Тема: Зависимость роста от внешних и внутренних факторов

План

1. Влияние условий внешней среды на рост растений

2. Влияние внутренних факторов на рост растений

3. Движения растений

4. Ритмы физиологических процессов

5. Биотехнология

1. Влияние условий внешней среды на рост растений

Температура

Для осуществления ростовых процессов требуется достаточное количество тепла. Изменение температуры окружающей среды от 0 до 40^ºС усиливает рост растений, причём каждые 10^ºС повышают скорость роста в 2-2,5 раза (правило Я. Вант-Гоффа).

Свыше 45⁰С скорость роста снижается вследствие коагуляции белков и инактивации ферментов. При температуре ниже 0^ºС рост у большинства растений приостанавливается либо затухает вообще.

Среди мезофильных растений выделяют следующие группы:

- теплолюбивые min >10 ºC, opt 30-40 ºС, max 40-50 ºС

(кукуруза, огурец, дыня, тыква, бук, каштан, соя, гречиха и др.)

- холодостойкие min 0-5 ºС, opt 25 ºС, max 35-40 ºС

(ива, берёза, сосна, ель, лиственница, рожь, ячмень, пшеница и др.).

Отдельные ткани и органы имеют разные кардинальные температурные точки. Например, для прорастания семян пшеницы достаточно 0-5 ºС, рост листьев начинается при 6-8ºС, а тычиночных нитей – при 15 ºС. Следовательно, на протяжении вегетационного периода положение кардинальных точек меняется.

Температурный оптимум для роста может не совпадать с температурным оптимумом для других процессов. Например, температурный оптимум для ростовых процессов более высокий, чем для фотосинтеза, поэтому в условиях высоких температур может не хватать АТФ и НАДФН, что вызывает торможение синтеза органических веществ и, следовательно, роста. Процесс дыхания активнее протекает при температуре 40 и выше градусов, что усиливает и ростовые процессы, приводящие к потери сухой массы растений.

Растительный организм чутко реагирует на скорость перехода от одной температуры к другой, если повышение происходит быстро, даже в пределах ее оптимальных значений, рост замедляется.

Положительное влияние на рост оказывает чередование различной ночной и дневной температурой (суточный термопериодизм). Растения умеренной зоны лучше растут, если ночная температура на 5-7 ºС ниже дневной, тропиков – 3-5 ºС. Например, для роста гороха более благоприятно чередование ночных и дневных температур, для растений томата лучше днем +26, а ночью +17- +19 ºС. Низкие ночные температуры повышают урожайность картофеля, сахаристость корнеплодов.

В течение вегетационного периода температура корнеобитаемого слоя днём на 3-8 ºС должна быть ниже температуры воздуха.

Свет

Влияние света на рост проявляется через процесс фотосинтеза, как основного процесса поставляющего строительный материал и энергию. В непрерывной темноте тормозится деление клеток и дольше идет растяжение, что приводит к удлинению междоузлий, листовые пластинки недоразвиты, лишены хлорофилла, у растений плохо развита механическая ткань. Такие растения называют этиолированными. Это является важной приспособительной особенностью для быстрого выноса листьев на свет.

Для роста и развития разных органов требуется различная освещенность. Так корневая система растений, выросших на свету, имеет большие размеры. Нужен свет и для нормального развития листа. В кроне взрослых деревьев самые крупные пластинки листа имеют листья, испытывающие некоторое затенение. При более сильном освещении листья становятся мельче, но толще, с более развитой столбчатой паренхимой. Проростки и всходы древесных растений для своего нормального роста и развития требуют меньшей силы света, чем взрослые растения.

Растения активно реагируют на поглощение различных частей спектра – фотоморфизм – это зависимые от света процессы роста и дифференцировки растений, определяющие его форму и структуру. Наиболее активно растения регулируют свой рост под действием красного и синего излучения. Это происходит благодаря действию пигментных систем фитохром и криптохром.

Фитохром – этот белок-хромопротеид, имеющий сине-зелёную окраску. Поглощает красный свет. Существует в клетках всех органов, особенно в меристематических. Связан с плазмолеммой, в мембранах хлоропластов, митохондрий и ядра. Существует в двух формах Р₆₆₀ (Ф₆₆₀) и Р₇₃₀ (Ф₇₃₀).

