16. Влияние на растения высоких температур. Тепловые повреждения. Приспособления мегатермов против перегрева
Растения различаются по способности выносить повышенные температуры. Большинство растений начинают страдать при температуре 35—40°С. Лучше переносят повышенную температуру обезвоженные органы: семена до 120°С, пыльца до 70°С. Однако есть высшие растения, главным образом растения пустынь (например, суккуленты), которые переносят повышение температуры до 60°С. Некоторые водоросли, грибы и бактерии могут переносить еще более высокую температуру. Наиболее термофильными являются микроорганизмы (бактерии, некоторые водоросли), обитающие в горячих источниках и в кратерах вулканов, которые способны переносить повышение температуры до 100°С.
Температура транспирирующих листьев ниже температуры воздуха. Обычно растения снижают температуру с помощью транспирации и таким образом избегают перегрева. Водный дефицит, который возникает при недостатке воды, увеличивает неблагоприятное действие повышенных температур. Высокая температура оказывает губительное влияние на организмы, что вызывает повреждения мембран и белков. Различные белки-ферменты денатурируют при различной температуре. Однако даже частичная денатурация некоторых наиболее термолабильных ферментов приводит к нарушению согласованности процессов обмена. Накапливаются растворимые азотистые соединения и другие ядовитые промежуточные продукты обмена, в результате чего происходит гибель клеток.
Непосредственной реакцией на температурное воздействие является изменение текучести мембран. Под влиянием высокой температуры в мембранах увеличивается количество ненасыщенных фосфолипидов. В результате состав и структура мембраны изменяются и, как следствие, происходит увеличение проницаемости мембран и выделение из клетки водорастворимых веществ. Повышенная текучесть мембранных липидов при высокой температуре может сопровождаться:
- потерей активности связанных с мембранами ферментов,
- нарушением работы переносчиков электронов.
От состояния липидов в тилакоидах хлоропластов в значительной степени зависят фотохимические реакции и фотофосфорилирование. Высокая температура тормозит как фотосинтез, так и дыхание. Уменьшается сопряженность энергетических процессов. Особенно чувствителен к повышенной температуре фотосинтез. Депрессия этого процесса обычно начинается уже при 35—40°С. Необходимо заметить, что при повышенных температурах уменьшается активность фитогормонов. Резко падает активность гиббереллинов, что является одной из причин торможения ростовых процессов.
Организмы в зависимости от их температурного оптимума можно разделить на:
- термофильные (выше 50°С),
- теплолюбивые (25-50°С),
- умеренно теплолюбивые (15-25°С),
- холодолюбивые (5-15°С).
Среди высших растений термофильных организмов нет.
Устойчивость растений к высоким температурам называют жароустойчивостью, или термотолерантностью. Повышенная температура особенно опасна для растений при сильной освещенности. Существует определенная связь между условиями жизни растений и их жароустойчивостью. Чем суше местообитание и чем выше температура воздуха, тем больше жароустойчивость организма.
По жароустойчивости растения можно разделить на 3 группы:
1) жаростойкие – главным образом низшие растения, например, термофильные бактерии и сине-зеленые водоросли. Эта группа организмов способна выдерживать повышение температуры до 75-90°С;
2) жаровыносливые – растения сухих мест обитания: суккуленты (выдерживают повышение температуры до 60°С) и ксерофиты (до 54°С);
3) нежаростойкие – мезофиты и водные растения. Мезофиты солнечных мест обитания могут переносить +40-47°С, затененных – приблизительно +40-42°С; водные растения, кроме сине-зеленых водорослей, выдерживают повышение температуры до 38-42°С.
Адаптация растений к высоким температурам. В процессе эволюции формировались и закреплялись различные механизмы адаптации, делающие растение более устойчивым к высоким температурам. Выработка таких механизмов шла в нескольких направлениях:
- уменьшение перегрева за счет транспирации;
- защита от тепловых повреждений (опушение листьев, толстая кутикула);
- стабилизация метаболических процессов (более жесткая структура мембран, низкое содержание воды в клетке);
- высокая интенсивность фотосинтеза и дыхания.
