Влияние повышенной температуры на растения

Растения различаются по способности выносить повышенные температуры. Большинство растений начинают страдать при температуре 35—40°С. Лучше переносят повышенную температуру обезвоженные органы: семена до 120°С, пыльца до 70°С. Однако есть высшие растения, главным образом растения пустынь (например, суккуленты), которые переносят повышение температуры до 60°С. Некоторые водоросли, грибы и бактерии могут переносить еще более высокую температуру. Наиболее термофильными являются микроорганизмы (бактерии, некоторые водоросли), обитающие в горячих источниках и в кратерах вулканов, которые способны переносить повышение температуры до 100°С.

Температура транспирирующих листьев ниже температуры воздуха. Обычно растения снижают температуру с помощью транспирации и таким образом избегают перегрева. Водный дефицит, который возникает при недостатке воды, увеличивает неблагоприятное действие повышенных температур. Высокая температура оказывает губительное влияние на организмы, что вызывает повреждения мембран и белков. Различные белки-ферменты денатурируют при различной температуре. Однако даже частичная денатурация некоторых наиболее термолабильных ферментов приводит к нарушению согласованности процессов обмена. Накапливаются растворимые азотистые соединения и другие ядовитые промежуточные продукты обмена, в результате чего происходит гибель клеток.

Непосредственной реакцией на температурное воздействие является изменение текучести мембран. Под влиянием высокой температуры в мембранах увеличивается количество ненасыщенных фосфолипидов. В результате состав и структура мембраны изменяются и, как следствие, происходит увеличение проницаемости мембран и выделение из клетки водорастворимых веществ. Повышенная текучесть мембранных липидов при высокой температуре может сопровождаться:

потерей активности связанных с мембранами ферментов,
нарушением работы переносчиков электронов.

От состояния липидов в тилакоидах хлоропластов в значительной степени зависят фотохимические реакции и фотофосфорилирование. Высокая температура тормозит как фотосинтез, так и дыхание. Уменьшается сопряженность энергетических процессов. Особенно чувствителен к повышенной температуре фотосинтез. Депрессия этого процесса обычно начинается уже при 35—40°С. Необходимо заметить, что при повышенных температурах уменьшается активность фитогормонов. Резко падает активность гиббереллинов, что является одной из причин торможения ростовых процессов.

Организмы в зависимости от их температурного оптимума можно разделить на:

термофильные (выше 50°С),
теплолюбивые (25-50°С),
умеренно теплолюбивые (15-25°С),
холодолюбивые (5-15°С).

Среди высших растений термофильных организмов нет.

Устойчивость растений к высоким температурам называют жароустойчивостью, или термотолерантностью. Повышенная температура особенно опасна для растений при сильной освещенности. Существует определенная связь между условиями жизни растений и их жароустойчивостью. Чем суше местообитание и чем выше температура воздуха, тем больше жароустойчивость организма.

По жароустойчивости растения можно разделить на 3 группы:

1) жаростойкие – главным образом низшие растения, например, термофильные бактерии и сине-зеленые водоросли. Эта группа организмов способна выдерживать повышение температуры до 75-90°С;

2) жаровыносливые – растения сухих мест обитания: суккуленты (выдерживают повышение температуры до 60°С) и ксерофиты (до 54°С);

3) нежаростойкие – мезофиты и водные растения. Мезофиты солнечных мест обитания могут переносить +40-47°С, затененных – приблизительно +40-42°С; водные растения, кроме сине-зеленых водорослей, выдерживают повышение температуры до 38-42°С.

Адаптация растений к высоким температурам. В процессе эволюции формировались и закреплялись различные механизмы адаптации, делающие растение более устойчивым к высоким температурам. Выработка таких механизмов шла в нескольких направлениях:

уменьшение перегрева за счет транспирации;
защита от тепловых повреждений (опушение листьев, толстая кутикула);
стабилизация метаболических процессов (более жесткая структура мембран, низкое содержание воды в клетке);
высокая интенсивность фотосинтеза и дыхания.