Р₆₆₀ поглощая красные лучи, мгновенно переходит в Р₇₃₀ – это физиологически активная форма, которая контролирует многие реакции.

красн. свет (коротковолн. лучи)

Ф_к (Р₆₆₀) Ф_ДК (Р₇₃₀) – физиолог. активная форма

дальний к.с. (в темноте)

Действие спектров света прослежено на прорастании семян. Если семена облучать красным светом (ближним красным светом) в течение 1 мин, они быстро прорастают, а если эти семена облучать ДКС, то они не прорастут.

Фитохром Р₇₃₀ активирует гены, ферменты, увеличивает проницаемость мембран, участвует в регуляции многих процессов: дифференцировки тканей и органов, разных ростовых реакций, движений хлоропластов, способствует фотопериодической реакции растений, участвует в регуляции фитогормонов, регулирует начало цветения, поэтому почки на дереве распускаются быстрее на освещённой стороне. Р₆₆₀ контролирует опадение листьев, старение и переход к покою, а также рост стебля и гипокотиля, влияет на синтез антоцианов.

Криптохром – поглощает лучи синей части спектра 320-390 нм. Это жёлтый пигмент рибофлавин. Локализован на мембранах ядра.

Криптохром вызывает фототропический изгиб проростка, угнетает прорастание семян, регулирует открывание устьиц, определяет продолжительность дня.

Синие и фиолетовые лучи стимулируют деление, но задерживают растяжение клеток (часто растения при этом имеют розеточную форму, они низкорослые, характерно для горных растений). Ультрафиолетовый свет задерживает рост, но в небольших дозах стимулирует его. При нехватке сине-фиолетовых лучей может быть частичная этиоляция.

Влажность почвы и воздуха

Хорошее водоснабжение – обязательное условие интенсивного роста. При недостатке влаги в почве у растений быстро заканчивается фаза растяжения клеток, поэтому растения низкорослые, но с хорошо дифференцированными тканями, в результате формируется ксероморфная структура. В ответ на недостаток воды торможение роста надземных органов наступает раньше, чем торможение всех других физиологических функций. При высокой влажности нарушается аэрация почвы, и рост угнетается продуктами брожения, корни у растений мелкие, корневых волосков мало или они совсем отсутствуют, проводящие и механические ткани развиты плохо, листья тонкие и рассеченные; клеточные стенки тонкие, а устьица недоразвиты или отсутствуют. Оптимальная влажность почвы для засухоустойчивых растений – 40% ПВ, мезофитов 60-70% ПВ, для гигрофитов – 80% ПВ.

Влажный воздух стимулирует рост стебля, а сухой ограничивает его.

Минеральное питание

Рост растений зависит от обеспеченности растений минеральными веществами, особенно N, P и K, а также другими макро- и микроэлементами.

Для нормального роста необходимо сбалансированное снабжение растения всеми элементами питания, особенно азотом, так как он входит не только в состав белков, но и гормонов. Однако избыточное внесение удобрений, особенно азотных, приводит к росту вегетативных органов и тормозит заложение цветков. Это полезно при выращивании трав, зеленных овощных культур, но снижает урожай плодов и семян.

Газовый состав (аэрация)

Для роста растений необходим кислород. В первую очередь недостаток О₂ сказывается на дыхании (особенно корней). Оптимальной концентрацией кислорода для роста корней считается 8-10%. Снижение до 5-3% приводит к ингибированию роста корней. Даже при затоплении у некоторых растений включаются механизмы адаптации, позволяющие использовать кислород нитратов или воздухоносных тканей, и растение не гибнет. При повышении температуры почвы потребность корней в кислороде возрастает.

Избыток CO₂ вызывает кратковременное усиление роста за счет повышения фотосинтеза, приводящее к удлинению нижних междоузлий и однолетние растения, особенно злаки, могут полегать. Однако накопление СО₂ в атмосфере вызывает остановку роста, а затем торможение и других процессов. Растение впадает в состояние анабиоза.

Высокая концентрация СО₂ в плодах служит причиной, задерживающей прорастание семян и удлиняет лежкость плодов при хранении.

Закон минимума и взаимодействия факторов роста

Рост и развитие растений ограничивается тем фактором, который оказывается в минимуме. Максимальный рост растений обеспечивается при оптимальном уровне всех факторов среды и их взаимодействии. Действие факторов равноценно и выражается одновершинной кривой.