Устойчивость плодовых и декоративных растений к высоким температурам: физиологический аспект
Определение жароустойчивости плодовых и декоративных растений. Типы воздействия на них высоких температур воздуха в течении летнего периода. Биологические особенности проявления температурного стрессора. Возможные механизмы адаптации растений к перегреву.
Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 29.04.2017 |
Размер файла | 325,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Устойчивость плодовых и декоративных растений к высоким температурам: физиологический аспект
Дорошенко Т.Н.
Многолетние растения часто подвержены действию различных неблагоприятных факторов среды. Важнейшим из них является экстремальная (высокая) температура воздуха, оказывающая негативное влияние на вегетативный рост и генеративное развитие растений в течение летнего периода в южных регионах России [1,7].
Очевидно, для рационального размещения пород и сортов плодовых и декоративных культур на соответствующих территориях необходимо располагать сведениями об особенностях адаптации растений к температурному стрессору и совокупностью надежных критериев их жароустойчивости. Последнее и явилось целью наших исследований.
Исследования проводили в различных природных условиях южного региона Российской Федерации в 2011 и 2012 годах. Изучали показатели жароустойчивости растений яблони восточной, терна, шиповника в лесных насаждениях (Краснодарский край, Северский район, почвы - серые лесные), различных сортов яблони на подвое М 9 (Голден Делишес, Флорина) и сливы на сеянцах алычи (Стенлей, Прикубанская) в садах учхоза "Кубань" КубГАУ (г. Краснодар), заложенных в 1997-1998 г.г. по схемам 4х2 и 8х4 м соответственно (почвы - черноземы выщелоченные), а также сортов чайно-гибридной розы Софи Лорен (контроль) и Венделла, привитых на шиповнике (почвы - черноземы выщелоченные).
Отбор образцов для анализов осуществляли в летний период на фоне естественного повышения температуры воздуха до "критических" для роста и развития растений значений. Кроме того, высокие температуры моделировали в климатической камере "Binder" КВ 53. При этом у опытных растений в утренние часы (температура воздуха 21-23°С) отделяли побеги, помещали их в климатическую камеру и выдерживали в течение трех часов при температуре 50± 2°С.
Жароустойчивость, а также содержание в листьях растений белков и свободных аминокислот определяли общепринятыми методами, изложенными в специальной литературе [5,6]. Повторность анализов - двукратная. Результаты опытов обрабатывали методами математической статистики [3].
В процессе эволюции различные растения по-разному приспосабливались к соответствующим тепловым условиям. Причем особенности адаптации и устойчивость растений к экстремальным температурам воздуха зависели от их жизненной (биологической) формы. Так, деревья на протяжении значительной части летнего периода отличаются большей жароустойчивостью, чем кустарники (рис. 1).
При температуре 500С повреждение листьев у растений яблони восточной (Malus orientalis Uglitzk) и терна (Prunus spinosa L.), произрастающих в лесах предгорной зоны (Краснодарский край), не превышает 20%. В тех же условиях у шиповника (Rosa canina L.) данный показатель в июне - июле достигает 95%. И это вполне объяснимо, если учесть, что кустарники шиповника, как правило, размещаются в подлеске, отличающемся благоприятным для жизнедеятельности тепловым режимом.
Влияние высокой (50± 1°С) температуры на повреждение листовых пластинок у деревьев и кустарников (предгорная зона Краснодарского края, в среднем за 2011-2012 г.г.)
Известно [7], что большинство растений начинают страдать при температуре 35-40°С. Получены данные, свидетельствующие о различной реакции растений изучаемых пород на повышение температуры окружающей среды до "критических" значений (рис. 2).
В июне - июле при температуре 50± 1°С повреждение листьев у яблони составляет лишь 0-5 %, у сливы - 3-22 %, а у чайно - гибридной розы достигает 20 - 40 %. При повышении же температуры до 55± 1°С степень повреждения листовой пластинки увеличивается до 15, 50 и 55 % соответственно. Таким образом, исследуемые породы (культуры) можно расположить по жароустойчивости в следующей последовательности (по убывающей): яблоня, слива, чайно-гибридная роза. По-видимому, каждая из них отличается специфическими защитно-приспособительными перестройками в неблагоприятных условиях среды.
