Условия и причины вымерзания растений - Морозоустойчивость растений
Образующийся при медленном промерзании в межклеточниках и клеточных стенках лед оттягивает воду из клеток; клеточный сок становится концентрированным, изменяется рН среды. Выкристаллизовавшийся лед действует как сухой воздух, иссушая клетки и сильно изменяя их осмотические свойства. Кроме того, цитоплазма подвергается сжатию кристаллами льда. Образующиеся кристаллы льда вытесняют воздух из межклеточников, поэтому замерзшие листья становятся прозрачными.
Если льда образуется немного и клетки не были механически повреждены его кристаллами, то при последующем оттаивании такие растения могут сохранить жизнеспособность. Так, в листьях капусты при температуре -5...-6 °С образуется некоторое количество льда в межклеточниках. Однако при последующем медленном оттаивании межклеточники заполняются водой, которая поглощается клетками, и листья возвращаются в нормальное состояние.
Однако клетки, ткани и растения могут погибнуть от мороза. Основными причинами гибели клеток растений при низких отрицательных температурах и льдообразовании являются чрезмерное обезвоживание клеток или механическое давление, сжатие клеток кристаллами льда, повреждающее тонкие клеточные структуры. Оба эти фактора могут действовать одновременно. Летальность действия мороза определяется несколькими обстоятельствами. Последствия воздействия низких отрицательных температур зависят от оводненности тканей растения. Насыщенные водой ткани легко повреждаются, сухие же семена могут выносить глубокие низкие температуры (до -- 196 °С). Низкое содержание воды предохраняет от образования льда в растениях при промораживании. Разные растения, их клетки имеют свой критический предел обезвоживания и сжатия, превышение которого, а не только снижение температуры приводит к их гибели.
Гибель клеток, тканей и растений под действием морозов обусловливается необратимыми изменениями, происходящими в протопласте клеток: его коагуляцией, денатурацией коллоидов протопласта, механическим давлением льда, повреждающим поверхностные структуры цитоплазмы, кристаллами льда, нарушающими мембраны и проникающими внутрь клетки. Вредное влияние оказывает повышение концентрации и изменение рН клеточного сока, сопровождающие обезвоживание клеток.
Действие льда, особенно при длительном влиянии низких температур, сходно с обезвоживанием клеток при засухе. Признаками повреждения клеток морозом являются потеря ими тур-гора, инфильтрация межклеточников водой и выход ионов из клеток. Выход ионов К+ и Сахаров из клеток, по-видимому, связан с повреждением мембранных систем их активного транспорта. Поврежденные растения при переносе в теплое место имеют вид ошпаренных, утрачивают тургор, листья быстро буреют и засыхают. При оттаивании мороженых клубней картофеля, корнеплодов кормовой и сахарной свеклы вода легко вытекает из тканей. Важно отметить, что состояние переохлаждения (без образования льда) растения переносят без вреда; при тех же температурах, но с образованием льда в тканях растения гибнут.
Растения по-разному реагируют на образование льда в тканях: клубни картофеля и георгина быстро погибают, капуста и лук переносят лишь умеренное промораживание, рожь и пшеница выдерживают на уровне узла кущения морозы до -15...-20 °С. У устойчивых к морозу растений имеются защитные механизмы, в основе которых лежат определенные физико-химические изменения. Морозоустойчивые растения обладают приспособлениями, уменьшающими обезвоживание клеток. При понижении температуры у таких растений отмечаются повышение содержания Сахаров и других веществ, защищающих ткани (криопротекторы), это прежде всего гидрофильные белки, моно -- и олигоса-хариды; снижение оводненности клеток; увеличение количества полярных липидов и снижение насыщенности их жирнокислотных остатков; увеличение количества защитных белков.
На степень морозоустойчивости растений большое влияние оказывают сахара, регуляторы роста и другие вещества, образующиеся в клетках. В зимующих растениях в цитоплазме накапливаются сахара, а содержание крахмала снижается. Влияние сахаров на повышение морозоустойчивости растений многосторонне. Накопление Сахаров предохраняет от замерзания большой объем внутриклеточной воды, заметно уменьшает количество образующегося льда.
Сахара защищают белковые соединения от коагуляции при вымораживании; они образуют гидрофильные связи с белками цитоплазмы, предохраняя их от возможной денатурации, повышают осмотическое давление и снижают температуру замерзания цитозоля. В результате накопления Сахаров содержание прочносвязанной воды увеличивается, а свободной уменьшается. Особое значение имеет защитное влияние Сахаров на белки, сосредоточенные в поверхностных мембранах клетки. Сахара увеличивают водоудерживающую способность коллоидов протоплазмы клеток; связанная с коллоидами вода в виде гидратных оболочек биополимеров при низких, температурах не замерзает и не транспортируется, оставаясь в клетке.
