Способы повышения холодоустойчивости растений

Пути повышения холодоустойчивости теплолюбивых растений

Обработка регуляторами роста. Перспективными в плане повышения холодоустойчивости теплолюбивых растений являются синтетические аналоги фитогормонов и другие регуляторы роста.

Ауксины. Обработка семян и растений препаратами ауксинового действия как повышала, так и снижала устойчивость к холодовому повреждению. Блокирование активности эндогенной ИУК стимулировало холодовую адаптацию растений. Возможно, что снижение ауксиновой активности, ингибируя рост, будет повышать холодоустойчивость растений за счет мобилизации энергетических ресурсов для поддержания антиокислительной активности.

Гиббереллины. Обработка растений и семян растворами гиббереллинов приводила к некоторому повышению устойчивости, но только при обработке растений после охлаждения. Вероятно, здесь имело место не истинное повышение холодоустойчивости, а активация ростовых процессов.

Цитокинины. При охлаждении обработанных экзогенными цитокининами растений изменяется интенсивность ростовых процессов, снижается интенсивность свободнорадикального окисления липидов, что способствует стабилизации мембран. Возможно, в основе этого лежит активация синтеза белков, в том числе стрессовых.

Абсцизовая кислота. Повышение холодоустойчивости при обработке проростков растворами ABK показано для целого ряда культур. Препарат предотвращает чрезмерную потерю воды путем закрывания устьиц и увеличения гидравлической проводимости корней, стабилизирует мембраны с подавлением низкотемпературной утечки электролитов, активирует синтез белков de novo. Содержание ABK в растениях увеличивалось параллельно холодоустойчивости как при холодовой закалке, так и при обработке экзогенной АБК.

Этилен. Некоторые этиленпродуценты (дигидрел, алар, этрел) повышали холодоустойчивость растений томата и огурца. При этом отмечены торможение роста стебля в длину и его утолщение, стимуляция образования цветов, повышение урожая плодов, увеличение содержания в листьях хлорофиллов и каротиноидов, уменьшение активности ауксинов. Обработка этефоном растений томата индуцировала повышенный синтез этилена и ускорение развития листьев после длительного охлаждения. Однако в последнее время показано и отрицательное действие этилена на индукцию холодоустойчивости.

Антиоксиданты. Обработка гасителями свободных радикалов и антиоксидантами (этоксиквин, бензоат натрия, глутатион, тайрон, формиат, аскорбат, дифениламин, а-токоферол, пропилгаллат) позволяет замедлить деградацию ненасыщенных жирных кислот и снизить холодовое повреждение отделенных листьев тепло-любивых растений и их плодов.

Кроме вышеприведенных групп соединений, повышение холодоустойчивости теплолюбивых растений показано для химических соединений различной природы: холина, пролина, полиаминов, салициловой кислоты, спиртов, маннита, холестерола, анестетиков. Механизм их действия различен и включает: повышение текучести мембран, защиту их от свободнорадикального ПОЛ, изменение соотношения липидов и конформации белков, а следовательно, и активности мембранно-связанных ферментов, влияние на синтез гормонов, водный режим и т. д.

Таким образом, явление холодочувствительности связано с комплексным действием температуры на разнообразные физиолого-биохимические механизмы, и не существует единственного «ключевого» звена холодового повреждения, при воздействии на которое можно резко изменить степень чувствительности растения.

Генетическая инженерия холодоустойчивости. Несмотря на значительный прогресс в познании молекулярных основ Холодовой адаптации за последние 70 лет, сложность проблемы все еще препятствует созданию холодоустойчивых культур. Мало известно о точной функции белков, соответствующих lti-генам. Поэтому исключительно важно выявить функцию и значимость этих генов и их продуктов в холодоустойчивости, прежде чем будет разработана общая стратегия выведения холодоустойчивых форм. Вместе с тем было создано несколько линий трансгенных растений, сверхэкспрессирующих гены отклика на низкие положительные температуры, но отличающихся лишь незначительным повышением холодоустойчивости. Трансгенные линии арабидопсиса с избыточным синтезом трекаллозы характеризовались повышенной холодоустойчивостью. Перспективной может быть манипуляция с системой трансдукции сигналов, ведущая к активации генов отклика на пониженные температуры. При этом экспрессия большого кластера генов в одной и той же регуляторной системе, видимо, окажет большее влияние на холодоустойчивость, чем экспрессия одного гена. Используя именно такой подход, удалось создать новую холодоустойчивую линию арабидопсиса. При этом в арабидопсисе был сверхэкспрессирован выделенный ранее активатор трансдукции CBF1, регулирующий экспрессию гена COR15a и еще четырех СOR-генов.