Вместе с тем, в пределах каждой из перечисленных культур зафиксированы заметные различия и между сортами по степени проявления жароустойчивости. Примечательно и то, что характер этих различий в течение летнего периода может изменяться. Так, например, сорт сливы Стенлей, более устойчивый к перегреву (в сравнении с сортом Прикубанская) в июне, становится менее устойчивым к повышенным температурам во второй половине июля.
Надо полагать, что способность сортов плодовых культур по-разному переносить высокие температуры воздуха в различные сроки летнего периода зависит не только от физиологического состояния растений, но и от специфики проявления температурного стрессора в соответствующие годы.
Анализ температурных изменений (рис. 3-5), происходящих в последние годы в течение июня-августа на южных территориях России (например, в прикубанской зоне), свидетельствует о возможном действии в обозначенном временном диапазоне следующих неблагоприятных факторов:
- высоких (выходящих за пределы допустимых для нормальной жизнедеятельности плодовых растений значений) температур воздуха в первой половине лета (2009 год);
- высоких температур воздуха, превышающих биологически допустимый уровень во второй половине летнего периода (2003; 2005; 2006; 2008 и 2011 годы);
- высоких температур воздуха в течение всего летнего сезона с периодическим снижением до оптимальных значений (2007; 2010 и 2012 годы).
В данном случае мы вправе говорить о жароустойчивости плодовых растений как о многокомпонентном свойстве.
Очевидно, каждый компонент жароустойчивости растений следует рассматривать как способность выдерживать высокие температуры воздуха соответствующего типа: раннелетние (первый компонент), позднелетние (второй компонент) или "комбинированные" (третий компонент).
Уместно заметить, что дифференцированный подход к температурным стрессорам и характеру их влияния на плодовые культуры в летний сезон применим и в отношении зимнего периода [4].
Растения изучаемых культур и сортов по-разному реагируют на действие высоких температур определенного типа.
В течение первой половины лета 2012 года, на фоне естественного повышения температуры воздуха в дневные часы до 38-40°С, в листьях растений яблони и сливы зафиксированы определенные изменения содержания белков и свободных аминокислот (таблица).
Так, в результате перегрева за период "середина июня - начало июля" концентрация белков в листьях яблони сортов Голден Делишес и Флорина снизилась на 27 и 30 % соответственно. По-иному отреагировали на повышенные температуры воздуха растения сливы.
В аналогичных условиях у сорта Прикубанская этот показатель уменьшился только на 18%. Вместе с тем концентрация белков в листьях сорта Стенлей даже при избытке тепла возросла за указанный промежуток времени на 12%. Не исключено, что этот феномен может быть
Таблица - Изменение содержания белков и свободных аминокислот в листьях плодовых растений в течение жаркого периода 2012 г.
Сорт |
Белки, мг/г |
Свободные аминокислоты, мг/дм3 |
|||||
14.06 |
15.07 |
сумма |
пролин |
||||
14.06 |
15.07 |
14.06 |
15.07 |
||||
Яблоня |
|||||||
Голден Делишес Флорина |
15,1 12,7 |
11,0 8,9 |
239,3 160,2 |
296,2 124,2 |
46,0 28,8 |
43,7 24,1 |
|
Слива |
|||||||
Стенлей Прикубанская |
11,7 13,1 |
13,1 10,8 |
1200,0 1195,0 |
470,1 377,0 |
491,1 598,0 |
115,0 47,7 |
Полученные данные вполне согласуются с результатами определения содержания в листовых пластинках плодовых растений свободной аминокислоты пролина. Как известно [7], эту аминокислоту принято считать протекторным соединением, способным образовывать гидрофильные коллоиды и защищающим белки при действии стресс-фактора от денатурации.
Отмечено, что в июне на фоне высоких температур воздуха концентрация пролина в листьях растений сливы на порядок выше, чем у яблони. Между тем, при естественном снижении температуры до среднемноголетних значений (ниже 30°С) содержание этой аминокислоты у растений сливы существенно уменьшается. По-видимому, при ослаблении действия стрессора функциональная значимость пролина, как протектора, снижается.
У сортов яблони изменение содержания рассматриваемой аминокислоты в листьях в течение первой половины лета выражено в меньшей степени. Такие результаты могут быть связаны с различной устойчивостью растений сливы и яблони к раннему перегреву (первый компонент жароустойчивости).