Криопротекторами являются также молекулы гемицеллюлоз (ксиланы, арабиноксиланы), выделяемые цитоплазмой в клеточную стенку, обволакивающие растущие кристаллы льда, что предотвращает образование крупных кристаллов, повреждающих клетку. Так клетки защищаются как от внутриклеточного льда, так и от чрезмерного обезвоживания. Значительное количество защитных белков и модификации молекул липидов увеличивают структурированность клеток. У большинства растений возрастает синтез водорастворимых белков. Белковые вещества, частично гидролизуясь, увеличивают содержание свободных аминокислот. В тканях морозоустойчивых растений в конце лета и осенью накапливаются в достаточном количестве запасные вещества (прежде всего сахара), которые используются весной при возобновлении роста, обеспечивая потребности растений в строительном материале и энергии. Необходимо также учитывать устойчивость растений к болезням, вероятность развития которых увеличивается при повреждении тканей морозом.
Похожие статьи
-
Фазы закаливания - Морозоустойчивость растений
По И. И. Туманову (1979), процесс закаливания растений требует определенного комплекса внешних условий и проходит в две фазы, которым предшествуют...
-
МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ - Морозоустойчивость растений
Морозоустойчивость -- способность растений переносить температуру ниже 0 °С, низкие отрицательные температуры. Морозоустойчивые растения способны...
-
Способы повышения морозоустойчивости - Морозоустойчивость растений
Основа решения этой задачи -- селекция морозоустойчивых сортов растений, хорошо адаптирующихся к климатическим условиям данного региона. Следует еще раз...
-
Закаливание растений - Морозоустойчивость растений
Морозоустойчивость -- не постоянное свойство растений. Она зависит от физиологического состояния растений и условий внешней среды. Растения, выращенные...
-
Условия произрастания - Экологические группы растений по отношению к свету, воде и теплу
В большинстве случаев розы теплолюбивы, но есть виды, растущие в условиях сурового климата. Розы предпочитают яркое освещение и при значительном...
-
Обратимость процессов закаливания - Морозоустойчивость растений
В период прохождения фаз закаливания формируется морозоустойчивость растений. Морозоустойчивость представляет собой процесс, а не постоянное свойство...
-
Устьичная транспирация - Вклад отечественных ученых в развитие физиологии растений
Основная часть воды испаряется через устьица. Устьица играют важную роль в газообмене между листом и атмосферой, так как являются основным путем для...
-
Условия внешней среды оказывают огромное влияние на развитие растений, на их внешний облик и долговечность. Основные экологические факторы в городах...
-
Методы изучения морозоустойчивости растений - Морозоустойчивость растений
И. И. Тумановым с сотрудниками предложены лабораторные методы ускоренного определения морозоустойчивости различных культурных растений. Испытуемые...
-
Жизнедеятельность клетки характеризуется непрерывно протекающими в ней процессами обмена веществ, причем цитоплазма избирательно реагирует на воздействие...
-
Роль микоризы в жизни растений Микориза - неотъемлемая часть большинства растений в природе. На инфицированных корнях грибы развивают внешний мицелий,...
-
Развитие и сопряженная популяционная динамика шелкопряда - монашенки с поражающим его бакуловирусом исследовалась в двух участках леса с различными...
-
Многочисленными исследованиями показано, что чувствительность к патогенам и характер течения различных инфекционных процессов у насекомых зависит от...
-
При исследовании содержания аллелохемиков в листве интактных и поврежденных берез нами показано, что содержание оксибензойных кислот и простых...
-
Размножение кактусов - Выращивание кактусов в условиях школьного кабинета биологии
Большинство кактусов довольно легко размножается черенками. Такие роды, как эхинопсис, мамиллярия и некоторые другие, дают много так называемых "деток"...
-
Географическое положение Станица Роговская находится на левом берегу степной реки Кирпили в 20 км от города Тимашевска. Относится к Тимашевскому району...
-
Адаптация растений в соленых и пресных водах - Водно-солевой обмен
Соленый вода растение рыба Ткани растений содержат больше воды, чем ткани животных, и функционирование растительной клетки, так же, как и всего растения...
-
В природе существует два способа размножения растений: половой (семенной) и вегетативный. Оба эти способа имеют как свои преимущества, так и недостатки....
-
Эпидерма, первичная покровная ткань - Покровные ткани растений
Образована одним слоем клеток, покрывающих все молодые органы растений. Покровная ткань зоны всасывания корней называется эпиблемой (ризодермой)....