В случаях, если повреждающее действие высокой температуры превышает защитные возможности морфо-анатомических и физиологических приспособлений, включается следующий механизм защиты: образуются так называемые белки теплового шока (БТШ). БТШ – это последний «рубеж обороны» живой клетки, который запускается в ответ на повреждающее действие высоких температур. Они были открыты в 1962 г. у дрозофилы, потом у человека, затем у растений (1980 г.) и микроорганизмов. БТШ помогают клетке выжить при действии температурного стрессора и восстановить физиологические процессы после его прекращения. БТШ образуются в результате экспрессии определенных генов. Некоторые из этих БТШ синтезируются не только при повышенной температуре, но и при других стресс-факторах, например, при недостатке воды, низких температурах, действии солей.
Для повышения устойчивости к высоким температурам используют различные методы закаливания. Так, чередование действия повышенных температур и нормального режима, позволяет получить более жаростойкие растения. Аналогичный эффект наблюдается после выдерживания семян пшеницы в течение 8 ч при постепенном повышении температуры от 20 до 50°С. Повышение жаростойкости также достигается обработкой семян хлоридом кальция, сульфатом цинка, борной кислотой.
Источник
Влияние высоких температур на рост и урожайность
Изменения климата стали заметны во всех регионах страны и последствия этих изменений не могли не сказаться на окружающей среде и на растениях. У овощных растений это все проявилось в виде значительного недобора урожая и гибели части из них, как в открытом грунте, так и в теплицах, прежде всего, от высоких температур и прямых солнечных лучей!
К примеру, лето 2021 было самым жарким как в Москве за последние 100 лет, так и в таких регионах как Белгород, Краснодар и Астрахань! В Москве и Белгороде, начиная с середины июня и до середины августа, температура днем достигала +33…+36 о C, а ночью до +23…+25 о C. В теплицах же она доходила и до +40…+45 о C! В Краснодаре и Астрахани температура днем доходила уже до +40…+42 о C! Такая температура и чистое небо держались несколько недель подряд, а последствием стали соответствующие симптомы на растениях. Мы заметили их во время проведения испытаний наших культур в теплице в Белгороде, на Фитопирамиде в Подмосковье и в Тимирязевской академии в Москве, а также в открытом грунте в Краснодаре и Астрахани.
На растениях томатов начали скручиваться и засыхать листья, в кистях образовывалось малое количество цветков, а также растения не могли дать новых плодов из-за стерильности пыльцы, засыхания цветков и последующего их опадения. На уже созревших и сформированных плодах пошел очаговый некроз, началась вершинная гниль, а сами плоды становились ярко-оранжевыми из-за потери ликопина! У растений огурца пошел краевой ожог на листьях и их полное пожелтение, началось усиленное проявление мужского пола и отмирание новых завязей, замедлился налив плодов, началась деформация и фасциация плодов. Такие температурные условия сказались и на семеноводстве многих культур: из-за стерильности пыльцы, опадении цветков и их высыхании, выход семян значительно сократился в этом году! Все эти признаки говорили о том, что из-за таких условий растения испытывают сильный стресс и не могут полностью реализовать свой потенциал!
Чтобы снизить влияние температур и прямых солнечных лучей на растения, могут быть приняты различные методы борьбы: обработка антистрессовым препаратом Мегафол, проведение дополнительного полива рядков между растениями, опрыскивание растений, открытие форточек и крыш у теплиц, уборка лишней зеленой массы и нагрузки с растений. Данные приемы позволяют растениям в итоге показать свой потенциал даже в таких жестких условиях выращивания
Для того чтобы в дальнейшем снизить воздействие данных погодных условий на растения, мы, к примеру, приняли решение использовать затеняющую сетку на Фитопирамиде, и на демонстрационных площадках в Астрахани и Краснодаре.
В таблицах по томатам и огурцам, приведены симптомы воздействия высоких температур и прямых солнечных лучей на растения в различные их фазы развития, а также последствия, если вовремя не предпринимать никаких действий для защиты растений!
Источник