Обращает на себя внимание и характер изменения содержания суммы свободных аминокислот в листьях плодовых растений, вызванного действием высоких температур первого типа. Так, в течение июня - начала июля этот показатель у сорта яблони Голден Делишес закономерно увеличивается (на 24%), а у сорта сливы Стенлей - уменьшается (в 2,6 раза). Однако при избытке тепла в первой половине лета у сорта яблони Флорина и, особенно у сливы Прикубанская, несмотря на значительное снижение концентрации белков в листовых пластинках, содержание суммы свободных аминокислот также уменьшается (на 22% и в 3,2 раза соответственно). Это может быть связано с различной активностью реакции дезаминирования аминокислот, определяющей степень повреждения растительных тканей при перегреве (см. рис. 2).
С учетом полученных данных, в начале лета жароустойчивость сорта яблони Голден Делишес выше, чем сорта Флорина, а сорт сливы Стенлей более устойчив к раннелетнему перегреву, чем Прикубанская.
Следует, однако, признать, что высокие температуры первого типа в "чистом" виде проявляются в южном регионе крайне редко (см. рис. 3-5). Чаще отрицательное влияние избытка тепла на плодовые растения обнаруживается во второй половине лета. При этом уровень устойчивости сорта к действию температурного стрессора может изменяться. Так, при действии высоких (50± 2°С) температур второго типа (смоделированы в климатической камере) "лидерами" по жароустойчивости зафиксированы растения яблони сорта Флорина и сливы Прикубанская.
Намного ниже устойчивость к перегреву сортов яблони Голден Делишес и сливы Стенлей. Об этом свидетельствуют установленные при действии высоких температур относительная стабильность содержания белков в листьях сортов первой группы и отсутствие таковой у сортов второй группы
Логично предположить, что сроки проявления устойчивости определенного сорта конкретной плодовой культуры к температурному стрессору связаны со специфической "дозой" тепла, необходимой для мобилизации защитно-приспособительных реакций растительного организма.
Динамика дневных температур воздуха в течение летнего периода 2012г.
Изменение содержания белков в листьях растений яблони (А) и сливы (Б) под влиянием высоких температур (50±2°С), 26.07.2012 г.
Исходя из представленных материалов, эта "доза" для сортов яблони Голден Делишес и сливы Стенлей намного меньше, чем для сортов Флорина и Прикубанская соответственно.
Вместе с тем избыток тепла может заметно снизить эффективность действия защитных механизмов растительного организма. Это отчетливо проявляется, например, у растений яблони сорта Голден Делишес при действии повышенных температур воздуха третьего типа (см. рис. 2).
С учетом изложенного, в процессе эволюции растения разных плодовых пород сформировали различные механизмы адаптации к перегреву. К таким защитным механизмам у сортов сливы могут быть отнесены активизация накопления в органах растений протектора белков - аминокислоты пролина или, в некоторых случаях, синтеза БТШ. Вместе с тем у растений яблони при довольно значительном распаде белков, вызванном температурным стрессором, может усиливаться создание и функционирование защитных систем детоксикации образующегося аммиака
Интегральным показателем устойчивости плодовых растений к воздействию высоких температур определенного типа является величина хозяйственного урожая, сформированного в годы с проявлением соответствующего стрессора. Например, в 2011 году с высокими температурами воздуха во второй половине летнего периода урожай плодов у яблони сорта Флорина (жароустойчивость по второму компоненту) на 14% выше, чем у сорта Голден Делишес (рис. 8). Вместе с тем при "комбинированном" типе воздействия высоких температур (с преобладанием раннелетних) в 2012 году этот показатель заметно больше у сорта Голден Делишес (устойчивость по первому компоненту).
В отличие от яблони и сливы характер различий по жароустойчивости сортов чайно-гибридной розы Софи Лорен и Венделла в течение летнего периода не изменяется (см. рис. 2). Как показал эксперимент, на протяжении всего сезона, более устойчивы к перегреву растения сорта Венделла. Более того, именно у этого сорта на фоне частого проявления температурного стрессора в 2012 году и в этой связи значительного повреждения листовых пластинок зафиксирована повышенная (в сравнении с контролем) способность к формированию побегов возобновления, приводящая к улучшению декоративных качеств куста. Так, за летний период (данные 2012 г.) количество побегов на кусте у сорта Венделла увеличилось в 2,5 раза, а у сорта Софи Лорен - только на 67%.