В случаях, если повреждающее действие высокой температуры превышает защитные возможности морфо-анатомических и физиологических приспособлений, включается следующий механизм защиты: образуются так называемые белки теплового шока (БТШ). БТШ – это последний «рубеж обороны» живой клетки, который запускается в ответ на повреждающее действие высоких температур. Они были открыты в 1962 г. у дрозофилы, потом у человека, затем у растений (1980 г.) и микроорганизмов. БТШ помогают клетке выжить при действии температурного стрессора и восстановить физиологические процессы после его прекращения. БТШ образуются в результате экспрессии определенных генов. Некоторые из этих БТШ синтезируются не только при повышенной температуре, но и при других стресс-факторах, например, при недостатке воды, низких температурах, действии солей.

Для повышения устойчивости к высоким температурам используют различные методы закаливания. Так, чередование действия повышенных температур и нормального режима, позволяет получить более жаростойкие растения. Аналогичный эффект наблюдается после выдерживания семян пшеницы в течение 8 ч при постепенном повышении температуры от 20 до 50°С. Повышение жаростойкости также достигается обработкой семян хлоридом кальция, сульфатом цинка, борной кислотой.

Источник

Как температура воздуха влияет на растения?

“Температура-ключевой фактор роста и развития растений. Наряду с уровнями света, углекислого газа, влажности воздуха, воды и питательных веществ, температура влияет на рост растений и в конечном итоге урожайность сельскохозяйственных культур. Все эти факторы должны быть сбалансированы. Температура влияет на растение как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.”

По исследованиям Канна

Неудивительно, что большая часть исследовательской работы была сделана в правильных температурных стратегиях для эффективного производства теплиц. Однако оптимальная температура для растения зависит от целого ряда факторов. Реакция растения на атмосферную температуру вокруг него, зависит от того, на какой стадии развития находится это растение. Растения имеют своего рода биологические часы, определяющие их чувствительность к температуре.

Различия между температурой воздуха и температурой растений

Большинство биологических процессов ускоряются при более высоких температурах, и это может иметь как положительные, так и отрицательные последствия. Например, более быстрый рост или производство фруктов является одним из преимуществ, в большинстве случаев. Однако чрезмерное дыхание, которое происходит, неблагоприятно, потому что это означает, что энергии для развития плода будет меньше, соответственно, плоды будут меньше. Некоторые эффекты кратковременны, в то время как другие более длительны. Ассимиляционный баланс растения, например, зависит от температуры и немедленно нарушается. Цветочная индукция, с другой стороны, определяется климатом в течение гораздо более длительного периода.

“Мы можем представить себе это, используя метафору движения на шоссе. Устьица являются выходными маршрутами, которые позволяют транспортному потоку стекать с шоссе. Когда есть много автомобилей на открытии выездных дорог, выходящие автомобили должны замедляться,и движение накапливается. Когда машин становится меньше, движение транспорта ускоряется. То же самое происходит и с молекулами воздуха, и с молекулами водяного пара в воздухе. Если существует более высокая концентрация их вокруг устьиц (путей выхода), то они могут выйти из устьиц менее быстро, и они будут поддерживаться. Вот что происходит, когда VPD высока. Это означает, что растение может охлаждаться менее эффективно, и это вызывает стресс. Кроме того, вода будет конденсироваться, образуя тонкую пленку на поверхности листа, и это идеальная среда для патогенов.”

Температура растений и температура воздуха неодинаковы, потому что растения способны охлаждаться через испарение и нагреваться через излучение. Растения стремятся достичь оптимальной температуры, и в этом случае важен баланс между температурой воздуха, относительной влажностью и освещенностью. при высоком уровне освещенности растение нагревается, что приводит к разнице между температурой растения и температурой воздуха. Чтобы остыть, скорость испарения растения должна увеличиться. Как и температура, скорость транспирации зависит от условий окружающей среды, таких как свет, уровень атмосферного CO2 и относительная влажность воздуха, но также и от вида растения.

