Устойчивость растений к неблагоприятным условиям среды
план-конспект занятия

Тема: Устойчивость растений к неблагоприятным условиям среды, пути ее повышения.

Цель урока: ознакомиться с устойчивостью растений к неблагоприятным условиям среды;

дать определение  понятий: устойчивость растений, гомеостаз , холодостойкость, морозоустойчивость, зимостойкость, жароустойчивость, засухоустойчивость, газоустойчивость, пылеустойчивость, солеустойчивость, ксерофиты, мезофиты, гигрофиты.

Задание:

1. Прочитайте текст.
2. Изучите типы и виды устойчивости растений.
3. Ответьте на контрольные вопросы и вышлите на эл. почту преподавателя   galla49@mail.ru

Оборудование:

«Ботаника» А.С.Родионова, В.Б. Скупченко, О.Н. Малышева, Ю.В. Джикович: Издательский центр «Академия» 2014г

Теоретический материал:

           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 энергообеспеченность 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 растений:

1) Устойчивость растений к низким температурам подразделяют на холодостойкость, морозоустойчивость, зимостойкость.

          Холодостойкость - 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.

            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.

           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.  

           На первой фазе закаливания происходит накапливание сахаров, снижается осмотическое давление под влиянием низких положительных температур, прекращается рост растения,

           На второй фазе закаливания при отрицательных температурах от 0 до -1оС, т.е. при температурах, еще не вызывающих необратимых повреждений клетки, наблюдается частичная потеря воды клетками, возрастает количество коллоидно-связанной воды.

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.

2) Устойчивость растений к высоким температурам и влаге :

            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.

             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.

             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.

          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.

Поэтому по отношению к почвенной влаге принято различать следующие группы растений:

Ксерофиты засухоустойчивые виды, живущие в пустынях и сухих степях.  

Гигрофиты - водные растения - не переносят засухи и высоких температур,

Мезофиты - произрастают в условиях достаточного водоснабжения подавляющее большинство культурных растений.

3) Другие виды устойчивости:

             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.

            Наиболее солеустойчивой сельскохозяйственной культурой является сахарная свекла, затем в порядке убывания располагаются ячмень, пшеница, рис, овес, сорго, просо, кукуруза, люпин, бобы, фасоль, горох, соя.

            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.

           Газоустойчивость повышается:

- в результате предпосевной обработки семян слабыми растворами микроэлементов (марганца, кобальта).

- правильного снабжаения растения водой.

 Обычно чем лучше водоснабжение растений, тем шире открыты устьица, интенсивнее транспирация и более активное поступление токсикантов. Вместе с тем осадки смывают с листьев вредные вещества, вымывают из их тканей хлор, сернистый газ и т.д. Удаление пыли способствует усилению процессов жизнедеятельности листьев.

-характера размещения растений в посадках.

 Отдельно стоящие деревья и кустарники более подвергаются их действию по сравнению с теми, которые находятся внутри древостоя. По этой причине посадки деревьев в зоне атмосферных загрязнений должны располагаться достаточно плотно.

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

          Действие радиации

          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.

            Это все можно назвать атмосферным загрязнением: присутствие в воздухе газов, паров, частиц, твердых и жидких веществ, тепла, колебаний, излучений, которые неблагоприятно влияют на 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.

              Уровень кислотности почвы влияет на накопление и превращение в доступную форму в почве тяжелых металлов. Как было отмечено на международной научно-практической конференции "Мины замедленного действия", проходившей в Москве в 1992 году, в конце 80-ых годов было зафиксировано резкое увеличение концентрации тяжелых металлов и других токсичных веществ в продуктах сельского хозяйства, а также в подземных водах, в реках, при этом никаких объективных показателей к этому в виде выбросов предприятий, аварий, не наблюдалось. Оказалось, что это повышение концентрации тяжелых металлов является последствием длительного поступления в среду небольших количеств этих веществ, которые накапливаются в почве или осадочных отложениях. При повышении кислотности почвы почва перестает удерживать тяжелые металлы и другие токсические вещества.  Установлено, например, что при снижении рН почвы с 6,0 до 5,5 происходит опасный выброс кадмия, который способен накапливаться в течении многих лет, поскольку входит в состав минеральных удобрений виде ничтожной смеси.

            Такие сельскохозяйственные культуры, как арбуз, баклажан, гречиха, земляника, картофель, крыжовник, лен, малина, пастернак, петрушка, рис, смородина, табак, яблоня, оптимальным уровнем кислотности является рН = 5,5-6,5, а виноград, горох, шампиньон, капуста, кукуруза, лимон, лук, люцерна, морковь, огурец, перец, подсолнечник, пшеница, редис, салат, свекла, сельдерей, слива, томат, фасоль, ячмень предпочитают более щелочные почвы, где уровень рН = 6,0-7,5.

Итог:

         Знание природы метаболизма растений, особенностей роста и развития растений в онтогенезе, основных приемов по управлению развитием растений, осуществлению всех функций растений, является той основой практической деятельности агронома, которая позволяет осмысленно применять те или иные приемы при возделывании растений, получать максимально возможные в конкретных климатических и экономических условиях урожаи, подбирать к возделыванию культуры и сорта, возделывание которых будет максимально эффективным.

           В современном мире с помощью информации о физиологических закономерностях в растительном организме существуют следующие перспективы в развитии агрономической науки:

-создание сортов растений с помощью методов генетической инженерии с

использованием плазмидных технологий;

 -селекция на иммунитет на токсинном уровне;

-отбор растений по биохимическим признакам и микроклональное размножение растений;

-развитие направления создания растений-азотфиксаторов с помощью биотехнологических методов синтеза единого генотипа растительного и бактериального происхождения;

-создание сортов растений с максимально возможным коэффициентом полезно действия использования фотосинтетически активной радиации;

-введение в число сельскохозяйственных культур новых ныне дикорастущих видов растений (гваюла - содержащая каучук, хохоба - содержащая жидкий воск, спаржевый горох - богатый белком вид).

 Контрольные вопросы.

1.Что такое устойчивость растений?

2.Чем достигается жизнеобеспечение растений в неблагоприятных условиях существования?  

3.Чем отличаются понятия: моростойкость,  холодостойкость, зимостойкость?

4.Как называют группу растений, живущих в пустынях и сухих степях?

5.Наиболее солеустойчивой сельскохозяйственной культурой является?

6.Что в растениях может накапливаться, не повреждая их и не снижая урожайность, при котором растениеводческая продукция становится непригодной для использования?

7. Как уровень кислотности почвы влияет на накопление и превращение в доступную форму тяжелых металлов?

8.Увеличит или уменьшит малоснежная зима зимостойкость растений? Ответ обоснуйте.