По-видимому, мы можем говорить о специфическом защитном механизме, свойственном растениям чайно-гибридной розы. К такому механизму следует отнести ускорение процессов обновления поврежденных органов при действии стресс-фактора.
Урожай плодов яблони в годы с проявлением высоких температур воздуха разного типа (сад учхоза "Кубань" КубГАУ закладки 1997 г. по схеме 4х2 м). Сорта: 1-Флорина; 2-Голден Делишес.
Таким образом, жароустойчивость плодовых и декоративных растений определяется не только их морфо-биологическими особенностями, но и спецификой проявления температурного стрессора в соответствующие годы. Выявлены три типа воздействия на растения высоких температур в летний период и соответственно три компонента жароустойчивости. Адаптация растений к перегреву связана с созданием и функционированием специфических для каждой породы защитных систем: например, защиты белков от разрушения (у сливы); детоксикации образующегося при распаде белков аммиака (у яблони) или ускорения обновления поврежденных органов (у розы) и т.д. Для обоснованного подбора и рационального размещения пород и сортов плодовых и декоративных культур на территориях с частым проявлением высоких температур воздуха в течение лета целесообразно использовать различные биологические показатели растений, в частности содержание белков, свободной аминокислоты пролина в листьях, и характер их изменения под действием стресс-фактора.
жароустойчивость плодовый растение биологический
Литература
1. Дорошенко Т.Н. Плодоводство с основами экологии / Т.Н. Дорошенко.- Краснодар: КубГАУ, 2002. - 274 с.
2. Дорошенко Т.Н. Адаптивный потенциал плодовых растений юга России: Монография / Т.Н. Дорошенко, Н.В. Захарчук, Л.Г. Рязанова.- Краснодар: Просвещение-Юг, 2010.- 123 с.
3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта / Б.А.Доспехов. - М.: Колос, 1979.- 416с.
4. Кичина В.В. Селекция плодовых и ягодных культур на высокий уровень зимостойкости (концепция, приемы и методы) / В.В. Кичина. - М., 1999.-126с.
5.Методическое и аналитическое обеспечение исследований по садоводству. - Краснодар: ГНУ СКЗНИИСиВ, 2010. - 300 с.
6.Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур. (Под общей редакцией академика РАСХН Е.Н. Седова и доктора сельскохозяйственных наук Т.П. Огольцовой.) - Орел: Изд-во Всероссийского научно-исследовательского института селекции плодовых культур, 1999.- 608 с.
7.Якушкина Н. И. Физиология растений / Н. И. Якушкина, Е. Ю. Бахтенко. - М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2005. - 463 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Плодоводство как отрасль растениеводства и как наука. Соотношение в плодах общего сахара и кислот. Производственно-биологическая группировка и биологические ресурсы плодовых и ягодных растений. Возрастные периоды роста и развития плодовых растений.
контрольная работа [33,7 K], добавлен 21.06.2016Обзор основных видов сорняков: полные паразиты и полупаразиты сорных растений. Методы обрезки плодовых и ягодных растений. Правила формирования деревьев, их подрезки или укорачивания. Особенности обрезки кустов винограда. Минеральные, фосфорные удобрения.
курсовая работа [243,9 K], добавлен 17.10.2010Характеристика почвенно-климатических условий озеленяемой территории. Обоснование выбора территории для местоположения питомника декоративных древесных растений. Подбор ассортимента растений, принятых к размножению. Разработка схем севооборотов.
курсовая работа [51,0 K], добавлен 14.01.2014Формы проявления болезней растений, их симптомы и основные причины. Типы бактериозов и борьба с ними. Характерная особенность базидиомицетов, механическая и химическая природа антропогенных болезней растений и их роль. Биологические меры защиты растений.
контрольная работа [45,5 K], добавлен 14.07.2010Характеристика плодовых и ягодных пород и их ценность в питании человека. Производственно-биологические группы плодовых растений. Выбор сорта и агротехнические условия выращивания земляники, малины, черной смородины, крыжовника и жимолости синей.