Растения состоят из различных частей, которые по-разному реагируют на температуру. Температура плодов тесно связана с температурой воздуха; когда температура воздуха повышается, температура плодов также повышается, и наоборот. Однако температура плодов будет колебаться меньше, чем температура воздуха, и потребуется больше времени (иногда на пару часов), чтобы подняться или упасть, чем температура воздуха. Температура цветков, напротив, выше температуры воздуха или листьев, а лепестки раскрываются с гораздо меньшей скоростью, чем листья. Температура растений в верхней части кроны будет подвергаться большим колебаниям, чем в нижней части кроны. Верхняя часть также нагреет вверх более легко через излучение и поэтому достигает более высокие температуры чем воздух когда светлые уровни высоки.

Дефицит Давления Пара

Относительная влажность окружающей среды зависит от температуры и скорости ветра. Более высокие температуры обычно приводят к повышенной транспирации. Это отчасти объясняется тем, что молекулы движутся быстрее, но теплый воздух также может вместить больше водяного пара. когда нет движения воздуха, воздух вокруг листьев будет насыщаться водяным паром, замедляя процесс испарения. если воздух насыщен водой, пленка воды будет конденсироваться на листьях и вокруг них, обеспечивая хорошую среду для патогенов, которые могут атаковать растение.

Дефицит давления пара (ДДП) можно сравнить со счетчиком оборотов в автомобиле. При увеличении оборотов стрелка счетчика оборотов поворачивается и входит в красную зону. Это не повредит двигателю сразу, но повредит, если автомобиль будет продолжать двигаться таким образом в течение длительного периода. То же самое относится и к растениям: когда ДДП слишком высок в течение более длительного периода времени, растение не в состоянии восстановиться в последующую ночь и может произойти необратимое повреждение растений (сожженные листья или лепестки).

Разница в содержании водяного пара между воздухом и точкой насыщения называется дефицитом давления пара (ДДП). Чем выше ДДП, тем больше воды растение может выделять через транспирацию. Однако, если ДДП слишком велик, растение может стать напряженным, потому что оно не может заменить количество воды, которое оно теряет через транспирацию. Это не вызывает проблем в течение короткого периода времени-растение будет поглощать достаточно воды на следующую ночь, чтобы восстановиться. но когда ДДП остается высоким в течение более длительного периода, растение не может восстановиться на следующую ночь, и может произойти необратимое повреждение растения, такое как сожженные листья или лепестки.

Измерения толщины листьев дают визуальное представление о потенциале растения к восстановлению. Листья на самом деле становятся тоньше в течение дня, потому что они теряют воду через транспирацию, но когда лист тоньше на одну ночь, чем это было предыдущей ночью, это признак того, что растение не смогло восстановиться. Поэтому может показаться заманчивым держать уровень ДДП низким, чтобы избежать каких-либо повреждений, но в этих условиях растение не стимулируется расти и быть активным, что может иметь негативные результаты, когда растение сталкивается с ситуациями стресса.

В целом, сравнение со счетчиком оборотов автомобиля может быть сделано. По мере увеличения оборотов двигателя стрелка счетчика оборотов поднимается выше и входит в красную зону. Это не повредит двигатель сразу, но это будет, если игла остается в красной зоне слишком долго. Для большинства растений ДДП должен составлять от 0,45 до 1,25, выраженных в килограммах Паскаля (кПа единица измерения давления) с оптимальным значением около 0,85 кПа. ДДП следует более или менее той же схеме, что и уровни окружающего облучения; утром он поднимается, как только начинает светить солнце, достигая пика около полудня, а затем постепенно уменьшается снова. Для расчета ДДП необходимо сначала знать температуру воздуха, температуру растений и относительную влажность.

Большая часть воды в атмосфере присутствует в виде водяного пара. Водяной пар невидим, но мы можем заметить его присутствие по тому, насколько комфортно мы себя чувствуем (более высокая влажность заставляет нас чувствовать себя липкими и менее комфортными). Видимость также зависит от количества водяного пара в воздухе. Облака видны, потому что водяной пар, который они содержат, остыл до такой степени, что молекулы воды начинают конденсироваться и образуют крошечные капельки воды или даже кристаллы льда в воздухе. Мы можем видеть их как облака.

