Регуляция водного обмена растений в условиях засухи

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Регуляция водного обмена растений в условиях засухи

Карбозова Б.Е.

В последние годы погодно- климатические условия на Земле становятся менее благоприятными в связи с циклическими изменениями климата и загрязнения атмосферы.

На территории нашей страны сельскохозяйственные растения возделывают в самых разнообразных условиях. Во многих случаях эти условия складываются неблагоприятно (пониженные и повышенные температуры, недостаток воды, кислорода, избыток солей), что приводит к резкому снижению урожая и даже гибели посевов. Поэтому вопросы повышения устойчивости растений приобретают все большее значение. В условиях интенсивного растениеводства наблюдается неблагоприятная тенденция к снижению устойчивости сортов к погодным изменениям. Создание условий для реализации максимальной продуктивности при выращивании монокультур, выравнивание популяций по фено и генотипу в результате селекционной работы ослабляют защитные системы культурных растений, что снижает устойчивость. Из научной работы известны представления о противоположном направлении действия естественного отбора в природе, работающего на адаптивность, и искусственного отбора направленного на урожайность. Для культурных растений определяющим признаком является способность переносить неблагоприятные воздействия среды без резкого снижения ростовых процессов и урожайности. В настоящее время особое внимание уделяется выведение высокоурожайных сортов. Исследования ведутся в разных направлениях, в том числе и путем выявления генов, определяющих резистентность растений. Таким образом уже получен ряд трансгенных растений, устойчивых к вирусным инфекциям, гербицидам и насекомым. Для селекции важно знание физиологических признаков, определяющих устойчивость растений, а также способность к адаптации.

При изучении процессов устойчивости отмечаются случаи одновременного ее повышения к нескольким факторам, после действия какого - либо одного стрессора. Так, установлено, что предварительный тепловой шок повышает устойчивость к водному дефициту, засолению, тяжелым металлам. С другой стороны, повышение теплоустойчивости растений отмечено при водном дифиците, действии засоления, холодовой закалке.

Из неблагоприятных условий, которая вызывает стресс у растительных организмов, наиболее часто встречающимися стрессорами являются недостаток воды, высокая температура, низкая температура, высокая концентрация солей.

Вода является составной частью растительных организмов. Ее содержание доходит до 95% от массы организма. Вода это внутренняя среда, в которой протекает обмен веществ. Она осуществляет связь организмов, координирует их деятельность в целостном растении.

Являясь растворителем, вода обеспечивает транспорт веществ по растению и циркуляцию растворов. Вода непосредственный участник многих химических реакций. Все реакции гидролиза, многочисленные окислительно- восстановительные реакции (фотосинтез, дыхание) идут с участием воды. Вода защищает растительные ткани от резких колебаний температуры. Обеспечивает упругое тургесцентное состояние растений, с чем связано поддержание формы травянистых растений, ориентация органов в пространстве. Вода обладает высокой теплоемкостью, поэтому поглощение или потеря значительного количества тепла тканями растений сопровождается сравнительно небольшими колебаниями их температуры. Это позволяет растительному организму воспринимать колебания температуры окружающей среды как бы в смягченном виде. Содержание воды в различных органах растений колеблется в довольно широких пределах. Оно изменяется в зависимости от условий внешней среды, возраста и вида растений. Непрерывно идущие в растении два процесса - поступление и испарение воды - называют водным балансом растений. Для регулирования водного баланса в процессе естественного отбора выработались приспособления к поглощению воды (колоссально развитая корневая система), к передвижению воды (специальная проводящая система), к сокращению испарения (система покровных тканей и система автоматически закрывающихся устичьных отверстий). Физиологическое нарушение наступает у разных растений при разной степени водного дефицита. Есть растения, выработавшие в процессе эволюции разнообразные приспособления к перенесению обезвоживания (засухоустойчивость растения). Выяснение физиологических особенностей, определяющих устойчивость растений к недостатку воды - важнейшая задача, разрешения которой имеет теоретическое, но сельскохозяйственное практическое значение. Необходимы знания всех сторон водообмена растительного организма.

