Реферат: Влияние высоких температур на растения
Реферат: Влияние высоких температур на растения
Министерство
образования Республики Беларусь
Учреждение
образования БГПУ им. М.Танка
Контролируемая
самостоятельная
работа
по физиологии
растений
на тему:
«Влияние перегрева растений на их функциональные особенности»
Минск2010
Влияние высоких
температур на растения
Для большинства растений
наиболее благоприятными для жизни являются температуры +15…+30 оС.
При температуре +35…+40 оС большинство растений повреждаются.
Действие высоких
температур влечет за собой целый ряд опасностей для растений: сильное
обезвоживание и иссушение, ожоги, разрушение хлорофилла, необратимые расстройства
дыхания и других физиологических процессов, прекращение синтеза белков и
усиление их распада, накопление ядовитых веществ, в частности аммиака. При
очень высоких температурах резко повышается проницаемость мембран, а затем
наступает тепловая денатурация белков, коагуляция цитоплазмы и отмирание
клеток. Перегрев почвы приводит к повреждению и отмиранию поверхностно
расположенных корней, к ожогам корневой шейки.
Первичные изменения
клеточных структур происходят на уровне мембран в результате активации образования
кислородных радикалов и последующего перекисного окисления липидов, нарушения
антиоксидантной системы – активности супероксиддисмутазы, глутатионредуктазы и
других ферментов. Это вызывает разрушение белково-липидных комплексов
плазмалеммы и других клеточных мембран, приводит к потере осмотических свойств
клетки. В результате наблюдаются дезорганизация многих функций клеток, снижение
скорости различных физиологических процессов. Так, при температуре 20 оС
все клетки проходят процесс митотического деления, при 38 оС митоз
отмечается в каждой седьмой клетке, а повышение температуры до 42 оС
снижает число делящихся клеток в 500 раз.
При максимальных
температурах расход органических веществ на дыхание превышает его синтез,
растение беднеет углеводами, а затем начинает голодать. Особенно резко это
выражено у растений более умеренного климата (пшеница, картофель, многие
огородные культуры). При общем ослаблении повышается их восприимчивость к
грибковым и вирусным инфекциям.
Даже кратковременное
стрессирующее действие высокой температуры вызывает перестройку гормональной
системы растений. На примере проростков пшеницы и гороха установлено, что
тепловой шок индуцирует целый каскад многоступенчатых изменений гормональной
системы, который запускается выбросом ИУК из пула ее конъюгатов, выполняющего
роль стрессового сигнала и инициирующего синтез этилена. Результат синтеза
этилена – последующее снижение уровня ИУК и увеличение АБК. Эти гормональные
перестройки, очевидно, индуцируют синтез ферментов антиоксидантной защиты и
белков теплового шока, вызывают снижение темпов роста и как следствие –
повышается устойчивость растения к действию высоких температур.
Существует определенная
связь между условиями местообитания растений и жароустойчивостью. Чем суше
местообитание, тем выше температурный максимум, тем больше жароустойчивость
растений.
К воздействию высоких
температур растения могут подготовиться за несколько часов. Так, в жаркие дни
устойчивость растений к высоким температурам после полудня выше, чем утром.
Обычно эта устойчивость временная, она не закрепляется и довольно быстро
исчезает, если становится прохладно. Обратимость теплового воздействия может
составлять от нескольких часов до 20 дней.
Жароустойчивость связана
также со стадией развития растений: молодые, активно растущие ткани менее
устойчивы, чем старые. Особенно опасны высокие температуры в период цветения.
Практически все генеративные клетки в данных условиях претерпевают структурные
изменения, теряют активность и способность к делению, наблюдается деформация
пыльцевых зерен, слабое развитие зародышевого мешка и появление стерильных
цветков.
Отличаются по
жароустойчивости и органы растений. Лучше переносят повышенную температуру
обезвоженные органы: семена до 120 оС, пыльца до 70 оС,
споры в течении нескольких минут выдерживают нагревание до 180 оС.
Из тканей наиболее
устойчивы камбиальные. Так, камбиальный слой в стволах переносит летом
температуру до +51 оС.
Приспособления растений к
высоким температурам
перегрев растение температура
жароустойчивость
Жароустойчивость – это
способность теплолюбивых растений длительно, а умеренно теплолюбивых
кратковременно переносить действие высоких температур, перегрев.
В защитных
приспособлениях растений к высоким температурам использованы разные пути
адаптации.
Морфологические черты: в основном те же, что служат
растению для ослабления прихода солнечной радиации к тканям надземных частей и
обеспечивают возможность уменьшения потерь воды.