-
Транспирация. Ее виды и значение - Вклад отечественных ученых в развитие физиологии растений
В основе расходования воды растительным организмом лежит процесс испарения -- переход воды из жидкого в парообразное состояние, происходящий при...
-
Цветки и их опыление - Выращивание кактусов в условиях школьного кабинета биологии
Цветки у кактусов различной величины. Прекрасные цветки селеницереуса, например, достигают 36 см в диаметре, а перламутрово-прозрачные цветки -...
-
Климат, Места произрастания - Выращивание кактусов в условиях школьного кабинета биологии
Климат на Родине кактусов характеризуется значительной интенсивностью инсоляции, резкой сменой суточной и сезонной температур, нерегулярным, а порой и...
-
Механические ткани растений - Характеристика отдельных видов растительных тканей
Механические ткани обеспечивают прочность растений, т. е. их способность противостоять воздействию силы тяжести, порывам ветра, дождям и другим факторам....
-
Какие свойства делают растение полезным - Рожденный в Южной Америке
Научные исследования подтверждают высокое содержание в растении белков, наличие витаминов (витамины А, С, D и Е и группа В) и минеральных веществ (до 4%,...
-
Засуха характеризуется комплексом неблагоприятных условий, приводящих к глубокому дефициту воды в почве и в растении [ Третьяков С. 243-244]. Угнетающее...
-
Введение - Экологические группы растений по отношению к свету, воде и теплу
Светолюбивые растения. К светолюбивым растениям (гелиофитам) относятся виды, которые произрастают на открытых, хорошо освещенных солнцем местах, и не...
-
Распространение вирусов по растению - Строгие постулаты Коха
Вирусы, введенные в растение путем механической инокуляции, медленно распространяются по непроводящей ткани от первично зараженных клеток к соседним....
-
Этапы микроклонального размножения растений - Биотехнология микроклонального размножения особей
Процесс клонального микроразмножения можно разделить на 4 этапа: 1. Выбор растения-донора, изолирование эксплантов и получение хорошо растущей стерильной...
-
Первой группе интактных животных Цп вводили внутрибрюшинно однократно в дозе 30 мг/кг. 30 мг/кг - доза, составляющая 75% от физиологической концентрации...
-
1. Хронические кровопотери Желудочно-кишечные кровотечения. Маточные кровотечения. Опухоли: -- рак прямой и толстой кишки; -- рак пищевода, желудка,...
-
Повилика - другое хорошо известное и широко распространенное растение-паразит, у которого нет ни корней, ни зеленых листьев. Само название этого паразита...
-
Петров крест - Растения-паразиты
Растение-паразит Петров крест чешуйчатый издавна поражал воображение людей. Петров крест является родственником еще одного растения-паразита - заразихи....
-
Семенная кожура - Покровные ткани растений
Особым типом покровной ткани является семенная кожура или семенная оболочка, которая образуется из покровов (интегументов) семязачатка и является...
-
Цветение кактусов - Выращивание кактусов в условиях школьного кабинета биологии
Еще сравнительно недавно на такой простой вопрос большинство обывателей ответило бы, что это неповторимое событие случается только один раз, перед...
-
Свет и температура - Выращивание кактусов в условиях школьного кабинета биологии
При выращивании кактусов нужно помнить, что они светолюбивые растения. Недостаток света ведет к деформации стеблей, недоразвитию, заболеваниям растения....
-
Упрощение требований к условиям хранения - Генная инженерия
1. Высокая стабильность вакцин. ДНК-вакцины высокостабильны. Они способны выдерживать низкие и высокие температуры (немногим ниже температуры кипения...
-
Семейство: бромелиевые. - Экологические группы растений по отношению к свету, воде и теплу
Гузмания: растение образует розетку длинных цель-нокрайних изогнутых листьев. Верхние листья на цветоносе (прицветники) ярко-красные или оранжевые до 4...
-
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ - Сорные растения
Для успешной борьбы с сорняками необходимо знать их биологические особенности и способы распространения. За долгий период своего существования среди...
-
ВРЕД, ПРИЧИНЯЕМЫЙ СОРНЯКАМИ - Сорные растения
Сорняки, поглощая из почвы большое количество воды и питательных веществ, угнетают рост и развитие культурных растений, снижают их урожайность....
-
Нами была проведена сравнительная оценка различных механизмов персистенции вируса в организме гусениц непарного шелкопряда и условия ее перехода в острое...
Условия и причины вымерзания растений - Морозоустойчивость растений