Защита от неблагоприятных факторов среды у растений обеспечивается особенностями анатомического строения (кутикула, корка, механические ткани и т.д.) специальными органами защиты, волоски, колючки), двигательными и физиологическими реакциями, выработкой защитных веществ (смол, фитоалексинов, фитонцидов, токсинов, защитных белков). Надежность организма проявляется в эффективности его защитных приспособлений, в его устойчивости к действию неблагоприятных факторов внешней среды: высокой и низкой температуры, недостатка кислорода, дефицита воды, засоления и загазованности среды, ионизирующих излучений, инфекции и др. Неблагоприятные факторы называют стрессорами, а реакцию организма на отклонения от нормы стрессором. При стрессе в тканях растений возрастает концентрация гормонов, тормозящих обмен веществ, этилена и АБК. При адаптации растений к стрессовым факторам обеспечивается устойчивость растений к неблагоприятным факторам роста и развития и продления возраста растений. Вопрос об устойчивости растений к засухе имеет не только теоретическое, но и практическое значение. Необходимо учитывать, что для растений важно не только и даже не столько общее годовое количество осадков, сколько их распределение по месяцам. Для большинства сельскохозяйственных растений особенно важны дожди в первую половину лета (май, июнь), но чаще всего именно этот период бывает резко засушливым. Понятие засухи включает комплекс метеорологических условий. Засуха - это длительный период бездождья, сопровождаемый непрерывным падением относительной влажности воздуха и повышением температуры. Атмосферная засуха характеризуется низкой относительной влажностью воздуха, почвенная - отсутствием доступной для растений воды в почве. Из всех физиологических процессов наиболее чувствительны к недостатку влаги является процесс роста. Наблюдения показывают, что в самый начальный период, когда растения испытывает недостаток влаги, фотосинтез еще идет, дыхание осуществляется нормальным путем, а рост уже приостанавливается. Это объясняется несколькими причинами уменьшения содержания воды прекращает редупликацию ДНК, а следовательно деление клеток. Вторая фаза роста клеток (фаза растяжения) идет за счет усиленного поступления воды. В условиях недостатка воды эта фаза резко тормозится. Клетки, образовавшиеся в условиях засухи, отличаются малым размером. Недостаток воды приводит и к другим анатомическим изменениям - большему развитию механических тканей. Торможение процессов роста, необходимое при недостатке воды, может также явиться следствием нарушения гормонального обмена. При недостатке воды увеличивается активность ингибиторов роста (абсцизовой кислоты и этилена).

С практической точки зрения чрезвычайно важным является вопрос, чем определяется степень устойчивости к засухе растений среднего типа - мезофитов, к которым относится и все наши культурные растения. Известно, что культурные растения отличаются по признаку засухоустойчивости. Такие сельскохозяйственные культуры, как сорго, просо, кукуруза, морковь отличаются значительной устойчивостью к засухе. Засухоустойчивость - это комплексный признак, связанный с целым рядом физиологических особенностей. Основным определяющим признаком для отдельных видов и сортов культурных растений является их способность переносить недостаток воды без резкого снижения ростовых процессов и урожайности. Засухоустойчивость определяется способностью растительного организма как можно меньше изменять процессы обмена веществ в условиях недостаточного водоснабжения. Так, засухоустойчивые сорта обладают способностью поддерживать синтетическую деятельность ферментов на высоком уровне даже при сильном завядании, а также способностью сохранять сопряженность окисления и фосфорилирования. Большое значение имеет анатомо- морфологические признаки - анатомические структура листьев правильно изменяется в зависимости от их ярусности.

Растения, листья которых обладают ксероморфной структурой, более устойчивы к засухе. Для характеристики устойчивости того или иного растения к засухе имеет значение величина транспирационного коэффициента. Этот показатель может служить характеристикой, указывающей на более экономное расходование воды. Сравнение расходования воды с накоплением сухого вещества растением достоверно. В настоящее время делается попытка получения трансгенных растений, у которых в геном вводятся гены, кодирующие ферменты синтеза протекторных соединений, например, пролина. Наряду с селекционной работой предложены методы так называемого предпосевного закаливания растений к засухе. Было отмечено, что растения перенесшие засуху, становятся более устойчивыми к обезвоживанию [1].

Засухоустойчивость ряда сельскохозяйственных культур повышают микроэлементы ( цинк, медь). Устойчивости к засухе в полевых условиях способствуют выращивание сельскохозяйственных культур с соблюдением зональных технологий их возделывания. водный растение засуха

Существование различных типов засухи, региональных ее особенностей сильно затрудняет селекцию сельскохозяйственных растений на засухоустойчивость, требует учета многих видовых, структурно анатомических и физиолого - биохимических показателей растения. Так, засухоустойчивые сорта культур при значительном водном дефиците отличаются синтетической направленностью работы ферментативных систем, содержат больше связанной воды, имеют повышенную концентрацию клеточного сока, высокий температурный порог коагуляции белков, интенсивное накопление сухого вещества, устойчивую пигментную систему, боле четкие признаки ксероморфности [2. 3].

Литература

Якушкина Н.Н. Физиология растений. М. Владос. 2005. 463 с.

Полевой В.В. Физиология растений. М.Высшая школа. 1989. 464 с.

Карбозова Б.Е. Применение микроудобрений под сою. Тезисы докладов Республиканской научно- теоретической конференции « Сейфулинские чтения - 2». Т.1. С. 18.

Размещено на Allbest.ru