Физиологические
приспособления:
1.
усиленная
транспирация. Необходимо отметить, что у интенсивно транспирирующих видов
охлаждение листьев достигает 15 оС. Это крайний пример, но и
снижение на 3-4 оС может предохранить от губительного перегрева.
2.
стабилизация
метаболических процессов (более жесткая структура мембран, высокая вязкость
цитоплазмы, низкое содержание воды в клетке и т.д.). Под действие температуры,
прежде всего, изменяется содержание липидов мембран. Так, теплоустойчивые сорта
люцерны при +30 оС содержали большое количество сульфо- и
фосфолипидов, чем при +15 оС. Кроме того, повышение температуры
оказывает влияние и на жирнокислотный состав липидов: увеличивается содержание
насыщенных жирных кислот, более тугоплавких.
3.
высокая
интенсивность фотосинтеза и дыхания.
4.
высокое
содержание защитных веществ (слизи, органических кислот и др.). Аммиак,
образовавшийся при распаде белка, вызывает отравление растительных клеток и их
гибель. Под влиянием высоких температур у жароустойчивых растений снижается
дыхательный коэффициент и накапливаются органические кислоты, которые обезвреживают
аммиак, образуя с ним аммонийные соли. Кроме этого, аммиак связывается с
аминокислотами с образованием амидов и с аланином, синтез которого при +30-40 оС
резко возрастает.
5.
сдвиги
температурного оптимума активности важнейших ферментов.
6.
синтез
термостойких белков (БТШ)
БТШ обнаруживаются в
клетках через 10-15 мин после повышения температуры, а через 0,5-3,5 ч
наблюдается их максимальное содержание. Локализуются данные белки в ядре,
цитозоле, клеточных органеллах и функционируют в клетках в виде
высокомолекулярных комплексов. Очевидно, большинство низкомолекулярных белков
теплового шока выполняют функции шаперонов, т.е. защищают полипептиды от
денатурации в период стресса и восстанавливают поврежденные белки. Действие
белков теплового шока приурочено к начальному периоду ответа растений на
повышение температуры, т.е. БТШ защищают клетки лишь в течение очень
ограниченного времени. Синтез БТШ имеет кратковременный характер, т.к. их
длительный синтез невозможен из-за крайне высокой потребности в энергии. Однако
БТШ, предотвращая быструю гибель растения создают тем самым условия для
формирования более совершенных долговременных механизмов адаптации.
Рассматривая
приспособления растений к действию высоких температур, необходимо отметить своеобразное
физиологическое приспособление к температуре среды, превышающей адаптивные
возможности растений, - переход в состояние анабиоза. Из этого состояния живые
существа могут возвратиться к нормальной активности только в том случае, если
не была нарушена структура макромолекул в их клетках.
Существует еще один
способ адаптации растений к чрезмерно высоким температурам – смещение вегетации
на сезон с более благоприятными температурными условиями. Это сезонная
адаптация, связанная с перестройкой всего годичного цикла развития,
обеспечивает растениям надежную защиту от жары даже в районах самых жарких
пустынь.
Экологические группы
растений по жароустойчивости
Нежаростойкие –
мезофитные и водные растения. Борются с перегревом с помощью вертикального
расположения листьев, складывания и свертывания листовых пластинок, увеличением
интенсивности транспирации. Более жаростойкие мезофиты отличаются повышенной
вязкостью цитоплазмы и концентрацией клеточного сока, усиленным синтезом
жаростойких белков-ферментов.
Жаровыносливые – растения
пустынь и сухих мест обитания. Они характеризуются специфическими
морфолого-анатомическими особенностями строения отдельных органов, имеют
пониженный уровень метаболических процессов, отличаются повышенной вязкостью
цитоплазмы, высоким содержанием связанной воды в клетке и т.д.
Некоторые растения в
условиях жаркого климата способны выделять соли, из которых на стволах и
листьях образуются кристаллы, преломляющие и отражающие падающие лучи солнца.
Жаростойкие –
термофильные сине-зеленые водоросли и бактерии горячих минеральных источников и
кратеров вулканов. Жароустойчивость определяется высоким уровнем метаболизма,
повышенным содержанием РНК в клетках, устойчивостью белка цитоплазмы и тепловой
денатурации, синтезом более жароустойчивых белков-ферментов, высокой вязкостью
цитоплазмы, повышенным содержанием осмотически активных веществ.
Литература:
1.
Жукова И.И.
Адаптация растений к условиям окружающей среды. Могилев, 2008.
2.
Физиология и
биохимия сельскохозяйственных растений/ Третьяков Н.Н. и др. – М.:Колос, 2000.
|