Питомник растений Уход за деревьями Ландшафтный дизайн

Ответная реакция растений на действие различных факторов

Все негативно действующие факторы можно разделить на три группы:

  • физические (избыток или недостаток влаги, освещенность, высокие или низкие температуры, радиоактивное излучение, механические воздействия, пониженная концентрация или отсутствие кислорода, повышенное содержание солей в почве и др.);
  • химические (газообразные соединения, азотистые соединения, пестициды, ретарданты, дефолианты, десиканты, тяжелые металлы и др.);
  • биотические (грибные и вирусные патогены, насекомые-вредители, аллелопатическое взаимодействие растений, влияние животных на растения и др.).

Физические факторы

Избыток влаги в почве приводит к следующим негативным последствиям:

  • угнетаются микробиологические процессы в почве (азотфиксация, аммонификация, автотрофная нитрификация), снижаются подвижность и доступность растениям минеральных элементов;
  • восстановительные процессы способствуют образованию в почве токсичных соединений (нитритов, закиси азота, сульфидов, сероводорода, закисных форм железа и марганца, метана);
  • усиливаются процессы брожения в корнях растений, что ведет к накоплению в корнях спирта и молочной кислоты, являющихся ингибиторами ряда физиологических процессов;
  • нарушается дыхание корней, снижается активность поглощения ими воды и питательных веществ, подавляются процессы синтеза в корнях;
  • в почвенной влаге резко падает концентрация кислорода, а содержание углекислого газа возрастает до 50 % от объема всей газовой смеси.

К избытку влаги в почве растения могут адаптироваться путем ряда перестроек в процессах их жизнедеятельности:

  • развитие в тканях аэренхимы газовых полостей и межклеточных пространств, по которым кислород транспортируется в корни;
  • усиленное образование и рост поверхностно расположенных корней, обеспечивающие более полное использование кислорода припочвенного слоя воздуха;
  • перестройка систем дыхания и синтез новых белков-ферментов, способствующие более эффективному получению и использованию энергии АТФ;
  • торможение роста, отмирание или редукция некоторых органов, что снижает расход энергии и ассимилятов.

Эффект ионизирующего излучения проявляется в воздействии радиации на растительный организм на разных уровнях организации живой материи. Прямое действие состоит в радиационно-химической ионизации молекул вместе поглощения энергии излучения, т. е. переводит молекулы в возбужденное состояние. Косвенное воздействие сопровождается повреждениями молекул, мембран, органоидов, клеток в результате воздействия продуктов радиолиза воды, количество которых в результате облучения резко возрастает.

Эффективность лучевого поражения существенно зависит от содержания кислорода в среде. Чем ниже концентрация кислорода, тем меньше эффект поражения. На практике принято считать, что предел летальных доз кислорода характеризует радиоустойчивость организмов (видов).

Негативное воздействие на растения засоления почв связывают с высоким осмотическим давлением почвенного раствора и непосредственно с токсичностью солей. В условиях засоления в тканях растений накапливаются токсичные промежуточные продукты обмена: диамины, путресцин и кадаверин, которые не образуются у нормально развивающихся растений. При солевом стрессе подавляется синтез белка и усиливается распад уже сформированного белкового комплекса. Подавление синтеза белка проявляется в заметном снижении скорости роста растений. Ингибирование синтеза белка проявляется в снижении скорости включения аминокислот в белок, а также в ингибиро-вании синтеза пептидных связей из-за блокировки ионами солей заряженных аминогрупп аминокислот и падения энергетического потенциала. Причиной угнетения растений в условиях засоления также может быть аммиачное отравление. Значительное повышение содержания свободного аммиака является, по-видимому, следствием торможения синтеза аминокислот и усиления протеолиза азотсодержащих соединений.

