перейти к цветению и полностью завершить свой жизненный цикл, нуждаются в низких температурах в течение определенного короткого времени после прорастания семян. Например, озимая пшеница, если ее высеять весной, будет расти, но не зацветет и может погибнуть при ранневесенних морозах. Но если ее влажные, наклюнувшиеся семена подвергнуть воздействию низких температур, близких к замерзанию, то они даже при посеве весной дадут неплохой урожай. Такой тип воздействия на растение низкой температурой -называется яровизация, т. е. приведение растений в весеннее состояние (за рубежом — вернализация). Но подобное воздействие может играть и отрицательную роль, так, двулетники при поздних заморозках могут завершить свой жизненный цикл в первый год (капуста, например, не завяжет кочана).

Холодостойкость свойственна растениям умеренной  полосы, тропические и субтропические растения, не подверженные воздействию  низких температур, повреждаются или  отмирают при температурах немного  выше 0°. Способность выдержать экстремально низкие температуры у разных видов различна. Некоторые выходцы из тропиков (хлопчатник, рис, суданка) или комнатные растения (глоксиния, традесканция и т. д.) повреждаются уже при плюсовых температурах, близких к нулю. Другие растения не повреждаются, пока не за мерзнут, т. е. пока в тканях не образуется лед. Наконец, некоторые виды, произрастающие в районах с холодным климатом, способны выдержать полное замерзание тканей и понижение температуры окружающего воздуха до минус 62° (лиственница) и ниже. Но некоторые растения (особенно низшие) и семена не повреждаются иногда даже при температурах, близких к абсолютному нулю (до —270°). Повреждение растений холодом сопровождается потерей тургора листьями, изменением окраски из-за разрушения хлорофилла. Основная причина гибели от низких положительных температур заключается в нарушении обмена веществ, т. е. процессы распада начинают преобладать над процессами синтеза, накапливаются ядовитые вещества, нарушается структура цитоплазмы.

Способы повышения холодостойкости растений.

Холодостойкость некоторых теплолюбивых растений можно  повысить закаливанием прорастающих семян и рассады, которое стимулирует защитно-приспособительную перестройку метаболизма растений. Наклюнувшиеся семена или рассаду теплолюбивых культур (огурец, томат, дыня и др.) в течение нескольких суток (до месяца) выдерживают при чередующихся (через 12 ч) переменных температурах: от 0 до 5 °С и при 15—20 оС. Холодостойкость ряда растений повышается при замачивании семян в 0,25%-ных растворах микроэлементов.

Повысить холодостойкость  растений можно прививкой теплолюбивых растений (арбуз, дыня) на более холодоустойчивые подвои (тыква). Положительное влияние этих приемов связано со стабилизацией энергетического обмена и упрочением структуры клеточных органоидов у обработанных растений. У закаленных растений увеличение вязкости протоплазмы при пониженных температурах происходит медленнее.

Заморозки. Большой  ущерб сельскому хозяйству наносят  кратковременные или длительные заморозки, отмечаемые в весенний и осенний периоды, а в северных широтах и летом. Заморозки — снижение температуры до небольших отрицательных величин, могут быть во время разных фаз развития конкретных растений. Наиболее опасны летние заморозки, в период наибольшего роста растений. Устойчивость к заморозкам обусловлена видом растения, фазой его развития, физиологическим состоянием, условиями минерального питания, увлажненностью, интенсивностью и продолжительностью заморозков, погодными условиями, предшествующими заморозкам.

Наиболее устойчивы  к заморозкам растения раннего срока  посева (яровые

хлеба, зернобобовые культуры), способные выдерживать  в ранние фазы

онтогенеза кратковременные  весенние заморозки до —7...-10 оС. Растения

позднего срока  посева развиваются медленнее и не всегда успевают

подготовиться к низким температурам. Корнеплоды, большинство масличных культур, лен, конопля переносят понижение температуры до —5...—8 °С, соя, картофель, сорго, кукуруза — до —2...—3, хлопок—до -1,5...-2, бахчевые культуры — до -0,5...-1,5 °С. Существенную роль в устойчивости к заморозкам играет фаза развития растений. Особенно опасны заморозки в фазе цветение — начало плодоношения.