Устьица

Растения способны регулировать процесс транспирации и охлаждения с помощью специализированных растительных органов, называемых устьицами. Устьица – это крошечные отверстия в листьях, которые могут открываться или закрываться, ограничивая количество водяного пара, которое может выйти наружу. Чем выше температура поднимается, тем больше устьица будут открываться. Трудно измерить апертуру устьиц, поэтому мы можем использовать ДДП для оценки этого. По мере того как устьица раскрываются шире, в листья и из них может проникать больше газов.

Факторы окружающей среды влияют на скорость, с которой происходит этот процесс (устьичная проводимость) – например, более высокая относительная влажность приводит к более быстрой проводимости, в то время как более высокие уровни co2 снижают скорость устьичной проводимости. Но на проводимость влияют и другие факторы, помимо факторов окружающей среды, такие как гормоны растений и цвет света, который получает растение (длина волны). Абсцизовая кислота инкрети завода отрегулирует концентрацию Иона в устьицах и причинит устьица раскрыть очень быстро, в пределах как раз немного минут. Свет на более коротких длинах волн (около 400-500 Нм, то есть синий свет) заставляет устьица раскрываться шире, чем свет на более длинных длинах волн (около 700 Нм, то есть красный свет).

Это цветная сканирующая электронная микрофотография (Сэм) нижней листовой поверхности садовой розы Rosa sp.- показывает открытую стому. Стома представляет собой крошечную пору, окаймленную двумя почечными защитными клетками. Открытие пор позволяет газам проникать в ткани листьев и выходить из них, что очень важно для фотосинтеза. Поры закрываются ночью или в сухие периоды, чтобы предотвратить потерю воды.

Оптимальная дневная и ночная температура

Различные процессы происходят в растении в течение дня и ночью, и оптимальная температура для растения будет отличаться соответственно. Транспортировка сахаров происходит преимущественно в ночное время суток и преимущественно в сторону более теплых частей растения. Листья остывают быстрее, чем плоды и цветы, и поэтому большая часть доступной энергии идет в эти части растения, которым нужна энергия для роста и развития.

Оптимальные сочетания дневной и ночной температур были исследованы в первой в мире кондиционированной теплице-фитотроне, созданной в Калифорнийском технологическом институте в 1949 году. Эксперименты показали, что растения томата росли выше при сочетании высокой температуры в течение светового периода и более низкой температуры в течение темного периода, чем когда температура поддерживалась постоянной. Эта способность растений “различать” колебания температуры в течение дня и ночи называется термопериодизмом, и она оказывает влияние на цветение, плодоношение и рост.

Количество сахара, которое транспортируется к растущей ткани, где энергия необходима для поддержания более высоких уровней дыхания, может быть ограничено, когда ночные температуры выше, и, таким образом, рост также может быть ограничен. Было также обнаружено, что удлинение стебля может происходить при сочетании высоких дневных температур и низких ночных температур. Низкая ночная температура улучшает водный баланс в растении, что является основной причиной увеличения удлинения стебля. Таким образом, температуру можно использовать как инструмент регулирования высоты растений, но низкие ночные температуры также могут экономить энергию. Термин термоморфогенез используется для описания термопериодических эффектов на морфологию растений.

Оптимальная температура воздуха также зависит от интенсивности света и количества углекислого газа в воздухе. Растения функционируют аналогично холоднокровным животным, так как их метаболизм и скорость фотосинтеза увеличиваются в соответствии с температурой окружающего воздуха. когда температура очень низкая (насколько низкая, зависит от сорта растения), фотосинтез практически не происходит, независимо от количества света. Скорость фотосинтеза возрастает с повышением температуры воздуха. когда свет и температура находятся в равновесии, уровень окружающего CO2 будет ограничивающим фактором. если имеется достаточное количество CO2, скорость фотосинтеза будет увеличиваться с повышением температуры, хотя другие факторы также играют определенную роль, такие как фермент рубиско.

