Внешние условия роста растений

VI. Воздействие внешних факторов на рост и развитие растений.

Измерение скорости роста, проведенное немецким физиологом Ю. Саксом (1872), позволило установить определенные закономерности. В начальный период темпы роста, как правило, низкие. Затем рост усиливается и идет с большой скоростью (период большого роста), а затем снова замедляется. В результате рост (увеличение размера) клетки, органа или организма в целом может быть изображен в виде Ы-образной кривой. Эта закономерность имеет общебиологическое значение и справедлива по отношению к росту всех живых организмов, включая и человека.

Анализируя полученную кривую, можно ее разделить на 3 участка: 1) фаза, когда рост изменяется экспоненциально (логарифмически); 2) фаза, когда рост изменяется линейно; 3) фаза торможения роста. Именно период, когда рост прямо (линенйно) возрастает, называется периодом большого роста.

Влияние внешних условий на рост.

Внешние условия оказывают на рост как прямое, так и косвенное влияние. Последние связаны с тем, что скорость роста зависит от интенсивности всех остальных физиологических процессов, воздушного и корневого питания, снабжения водой, напряженности процессов обмена веществ и энергии. В этой связи влияние внешних условий может сказаться на интенсивности роста через изменения любого из указанных процессов. При этом далеко не всегда причина того или иного влияния можно с достаточной точностью установить, поскольку в естественной обстановке влияние отдельных факторов тесно взаимосвязано.

Температура. Рост растений возможен в сравнительно широких температурных пределах. Растения ранневесенней флоры растут при температуре даже несколько ниже 0С. Есть растения, для которых верхняя температурная граница роста несколько превышает 50С. для каждого вида растения, в зависимости от его особенностей и, главным образом, от географического происхождения, характерны определенные температурные границы, в которых возможно протекание ростовых процессов. Различают три кардинальные температурные точки: минимальная температура, при которой рост только начинается, оптимальная — наиболее благоприятная для ростовых процессов, максимальная, при которой рост прекращается. С повышением температуры от минимальной до оптимальной скорость роста резко возрастает. Так, скорость роста проростков гороха при повышении температуры от 0 до 10С возрастает в 9 раз, от 10 до 20С — в 2,5 раза, от 20 до 30С — всего в 1,9 раза. Оптимальные температуры могут быть неодинаковыми для роста разных органов одного и того же растения. Как правило, оптимальная температура для роста корневых систем ниже по сравнению с надземными органами. Для роста боковых побегов оптимальная температура ниже по сравнению с ростом главного стебля. Установлено, что растения интенсивно растут в ночной период суток. Для роста многих растений благоприятной является сменная температура в течение суток — днем повышенная, а ночью — пониженная. Это явление Ф. Вент назвал термопериодизмом. Явление термопериодизма хорошо проявляется на культуре томатов. Показано (Н. И. Якушкина), что пониженные ночные температуры ускоряют рост корневой системы и боковых побегов у растений. Такое влияние может быть объяснено тем, что при понижении температуры более активно работают ферменты, катализирующие распад крахмала на сахара. В листьях образуются растворимые транспортные формы углеводов, легко передвигающиеся к точкам роста корня и боковых побегов, благодаря чему их рост усиливается.

Содержание воды. В процессе роста растения особенно чувствительны к недостатку воды. Уменьшение содержания воды в почве приводит, естественно, и к уменьшению содержания ее в растении, а это, в свою очередь, резко тормозит процессы роста. Снижается деление клеток и особенно их рост растяжением. Наибольшая насыщенность водой требуется для процессов роста. Насыщенность клетки или ткани растений водой называют гидратурой, она выражается в процентах. Рост клеток идет лишь в том случае, если гидратура не падает ниже 95%. Для того чтобы поддержать такую гидратуру, точки роста надземных органов растений защищены смыкающимися листочками с хорошо развитой кутикулой. Точки роста корня не имеют подобной защиты и поэтому требуют повышенной влажности почвы для своего роста.