Яровые хлеба  в фазе всходов переносят заморозки  до -7...-8 оС, в фазе

выхода в трубку до -3, а в фазе цветения — только 1—2 оС. Устойчивость

растений зависит  от образования при заморозках льда в клетках и межклеточниках. Если лед не образуется, то вероятность восстановления

растением нормального  течения функций возрастает. Поэтому  первостепенное значение имеет возможность быстрого транспорта свободной воды из клеток в межклеточники, что определяется

высокой проницаемостью мембран в условиях заморозков. У  устойчивых к

заморозкам культур  при снижении температур в составе  липидов клеточных

мембран увеличивается содержание ненасыщенных жирных кислот, снижающих температуру фазового перехода липидов из жидкокристаллического состояния в гель до уровня О оС. У неустойчивых растений этот переход имеет место при температурах выше О °С. В целях максимального снижения повреждения растений заморозками необходимо проводить посев их в оптимальные сроки, использовать рассаду овощных и цветочных культур. Защищают от заморозков дымовые завесы и укрытие растений пленкой, дождевание растений перед заморозками или весенний полив. Для вертикального перемещения воздуха около плодовых деревьев используют вентиляторы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

IV. Методика постановки и проведение эксперимента.

Вводные пояснения. В период вегетации капуста подвергается длительному воздействию низких температур и кратковременных заморозков, оказывающих сильное влияние на ход физиологических процессов, формированию урожая и образования кочанов. Изучение отзывчивости организма на температурное воздействие имеет большое значение, особенно в период прорастания семян и роста проростков. Различия в способности сортов капусты адаптироваться к условиям пониженной температуры выражаются в скорости прорастания семян и темпах роста проростков.

Порядок работы. Всхожесть семян определяют в растильнях на фильтровальной бумаге, концы которой опускаются в воду . проращивают от 50 до 100 семян (по каждому варианту) в камерах холодильной установки при 14, 10, 6 градусах. На шестой день проращивания определяют процент всхожести. Результаты опыта записывают в таблицу.

Материалы и оборудование. Растения двух сортов, различающихся по холодоустойчивости. Холодильные установки, фильтровальная бумага, растильни. 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица учета  наблюдений.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выводы.

Таким образом, в ходе эксперимента выяснилась степень  холодоустойчивости растений на примере  семейства крестоцветных, а именно на представителях Brassica capitata и Brassica oleracea. Из опыта видно, что уменьшение температуры пагубно влияет на рост растения. Brassica capitata оказалась более устойчива к низким температурам, чем Brassica oleracea. Это объясняется тем, что оптимальная температура для развития растения у Brassica oleracea выше, чем у Brassica capitata и составляет 15 – 18 градусов. Сорта растений, которые перенесли низкие температуры, могут развиваться нормально, а некоторые с отклонением, так как температура способствует торможению процессов роста и развития. Уменьшение температуры приводит к тому, что кочанообразование происходит не полностью, подвержены потрескиванию, растение становится менее устойчивым к различным заболеваниям. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы:

1. Полевой В.В. Физиология растений. М., Высшая школа, 1989
2. Третьяков Н.Н. Практикум по физиологии растений,1990.
3. Якушкина Н. И. Физиология растений: Учеб. пособие для биол. спец. высш. пед. учеб. заведений - М.: Просвещение, 1993
4. Полевой В. В. Физиология растений : Учеб. Для биол. спец вузов. - М.: Высш. Шк, 1989. Медведев С.С. «Физиология растений» -С-Петер.ун-тД 2004
5. Лукаткин А.С. Холодовое повреждение теплолюбивых растений и окислительный стресс. Саранск: изд-во Мордовск. ун-та, 2002
6. http://www.poreferatim.ru/index.php?p=referat&id=34670&text=all
7. http://revolution.allbest.ru/agriculture/00221408_0.html
8. http://sadsadogorod.narod.ru/kapusta.htm
9. http://www.rusplant.ru/index.php?cat=15&offset=4&page=Posts.ListPost
10. http://www.znaj.ru/html/21323_2.html
11. http://www.referatcollection.ru/26725.html
12. http://www.lib.bio-log.info/?p=5
13. http://ru.wikipedia.org/wiki/Brassica_botrytis

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

СТАВРОПОЛЬСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ 

КАФЕДРА БОТАНИКИ