Рубиско имеет решающее значение для фотосинтеза. В некоторых случаях происходит процесс, известный как фотореспирация – это когда рубиско связывается с кислородом, а не с углекислым газом, как это происходит при нормальном фотосинтезе. Уровень CO2 и оптимальная температура будут ниже при низком освещении, чем при высоком, и активность фермента также возрастает при более высоких температурах.

Интеграция перепада и температуры (ИПТ)

Концепция диф касается взаимосвязи между дневными и ночными температурами. Влияние суточного изменения температуры на продольный рост стеблей растений зависит от разницы (ИПТ) между дневной и ночной температурами (которая рассчитывается путем вычитания ночной температуры из дневной температуры), а не от отдельных и независимых ответов на дневные и ночные температуры. Другими словами, важна именно эта разница температур, а также то, какая температура выше – ночная или дневная.

Рост листвы не сильно зависит от ИПТ, но влияет на рост междоузлий стволовых секций. Растения, выращенные при положительной диф, выше растений, выращенных при нулевой диф, а растения, выращенные при нулевой диф, выше и имеют более длинные междоузлия, чем растения, выращенные при отрицательной ИПТ. другие важные морфогенетические реакции на отрицательную диф (то есть когда дневная температура ниже ночной) включают укороченные черешки, цветоносы, цветоносы и листья.

Различия в удлинении междоузлий и расширении листьев являются результатом различий в процессе удлинения клеток и / или деления клеток. Когда ИПТ отрицателен, оба этих процесса ингибируются, и это может быть результатом снижения активности гиббереллина в субапикальной меристеме (растительной ткани, ответственной за рост). Гиббереллин – это растительный гормон, стимулирующий рост растений. Диф оказывает наибольшее влияние на удлинение стебля в период быстрого роста, поэтому сеянцы более чувствительны, чем взрослые растения, к перепадам дневных и ночных температур. Поэтому отрицательная диф на ранней стадии удлинения стебля важна для ограничения высоты растения.

Удлинение стебля также может быть вызвано более коротким перепадом температуры (около двух часов) в течение 24-часового ежедневного цикла роста, обычно во время или непосредственно перед первым дневным светом, но в течение темного периода. Наиболее сильная реакция на изменение температуры наблюдается в первые часы светового периода у длинно-дневных растений, коротко-дневных растений и дневно-нейтральных растений. Таким образом, падение температуры в течение последних двух часов ночи повлияет на высоту растений. Это обычно легко сделать в теплицах во время осени холодных климатических зон из-за Естественно низкой ночной температуры.

Изменение чувствительности удлинения ствола к температуре в течение дневного и ночного периодов может контролироваться эндогенным ритмом роста. Циркадный ритм роста (продолжающийся около 24 часа) был определен в 1994 году в хризантеме. Удлинение стебля растения не является постоянным в течение 24-часового светового и темного цикла. Как коротко-дневные растения, так и длинно-дневные растения, выращенные в цветочно-индуктивных условиях, удлиняются быстрее ночью, чем днем. Орхидеи нуждаются в период низкой ночной температуры, чтобы цвести.

Интеграция температуры является одной из стратегий, используемых производителями. Определяется минимальная и максимальная температура для урожая, и эта температура может изменяться до тех пор, пока сохраняется средняя температура в течение более длительного периода. Эта стратегия максимально использует природное тепло.

Температура воздуха является основным экологическим фактором, влияющим на развитие и скорость роста растений. Однако температура воздуха никогда не является изолированной проблемой. каждый фактор роста растений взаимосвязан с любым другим фактором, и задача состоит в том, чтобы найти любое слабое звено в цепи. В этой статье мы рассмотрели многие из этих факторов, но есть и другие, которые не менее важны, такие как водный баланс и, следовательно, косвенно, транспирация. все что есть или будет происходить в растении делает это при первой контрольной точке температуры воздуха; получение этого права – первый шаг на долгом пути к успешному растениеводству.

Выбрать светильник для растений можно тут:https://kublight.ru/svetilniki-dlya-rastenij

Источник