Стійкість до нестачі кисню
Умови кисневої недостатності виникають при тимчасовому чи постійному перезволоженні, при заболочуванні ґрунту, при вимоканні рослин, утворенні крижаної кірки на озимих посівах, в результаті асфальтування у містах, в процесі зрошувального землекористування, при зберіганні сільськогосподарської продукції і т.п.
Незважаючи на низький вміст кисню в заболочених чи затоплюваних ґрунтах, багато видів рослин пристосувалися до цих умов. Пристосування до нестачі кисню спрямовані на збереження близького до нормального рівня вмісту кисню в тканинах і на адаптацію до функціонування при зниженій концентрації кисню в середовищі.
У рослин, корені яких постійно зазнають брак кисню, в процесі тривалої еволюції з'явилися різноманітні зміни в морфо-анатомічній будові тканин: розростання основи стебла, утворення додаткової поверхневої кореневої системи, вентиляційних систем міжклітинників, аеренхіми. В забезпеченні киснем кореневої системи істотна роль листків, а в деревних — і сочевичок галузок та стовбурів. В ряді рослин частка кисню, що надходить у корені за рахунок транспорту його з надземної частини, складає 8-25% .
Використання зовнішнього джерела кисню і доставка його в корені, що знаходяться в умовах гіпоксії чи аноксії (нестачі чи відсутності кисню), не може цілком забезпечити потреби рослини.
Тому з'являються фізіолого-біохімічні (метаболічні) пристосування для існування рослин при зниженій концентрації кисню. Вони полягають в зниженні загальної інтенсивності дихання і використання дихальних субстратів, хоча запаси субстратів достатні.
Інший тип пристосувань пов’язаний з перебудовами шляхів дихання, необхідними насамперед для підтримки синтезу АТР, достатнього для збереження життєдіяльності рослин. При гіпоксії пристосувальну роль може мати збільшення активності пентозофосфатного шляху дихання за умови, що є можливість окислення утвореного в його ході NADPH. При посиленні анаеробіозу переважаючим стає гліколітичний шлях катаболізму глюкози. Незважаючи на малу енергетичну ефективність гліколізу, роль його для тимчасового перебування умов анаеробіозу дуже велика, особливо, якщо функціонують і системи детоксикації продуктів анаеробного розпаду (етилового спирту, молочної кислоти). Детоксикація полягає як у видаленні цих речовин, так і у залученні їх в обмін.
При відсутності в анаеробних умовах кисню як кінцевого акцептора електронів пристосувальними виявляються процеси так званого аноксичного ендогенного окислення, у ході якого електрони переносяться на такі речовини, як нітрати, подвійні зв'язки ненасичених сполук (жирні кислоти, каротиноїди). Перенос електронів на подібні акцептори відіграє роль «запасного виходу» і сприяє продовженню життя рослин в даних умовах.
В даний час питання про підвищення стійкості рослин до недостачі кисню тільки починає розроблятися. Одним з агротехнічних заходів, що підвищують стійкість рослин до надлишкового водопостачання, є обробка рослин і замочування насіння у розчинах хлорхолінхлориду. Зменшення гальмування росту і підвищення врожаю при затопленні ячменю спостерігалося також при передпосівному намочуванні насіння у 0,001-0,0001 %-вому розчині нікотинової кислоти.
Газостійкість
Газостійкість — це здатність рослин зберігати життєдіяльність при дії шкідливих газів. На ступінь газостійкості рослин впливають фізико-географічні і метеорологічні умови. Рослини не володіють сформованою в ході еволюції системою адаптації до шкідливих газів, і тому властивість протистояти ушкоджуючій дії газів ґрунтується на механізмах стійкості до інших несприятливих факторів. Це пов'язано з тим, що сучасна нам флора формувалася в умовах, при яких вміст шкідливих газів (внаслідок вулканічної діяльності, пожеж, хімічних процесів) в атмосферному повітрі був дуже малий. Такий склад повітря сформувався близько 1 млрд. років тому як наслідок життєдіяльності автотрофів. Очевидно, звільнення первинної атмосфери Землі від аміаку, сірководню, метану, оксиду вуглецю й ін. речовин активно здійснювали рослини-автотрофи протерозойської і палеозойської ер, які повинні були мати механізми газостійкості. Але по мірі зростання кисню в атмосферному повітрі і зменшення в ньому вмісту шкідливих газів ці механізми були втрачені.
Забруднення атмосфери, пов'язане з розширенням виробничої діяльності людини, зростає в таких катастрофічних масштабах, що системи авторегулювання біосфери вже не справляються з його очищенням. У результаті різних видів діяльності людини (промисловість, автотранспорт і ін.) у повітря виділяється більш як 200 різних компонентів. До них відносяться газоподібні сполуки: сірчистий газ (SO2), оксиди азоту (NO, NО2), чадний газ (СО), сполуки фтору й ін., вуглеводні, пари кислот (сірчаної, сірчистої, азотної, соляної), фенолу й ін., тверді частинки сажі, золи, пилу, що містять токсичні оксиди свинцю, селену, цинку і т.д. У промислово розвинутих країнах на 52,6 % повітря забруднене діяльністю транспорту, на 18,1%-опалювальними системами, на 17,9% — промисловими процесами і на 1,9 і 9,5% — за рахунок спалювання сміття й інших процесів відповідно.
Забруднюючі атмосферне повітря компоненти (ексгалати) по величині частинок, швидкості осідання під дією сили тяжіння й електромагнітному спектру розділяють на пил, пару, тумани і дим.
Гази і пара, легко проникаючи в тканини рослин через продихи, можуть безпосередньо впливати на обмін речовин клітин, вступаючи в хімічні взаємодії вже на рівні клітинних стінок і мембран. Пил, осідаючи на поверхні рослини, закупорює продихи, чим погіршує газообмін листків.