Свет. Растения используют свет двумя путями: первый, где свет служит источников энергии для синтеза органических веществ (фотосинтез); второй, где свет — сигнал или источник информации. Во втором случае энергия света может быть на несколько порядков ниже, чем в первом. Свет оказывает большое и разностороннее влияние на темпы и характер роста как отдельных органов, так и растительного организма в целом. При этом на разные стороны ростовых процессов влияние света проявляется неоднозначно. Так свет необходим для протекания процесса фотосинтеза, и, поэтому, накопление массы растения без света не идет. Вместе с тем, рост клеток растяжением может идти в темноте, более того, на свету этот процесс тормозится. Свет оказывает большое влияние на формообразовательные процессы. Этиолированные проростки, выросшие в темноте, характеризуются рядом анатомических и морфологических особенностей. В отсутствие света происходит упрощение анатомической структуры стебля. Слабо развиваются ткани центрального цилиндра, механические ткани. Вместе с тем, растяжение клеток в темноте идет очень интенсивно. В результате образуются длинные, вытянутые стебли. Листья редуцированы, у двудольных растений вместо листовой пластинки образуются лишь небольшие чешуйки.

Этиолированные проростки имеют слегка желтоватый оттенок. По-видимому, более быстрое вытягивание стебля и корня этиолированных проростков выработалось в процессе эволюции, так как в большинстве случаев прорастание семян в почве происходит в отсутствие света, и эти особенности, а также отсутствие листьев, облегчают проростку проникновение через слой почвы. Возможно, что вытягивание стебля в отсутствие света является следствием отсутствия ингибиторов роста. В темноте образуются много гормонов ауксинов. Нарушение соотношения ауксинов и ингибиторов вызывает несбалансированный рост. При выходе проростков на поверхность почвы происходят их внутренние и внешние изменения. В темноте у проростков двудольных растений гипокотиль изогнут, что защищает точку роста в почве от повреждений. Под влиянием света этот изгиб («крючок») выпрямляется. На свету рост стебля тормозится, рост листьев усиливается и они принимают обычную форму. Под влиянием света происходят анатомические изменения стебля, дифференцируется эпидермис, появляются волоски, изменяется окраска — синтезируется хлорофилл. Эти изменения получили название фотоморфогенеза.

Говоря о воздействии света, необходимо остановиться на влиянии круглосуточного освещения на процессы роста. Опыты по выращиванию растений при свете электрических ламп (светокультура) показали, что рост многих растений при круглосуточном освещении идет значительно интенсивнее, особенно при правильном подборе качества света (тип ламп). Так, при выращивании сеянцев древесных культур (дуб, сосна) на непрерывном освещении темпы их роста возрастают в 1,5 — 2 раза (В. М. Леман). Такие однолетние растения, как горох и фасоль, также характеризуются очень интенсивным ростом в условиях круглосуточного освещения. Однако есть растения, на рост которых круглосуточное освещение оказывает отрицательное влияние. В некоторых случаях круглосуточное освещение вызывает явления, сходные с теми, которые обычно являются следствием недостатка света. Особенно вредное влияние круглосуточного освещения проявляется при высокой ночной температуре.

Снабжение кислородом. Процессы роста требуют затрат энергии, источником которой служит процесс дыхания. В этой связи понятна необходимость кислорода. При снижении концентрации ниже 5% рост тормозится. Это происходит не только из-за нарушения энергетического баланса, но и в силу накопления продуктов анаэробного обмена (спирт, молочная кислота).

Минеральное питание. Для нормального протекания ростовых процессов необходимо достаточное снабжение всеми необходимыми минеральными элементами. Особенно специфична роль снабжения растений азотом. Это связано не только с тем, что азот входит в состав белков и нуклеиновых кислот, но и с образованием двух основных групп гормонов, регулирующих ростовые процессы (ауксины, цитокинины).

Источник

Влияние внешних условий на рост растений

Внешние факторы могут вызывать прямые и индуктивные эффекты.

При прямых эффектах действие внешнего фактора связано с притоком энергии (свет, температура). Эффект длится до тех пор, пока действует фактор.

При индуктивном эффекте внешний фактор поставляет лишь такое количество энергии, которого достаточно для приведения в действие пускового механизма, т.е. индуцировать процесс, который происходит за счет внутренних источников.