реферат [62,7 K], добавлен 11.07.2015Особенности применения препаратов для укоренения с целью стимуляции корнеобразования, повышения приживаемости и укоренения черенков и саженцев плодовых, ягодных, декоративных, цветочных культур. Причины гибели черенков и плохой приживаемости саженцев.
презентация [6,2 M], добавлен 27.02.2013Искусственные способы вегетативного размножения декоративных растений. Древесные породы, используемые для озеленения дорог, стили планировки. Покой растений и его значение при выгонке, особенности и условия использования дополнительного освещения.
контрольная работа [30,1 K], добавлен 19.03.2015Понятие прививки растений, ее сущность и особенности, основные цели и задачи. Окулировка как самый распространенный способ размножения плодовых растений в питомниках, техника его выполнения и отличительные черты. Порядок обвязки и ухода за окулянтами.
реферат [14,0 K], добавлен 30.03.2009Исследования в области происхождения основных видов плодовых и ягодных растений, их классификация и разновидности. Понятие семечковых плодов, их характеристика, представители. Косточковые и ягодные породы. Значение и методы выращивания орехоплодных пород.
реферат [17,0 K], добавлен 26.02.2009Способы и технология озеленения современного города. Инженерная и агротехническая подготовка территории. Основные типы и классификация древесно-кустарниковых насаждений. Учет условий внешней среды и морфологических признаков растений при их подборе.
курсовая работа [6,6 M], добавлен 18.06.2014Строение и развитие основных вредителей растений: насекомых, клещей, нематод, моллюсков, грызунов. Причины грибных, бактериальных и вирусных болезней сельскохозяйственных растений, возможность заражения микоплазменными организмами, пути распространения.
реферат [27,2 K], добавлен 26.01.2010Развитие вегетативных органов в начале жизни плодовых деревьев – надземных частей и корневой системы. Уход за деревом и почвой в период роста и плодоношения. Интенсивность восстановления утерянных плодовыми растениями органов или построения новых органов.
реферат [329,0 K], добавлен 20.10.2015Личинки жука-щелкуна: растения, которые подвержены их поражению и основные меры борьбы. Обработка растений при заражении черевцами и щитовками. Виды насекомых, которые питаются соками хвойных деревьев. Ущерб от поражения растений улитками и слизнями.
презентация [351,5 K], добавлен 06.12.2013Формирование виноградных кустов и кроны семечковых и косточковых пород. Строение плодовых растений, их условия жизни и реакция на факторы внешней температуры. Биологические основы размножения ягодных культур. Особенности обработки почвы под овощными.
шпаргалка [122,7 K], добавлен 30.04.2012Сущность, этапы, основные преимущества клонального микроразмножения. Адаптация растений к почвенным условиям произрастания. Выбор питательной среды и ее основные компоненты. Применение клонального микроразмножения для выращивания декоративных растений.
реферат [576,3 K], добавлен 24.05.2015Характеристика основных паразитов плодовых деревьев, условия и факторы их накопления и развития. Агротехнические, биологические, химические и комбинированные мероприятия, направленные на защиту растений и предотвращение развития вредных организмов.
реферат [104,4 K], добавлен 20.07.2011Характеристика вредителей почек и цветков на плодовых культурах, особенностями их жизни. Характер повреждений растений и своевременные необходимые меры борьбы с вредителями. Широкое использование устойчивых сортов, применение биологических пестицидов.
курсовая работа [44,8 K], добавлен 15.06.2010Превращения органических веществ в семенах масличных культур при их созревании. Биохимические процессы, происходящие при послеуборочном дозревании семян. Устойчивость растений к затоплению. Физиология растений при воздействии на них стресс-факторов.
контрольная работа [41,8 K], добавлен 22.06.2012Исследование инфекционных болезней и поражения насекомыми-фитофагами растений, восприимчивых к патогенным организмам и вредителям. Описания селекции растений, выведения новых сортов с высокой и устойчивой урожайностью, скрещивания и получения мутаций.
реферат [246,3 K], добавлен 20.07.2011Особенности роста и развития сои. Болезни и вредители. Регуляторы роста и развития растений, как элемент технологии повышающий устойчивость растений к стрессам. Особенности роста и развития сои сорта Вилана. Предпосевная обработка семян регуляторами.
дипломная работа [602,0 K], добавлен 26.02.2009