Хотя данный подход использован для модуляции холодоустойчивости у вида, способного к xолодовой адаптации, он мог бы применяться и на теплолюбивых видах. Поэтому выявление путей трансдукции холодового сигнала и идентификации регуляторов экспрессии генов, ведущих к Холодовой акклиматизации, может открыть новые возможности повышения стресс-толлерантности культур.

Посредством соматической гибридизации теплолюбивого томата Lycopersicon esculentum с холодоустойчивым видом Lycopersiсоn peruvianum получен гибрид с улучшенными фотосинтетическими характеристиками в условиях пониженных температур. Получен ряд сомаклональных вариантов риса, которые обладали более высокой холодоустойчивостью. Соматическая гибридизация может быть удобным способом для введения зародышевой плазмы, связанной с холодоустойчивостью, в новые линии томата.

Повышенная холодоустойчивость обнаружена у трансгенных растений табака с введенной хлоропластной w-3-десатуразой жирных кислот из Arabidopsis thaliana. При этом возрастал уровень полиненасыщенных жирных кислот в большинстве мембранных липидов. Более высокую устойчивость к холодовому стрессу проявляли трансгенные растения риса и табака со способностью синтезировать глицинбетаин, а также формы с интродуцированными генами ряда других белков.

Трансгенные формы, синтезирующие антиоксидантные ферменты с повышенной активностью, обладали более высокой холодоустойчивостью. В теплолюбивые растения интродуцировали гены СОД, пероксидазы, глутатионредуктазы, глутатион-S-трансферазы и глутатионпероксидазы. По-видимому, сверхпроизводство этих ферментов повышает антиокислительную способность клеток и тем самым защищает от окислительного стресса, стимулирует рост и фотосинтез при пониженных температурах.

Таким образом, имеется хотя и ограниченная возможность повышения холодоустойчивости теплолюбивых растений с использованием температурных и химических обработок, а также методов клеточной и генной инженерии.

Источник

Способы повышения холодоустойчивости растений

Главная
English
Биологический кружок ВООП
Гостю кружка
Планы кружка
Экспедиции и выезды
Исследовательская работа
Программа «Parus»
История кружка
Контакты кружка
Полевой центр
Фотогалерея
Летопись биостанции
Статьи о биостанции
Исследовательские работы
Учебные программы
Полевые практикумы
Методические семинары
Вебинары
Исследовательская работа
Проектная деятельность
Экспедиции и лагеря
Экологические тропы
Экологические игры
Публикации (статьи)
Методические материалы
Наглядные определители
Карманные определители
Определительные таблицы
Энциклопедии природы России
Компьютерные определители
Мобильные определители
Учебные фильмы
Методические пособия
Полевой практикум
Природа России
Минералы и горные породы
Почвы
Грибы
Лишайники
Водоросли
Мохообразные
Травянистые растения
Деревья и кустарники
Ягоды и сочные плоды
Насекомые-вредители
Водные беспозвоночные
Дневные бабочки
Рыбы
Амфибии
Рептилии
Птицы, гнезда и голоса
Млекопитающие и следы
Фото растений и животных
Систематический каталог
Алфавитный каталог
Географический каталог
Поиск по названию
Галерея
Природные ландшафты мира
Физическая география России
Физическая география мира
Европа
Азия
Африка
Северная Америка
Южная Америка
Австралия и Новая Зеландия
Антарктика
Рефераты о природе
География
Геология и почвоведение
Микология
Ботаника
Культурные растения
Зоология беспозвоночных
Зоология позвоночных
Водная экология
Цитология, анатомия, медицина
Общая экология
Охрана природы
Заповедники России
Экологическое образование
Экологический словарь
Географический словарь
Художественная литература
Международные программы
Общая информация
Полевые центры (Великобритания)
Международные экспедиции (США)
Курс полевого образования (США)
Международные контакты
Интернет-магазин
Карманные определители
Цветные таблицы
Компьютерные определители
Энциклопедии природы
Методические пособия
Учебные фильмы
Комплекты материалов
Контакты
Гостевая книга
Ссылки
Партнеры
Наши баннеры
Карта сайта

