Презентация "Физиологическая приспособленность растений к внешним условиям среды"

По отношению к абиотическим факторам различают три главных способа приспособления растений

Механизмы , позволяющие избежать неблагоприятное воздействие 
(переход в состояние покоя: образование почек, семян, вегетативных органов)

Специальные структурные приспособления
 (различные видоизменения листьев, стеблей цветков и т.д.),

Физиологические механизмы
 (С4-путь фотосинтеза, САМ-фотосинтез, увеличение вязкости цитоплазмы).

По отношению к биотическим факторам у растений также различают несколько способов приспособления (естественной защиты):

Приспособления морфологического характера

Механизм неспецифического иммунитета, т.е. приспособления биохимического характера (фитонциды, фитоалексины, алкалоиды)

Механизм специфического иммунитет (выработка специализированных антител против возбудителей болезней).

Приспособление растений к температурному фактору.

Жаростойкость 
способность растений переносить перегрев от 40 до 65оС.
При повреждении растений высокими температурами без изменения уровня влажности в тканях происходит разрушение белково-липидного комплекса мембран, клетки теряют осмотические свойства, происходит обезвоживание тканей, разрушение коллоидных структур цитоплазмы.

Засухоустойчивость
 - способность растений переносить атмосферную и почвенную засуху

По отношению к высоким температурам различают

Приспособление растений к температурному фактору.

Приспособление растений к температурному фактору.

Холодостойкость, т.е. способность растения переносить низкие положительные температуры.

Тропические и субтропические растения повреждаются и отмирают при температурах от 0 до 10 °С (кофе, хлопчатник, огурец др.)

Растения умеренной полосы (ячмень, овес, лен, вика и др.).

Приспособление растений к температурному фактору.

Зимостойкость, т.е. комплексная устойчивость растений против неблагоприятных факторов зимы (морозов, чередующихся с оттепелями, ледяной корки, снеговалов и т.п.).

Приспособление растений к температурному фактору.

Морозостойкость, т.е. способность растений переносить охлаждение ниже 00С

 Растения переносят условия зимы в различные периоды онтогенеза.

У однолетних культур зимуют семена (яровые растения), раскустившиеся растения (озимые), у двулетних и многолетних - клубни, корне­плоды, луковицы, корневища, взрослые растения.

Большой вклад в изучение физиологических основ морозоустойчивости внесли

Никола́й Алекса́ндрович Макси́мов (1880—1952)  -советский ботаник, академик Академии наук СССР (1946)

Занимался вопросами засухоустойчивости и морозоустойчивости растений, исследовал ксерофиты

Ксерофи́ты (от др.-греч. ξερός — сухой и φυτόν — растение) — растения сухих мест обитания, способные переносить продолжительную засуху и воздействие высоких температур («засухоустойчивые»).

Большой вклад в изучение физиологических основ морозоустойчивости внес
Георгий Алексеевич Самыгин (1974), изучал причины вымерзания растений

Иван Иванович Туманов (1979) - советский ботаник, специалист в области физиологии растений, член-корреспондент АН СССР. Область научных интересов: зимостойкость, морозостойкость и засухоустойчивость, физиология плодоношения и водного режима сельскохозяйственных культур.

Лед может образовываться как в протопласте клетки,
так и в межклеточном пространстве.
Не всякое образование льда приводит клетки растения к гибели.

Листья растения после оттаивания:
теряют тургор, из их мясистых тканей вытекает вода
листья быстро буреют и засыхают.

 
клубни картофеля и георгина быстро погибают




капуста и лук переносят лишь умеренное промораживание






рожь и пшеница выдерживают на уровне узла кущения морозы до -15...-20 °С.

Растения по-разному реагируют на образование льда в тканях:

 -его коагуляцией
денатурацией коллоидов протопласта
механическим давлением льда, повреждающим поверхностные структуры цитоплазмы, кристаллами льда, нарушающими мембраны и проникающими внутрь клетки.
Вредное влияние оказывает повышение концентрации и изменение рН клеточного сока, сопровождающие обезвоживание клеток.

Гибель клеток, тканей и растений под действием морозов обусловливается необратимыми изменениями, происходящими в протопласте клеток:

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

Закаливание растений, его фазы.

И.И. Туманов в 60-е годы прошлого века обосновал теорию закаливания растений, согласно которой при закаливании в тканях растений физиологические процессы идут с клетках в следующем порядке:

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

Сельскохозяйственные культуры (температурный предел, который они выдерживают в фазе всходов)
горох, капуста, овес, пшеница, ячмень(до -10 0 С)

бобы, морковь, подсолнечник, свекла (до -8 0 С)

картофель, кукуруза, махорка (до -3 0 С)

арахис, бахчевые, гречиха, огурец, табак, томат, фасоль (до +1 0 С)

Устойчивость к заморозкам у сельскохозяйственных культур различна.

Приспособления растений к перенесению низких температур.

1.Поддержание высокой проницаемости мембран (особенности липидного состава мембран устойчивых растений).

2. Усиление процессов синтеза веществ, защищающих ткани  (криопротекторов).

3.У морозоустойчивых растений в период подготовки к зиме накапливаются запасные вещества, которые могут использоваться затем при возобновлении роста.

Поддержание высокой проницаемости мембран
(особенности липидного состава мембран устойчивых растений).

Переход липидов из жидко - кристаллического состояния в гель до величины, лежащей ниже точки замерзания у морозостойких растений, а у неустойчивых растений она выше 0°С.

Снижение проницаемости липидных мембран.

Полимеры, способные связывать значительные количества воды, — гидрофильные белки, моно- и олигосахариды.

Вода, связываемая в виде гидратных оболочек этими молекулами, не замерзает и не транспортируется, оставаясь в клетке.

Таким образом клетки защищаются от внутриклеточного льда и чрезмерного обезвоживания.

2. Усиление процессов синтеза веществ, защищающих ткани  (криопротекторов).

Криопроте́кторы — вещества, защищающие живые объекты от повреждающего действия замораживания

Другой тип полимеров - криопротекторов — молекулы гемицеллюлоз (ксиланы, арабиноксштаны), выделяемые в клеточную стенку.
Они обволакивают кристаллы льда и тормозят их рост. В итоге образуются более мелкие кристаллы, меньше повреждающие клетку.

У морозоустойчивых растений усиливается гидролиз крахмала и в цитоплазме накапливаются сахара, у большинства растений возрастает синтез водорастворимых белков.  

Чем выше их содержание, тем больше способность клетки к выживанию в условиях низких температур.

3. У морозоустойчивых растений в период подготовки к зиме накапливаются запасные вещества, которые могут использоваться затем при возобновлении роста.

Существенна также устойчивость их к болезням, опасность возникновения которых возрастает при повреждении тканей морозом