При токсических концентрациях солей в почвенном растворе резко возрастает содержание пролина в растениях. Эта аминокислота в условиях солевого стресса выполняет ряд стабилизирующих функций:

  • участвует в процессе осморегуляции, благодаря которому не допускается осмотическое высушивание клеточного содержимого;
  • увеличивает водный потенциал клетки путем усиления накопления осмотически активных органических веществ;
  • обладает протекторными (защитными) свойствами, взаимодействуя с белками, повышает растворимость последних и защищает их от денатурации при стрессе;
  • изменяет состояние воды в биологических мембранах путем восстановления их оводненности.

Наряду с использованием пролинового механизма растения способны противостоять солевому стрессу благодаря увеличению набора изоферментов — вновь синтезируемых под действием стрессора специфических белков.

Химические факторы

Чувствительность растений к токсичным газам (оксиды серы и азота, озон, фтор) варьирует в широких пределах. Эта чувствительность в основном обусловлена, по-видимому, активностью ряда ферментов, в частности РБФ- и ФЕП-карбоксилаз, участвующих в процессах фотосинтеза. При концентрациях сернистого газа, подавляющих фотосинтез, уменьшается квантовый выход поглощения углекислого газа листьями. При низких концентрациях сернистого газа усиливается темновое дыхание, что приводит к уменьшению надземной биомассы растений.

При комбинированном действии сернистого газа и диоксида азота устьица листьев бобовых растений закрываются; при раздельном действии этих же газов устьичная проводимость повышается. Диоксид азота подавляет фотосинтез и темновое дыхание, тогда как транспирация практически не меняется.

Устойчивость растений к одному из загрязнителей фотохимического происхождения — озону (О3) определяется уменьшением числа устьиц и частичным их закрыванием. Первым проявлением действия О3 на хлоропласты растений является снижение активности систем разложения воды, что лимитирует перенос электронов в фотосистеме 2 (ФС 2). Затем следует снижение скорости транспорта электронов между ФС 1 и ФС 2. При этом подавляется активность фермента РБФ-карбоксилазы.

У растений, таким образом, не реализуется сформировавшаяся в процессе их эволюции система адаптации к вредным газам. Газоустойчивость — это способность растений сохранять жизнедеятельность при действии вредных газов. Основой устойчивости к ним являются механизмы резистентности растений к другим неблагоприятным факторам.

В зависимости от величины частиц и скорости их оседания под действием силы тяжести все ингредиенты, загрязняющие атмосферный воздух, делят на пыль, пары, дым и туманы. Газы и пары легко проникают в растения через устьица и могут оказывать существенное влияние на метаболизм клеток, участвуя в химических реакциях на уровне клеточных стенок и мембран. Пыль, оседая на поверхности растения, закупоривает устьица. В результате yxyдшается газообмен листьев, затрудняете поглощение света и тормозится транспирация.

Выделяют следующие ряды токсичности газообразных загрязнителей да растений:

F2 > С12 > SO2 > NO > СО > СO2;

С12 > SO2 > NH3 > HCN > H2S.

Токсичность газов для животных можно представить в виде такого ряда:

HCN > H2S > С12 > SO2 > NH3.

Действие газов на растения осуществляется не только через листья, но и через почву на корневую систему. Кислотные дожди нарушают водный режим тканей, приводят к постоянному сдвигу рН цитолазмы в кислую сторону. Они блокируют работу транспортных систем мембран плазмалеммы и хлоропластов, индуцируют накопление кальция и тяжелых металлов в клетке. Под воздействием газов падает интенсивность фотосинтеза вследствие деструкции мембран хлоропластов пигментного комплекса. Наиболее сильное воздействие оказывают на пигментный статус хлоропластов диоксид серы и хлор, тогда как аммиак приводит к снижению содержания желтых пигментов, но и влияет на количество обеих форм хлорофилла.

В условиях газового загрязнения дыхание в начале действия стресса активизируется, но затем его интенсивность падает по мере развития повреждений. Все эти изменения вызывают нарушения роста растений и ускорение процессов старения, приводит к снижению продуктивности и ухудшению качества урожая.