Бесплатные экскурсии в музей Пиявки!
Международный Центр Медицинской Пиявки приглашает посетить музей и узнать о пользе и вреде пиявок, их выращивании, гирудотерапии, лечебной косметике и многом другом. Подробнее >>>

АгроБиоФерма «Велегож» в Подмосковье приглашает!
Принимаются организованные группы школьников и родители с детьми (от 12 до 24 чел.) по учебно-познавательной программе «Введение в природопользование» Подробнее >>>

Зимние учеты птиц России!
Приглашаем биологические кружки, профессиональных орнитологов и просто любителей птиц принять участие в программах зимних учетов птиц «Parus» и «Евроазиатские Рождественские учеты» в зимний сезон 2020-2021 годов. Подробнее >>>

Биологический кружок ВООП приглашает!
Биологический кружок при Государственном Дарвиновском музее г.Москвы (м.Академическая) приглашает школьников 5-10 классов на занятия в музее, экскурсии по вечерам, учебные выезды в природу по выходным и дальние полевые экспедиции в каникулы! Подробнее >>>

Соревнования по полевой ботанике «ВЕСЕННЯЯ ФЛОРА» пройдут в мае-июне 2020 года в онлайн-формате (определение растений по фотографиям). К участию в соревновании приглашаются школьники и взрослые любители природы, проживающие в средней полосе Европейской части России. Подробнее >>>

Международные дни наблюдений за птицами!
Союз охраны птиц России приглашает российских любителей птиц принять участие в акции и загрузить результаты своих наблюдений на www.biodat.ru Подробнее >>>

Здесь может быть бесплатно размещено Ваше объявление о проводимом Всероссийском конкурсе, Слёте, Олимпиаде, любом другом важном мероприятии, связанном с экологическим образованием детей или охраной и изучением природы. Подробнее >>>

Мы публикуем на нашем сайте авторские образовательные программы, статьи по экологическому образованию детей в природе, детские исследовательские работы (проекты), основанные на полевом изучении природы. Подробнее >>>

Если Вам понравился и пригодился наш сайт — кликните по иконке «своей» социальной сети:

Устойчивость растений к низким температурам подразделяют на холодостойкость и морозоустойчивость. Под холодостойкостью понимают способность растений переносить положительные температуры несколько выше 0 °С. Холодостойкость свойственна растениям умеренной полосы (ячмень, овес, лен, вика и др.). Тропические и субтропические растения повреждаются и отмирают при температурах от 0 до 10 0С (кофе, хлопчатник, огурец и др.). Для большинства же сельскохозяйственных растений низкие положительные температуры негубительны. Связано это с тем, что при охлаждении ферментативный аппарат растений не расстраивается, не снижается устойчивость к грибным заболеваниям и вообще не происходит заметных повреждений растений.

Степень холодостойкости разных растений неодинакова. Многие растения южных широт повреждаются холодом. При температуре 3 °С повреждаются огурец, хлопчатник, фасоль, кукуруза, баклажан. Устойчивость к холоду у сортов различна. Для характеристики холодостойкости растений используют понятие температурный минимум, при котором рост растений прекращается. Для большой группы сельскохозяйственных растений его величина составляет 4 °С. Однако многие растения имеют более высокое значение температурного минимума и соответственно они менее устойчивы к воздействию холода.

Накопление зеленой массы кукурузой не происходит при температуре ниже 10 °С. Устойчивость растений к холоду зависит от периода онтогенеза. Разные органы растений также различаются по устойчивости к холоду. Так, цветки растений более чувствительны, чем плоды и листья, а листья и корни чувствительнее стеблей. Наиболее холодостойкими являются растения раннего срока посева.