Свет. Рост растений может происходить как на свету, так и в темноте. Зеленые части растений, выросшие в темноте, приобретают ряд морфологических особенностей, отличающих их от растений, выросших на свету. Такие растения называются этиолированными. У них, как правило, длинные стебли, листовые пластинки недоразвиты, недоразвиты устьица, механические ткани. Растения лишены хлорофилла и имеют бледно-желтый цвет из-за присутствия каротина.

Для устранения этиоляции достаточно кратковременно (5-10 мин) освещения растений 1 раз в сутки.

Этиоляция – важная приспособительная реакция проростков растений, находящихся в почве, за счет быстрого вытягивания гипокотиля побег выносится на поверхность, на свет. Сразу же происходит торможение роста растяжением. Растение переходит к фототрофному типу питания.

На рост растения влияет не только интенсивность света, но и его спектральный состав.

Выявлено, что коротковолновая часть спектра стимулирует процессы клеточного деления, но задерживает вторую фазу роста – растяжение.

Красный свет, наоборот, несколько подавляет клеточное деление и стимулирует линейный рост органа.

Вследствие этого многим растениям горного пояса свойственно явление нанизма, т.е. низкорослости.

Температура. В пределах от 0 до 35 о С влияние температуры подчиняется правилу Вант-Гоффа, т.е. чем выше температура, тем выше скорость роста, но выше 35 – 40 о С скорость роста снижается. В зависимости от приспособленности растений к воздействию температур различают растения теплолюбивые, для которых температурный минимум выше 10 о С, оптимум 30 — 40 о С, холодостойкие — минимум 0 — 5 о С, оптимум 25 — 30 о С. Установлено, что растения интенсивнее растут в ночное время суток, оказывается, что смена температур повышенной дневной на пониженную ночную является благоприятной для роста растений. Это явление называется термопериодизм. Объяснение этому явлению заключается в том, что при понижении температуры активно работают ферменты, катализирующие распад крахмала до сахаров (доказательство – сладкий картофель подмороженный), которые передвигаются к точкам роста, благодаря чему скорость роста увеличивается.
Содержание воды. В процессе роста растения особенно чувствительны к недостатку воды. Снижается скорость деления клеток, т.е. скорость эмбриональной фазы, а особенно скорость фазы растяжения, т.к. она основана именно на поступлении воды. Насыщенность клеток водой называют гидратурой. За 100% гидратуру принимается такая насыщенность, при которой данное тело находится в равновесии с атмосферой, имеющей 100% относительную влажность. Рост клеток идет лишь в том случае, если гидратура не падает ниже 95%. Поэтому наземные органы растений имеют защитный слой в виде кутикулы. Точки роста корня не имеют такой защиты, и поэтому корень может расти только во влажной почве.
Газовый состав атмосферы и почвы. Для роста растений необходимо присутствие кислорода, но рост растений мало страдает при понижении концентрации кислорода, т.к. включаются адаптационные механизмы, благодаря которым используется кислород нитратов, сульфатов (нитратное, сульфатное дыхание).
Избыток СО₂ приводит к увеличению растяжимости клеточных стенок и кратковременному усилению роста тканей. Это связано с тем, что избыток СО₂ снижает рН клеточных стенок, т.е. повышает их кислотность, что вызывает активацию гидролаз и повышение эластичности клеточных стенок, что ведет к повышению скорости роста растяжением. Усиление роста под действием кислотности получило название «эффекта кислого роста». Длительность «кислого» роста 1-3 часа. Он не поддерживается синтезом белка.
Минеральное питание. Необходимо достаточное снабжение всеми компонентами минерального питания, но особая роль принадлежит азоту, в связи с тем, что образование двух основных гормонов (ауксина и цитокинина), регулирующих процессы роста, зависит от содержания азота. Но высокие концентрации азота задерживают процессы дифференцировки, в частности закладку цветов. Т.е. в зависимости от того, для каких целей выращивается культура, необходимы те или иные нормы удобрений, их соотношение. Внесение азотных удобрений для озимых культур и многолетних растений не рекомендуется в осенний период, т.к. они активируют ростовые процессы, снижая устойчивость. В осенний период незадолго до уборки должно быть усиленно фосфорное питание для корнеплодов, которое усиливает отток ассимилятов к корнеплодам, повышается их сахаристость.

Источник