Растения неодинаково реагируют на повышение концентрации углекислого газа. Рост С4-видов (кукурузы, сахарного тростника, проса, сорго) почти не зависит от обогащения атмосферы СО2, если растения хорошо снабжаются водой. С4-виды отличаются от С3-видов (пшеницы, хлопчатника, ячменя, овса) большей чувствительностью к содержанию СО2 в воздухе. У одних видов в ответ на изменение концентрации СО2 в атмосфере проявляется противоположно направленное адаптационное изменение скорости фотосинтеза на единицу площади листа. У других растений (пшеница) вплоть до начала кущения повышенная концентрация СО2 не оказывала влияния на процессы роста. Однако при достижении растением онтогенетической стадии множественной меристемы оно начинало реагировать на обогащение атмосферы CO2 и торможение фотосинтеза прекращалось.

Углекислый газ генерируется и утилизируется в растительных клетках интенсивно и постоянно. Он распределяется между структурными элементами клетки и на уровне взаимодействия с мембранами играет не только чисто метаболическую, но и регуляторную роль, обусловливая определенные буферные свойства клеточных компартментов.

Эволюция живых организмов осуществлялась путем совершенствования механизмов использования солнечной энергии, углекислого газа и азотистых соединений. Растения различных экологических групп в зависимости от широты местообитания характеризуются неодинаковым коэффициентом усвоения солнечной энергии. Изменения в фотосинтетической активности приводят к существенным сдвигам в накоплении восстановленных эквивалентов, от которых зависит скорость редукции нитратов в растениях. Чем выше скорость фотосинтетических реакций, тем больше концентрация НАДФ • Н2 (в хлоропластах) и НАД • Н2 (в митохондриях), участвующих в восстановлении нитратов. При нарушении процессов фотосинтеза создаются условия для избыточного накопления нитратов в растениях.

В зависимости от вида растений распределение нитратов по их органам существенно различается.

Неравномерное распределение нитратов по тканям и органам обусловлено комплексом причин:

  • низкой активностью нитратредуктазы (HP);
  • неодинаковой способностью тканей транспортировать нитраты и включать их в обмен веществ;
  • неодинаковым воздействием различных факторов на накопление нитратов в отдельных органах растений;
  • наличием барьеров на пути транспорта нитратов: корень — стебель, стебель — плод, стебель — семена, черешок — лист;
  • существованием обратных связей между нитратами и продуктами их ассимиляции, образующимися с различной скоростью в разных органах;
  • неравномерным распределением нитратов в запасном и метаболическом фондах растительной клетки.

По величине метаболического фонда нитратов можно характеризовать способность различных генотипов восстанавливать нитраты, поскольку высокопродуктивные сорта (более устойчивые), эффективно использующие азот, меньше накапливают нитраты.

Следует иметь в виду и следующее обстоятельство. Принято считать, что нитраты запасного фонда (нитраты вакуолей) недоступны для нитратредуктазы, локализованной в цитоплазме и хлоропластах. Они малоподвижны и требуют дополнительной энергии прохождения через тонопласт в цитоплазму. В стрессовых условиях наиболее значительно меняется содержание нитратов в вакуолях. При широком диапазоне рН хорошо выражены изменения содержания нитратов запасного фонда клеток корня кукурузы. В то же время уровень нитратов в цитоплазме изменялся незначительно. При повышении рН до 7,0...8,0 резко падало содержание нитратов в вакуолях, т. е. нитраты запасного фонда активно включались в обмен веществ, поддерживая таким образом определенный уровень содержания в цитоплазме.

Установлено также, что при повышении уровня азотного питания содержание нитратов в цитоплазме повышается в 5 раз, а в вакуолях — в 20. Таким образом, неравномерное распределение нитратов в различных частях клеток является одним из механизмов повышения устойчивости к нитратному стрессу.

Уход за деревьями и садом
Устройство газонов
Благоустройство и озеленение

Ваша корзина пуста
Не смогли дозвониться?

Оставьте свой номер телефона и мы Вам перезвоним!

CAPTCHA