Для сравнения рассмотрим особенности прорастания малоустойчивой к холоду кукурузы. При температуре 18-20 °С всходы у кукурузы появляются на 4-й день, а при 10-12 °С — только на 12-й день. О холодостойкости растений косвенно можно судить по показателю суммы биологических температур. Чем меньше эта величина, тем быстрее растения созревают и тем выше их устойчивость к холоду. Показатели суммы биологических температур соответствуют скороспелости растений: очень раннеспелые имеют сумму биологических температур 1200 °С, раннеспелые — 1200-1600, среднераннеспелые — 1600-2200, среднеспелые — 2200-2800, среднепозднеспелые — 2800-3400, позднеспелые — 3400-4000 °С.

Физиолого-биохимические изменения у теплолюбивых растений при пониженных положительных температурах.

Повреждение растений холодом сопровождается потерей ими тургора и изменением окраски (из-за разрушения хлорофилла), что является следствием нарушения транспорта воды к транспирирующим органам. Кроме того, наблюдаются значительные нарушения физиологических функций, которые связаны с нарушением обмена нуклеиновых кислот и белков. Нарушается цепь ДНК — > РНК — > белок — > признак.

У некоторых видов растений наблюдаются усиление распада белков и накопление в тканях растворимых форм азота. Из-за изменения структуры митохондрий и пластид аэробное дыхание и фотосинтез снижаются. Деградация хлоропластов, разрушение нормальной структуры пигментно-липидного комплекса приводят к подавлению функции запасания энергии этими органоидами, что способствует нарушению энергетического обмена растения в целом. Основной причиной повреждающего действия низкой температуры на теплолюбивые растения является нарушение функциональной активности мембран из-за перехода насыщенных жирных кислот из жидкокристаллического состояния в состояние геля, а также общие изменения процессов обмена веществ. Процессы распада преобладают над процессами синтеза, происходят нарушение проницаемости цитоплазмы (повышение ее вязкости), изменения в системе коллоидов, снижается (падает) осевой градиент потенциалов покоя (ПП), активный транспорт веществ против электрохимического градиента.

Изменение проницаемости мембран приводит к тому, что нарушаются поступление и транспорт веществ в растения и отток ассимилятов, токсичных веществ из клеток. Все эти изменения существенно снижают жизнеспособность растений и могут привести к их гибели. Кроме того, в этих условиях растения более подвержены действию болезней и вредителей, что также приводит к снижению качества и количества урожая.

Приспособление растений к низким положительным температурам.

У растений более холодостойких отмеченные нарушения выражены значительно слабее и не сопровождаются гибелью растения (табл. 1). Устойчивость к низким температурам — генетически детерминированный признак. Изменение уровня физиологических процессов и функций при действии низких положительных температур может служить диагностическим показателем при сравнительной оценке холодостойкости растений (видов, сортов). Холодостойкость растений определяется способностью растений сохранять нормальную структуру цитоплазмы, изменять обмен веществ в период охлаждения и последующего повышения температуры на достаточно высоком уровне.

Для оценки холодостойкости растений используют различные методы диагностики (прямые и косвенные). Это холодный метод проращивания семян, сверхранние посевы в сырую и непрогретую почву, учет интенсивности появления всходов, темпов роста, накопления массы, содержание хлорофилла, соотношение количества электролитов в надземной и подземной частях растения, оценка изменчивости изоферментного состава и др.

Способы повышения холодостойкости некоторых растений.

Холодостойкость некоторых теплолюбивых растений можно повысить закаливанием прорастающих семян и рассады, которое стимулирует защитно-приспособительную перестройку метаболизма растений. Наклюнувшиеся семена или рассаду теплолюбивых культур (огурец, томат, дыня и др.) в течение нескольких суток (до месяца) выдерживают при чередующихся (через 12 ч) переменных температурах: от 0 до 5 °С и при 15-20 °С. Холодостойкость ряда растений повышается при замачивании семян в 0,25 %-ных растворах микроэлементов.

Повысить холодостойкость растений можно прививкой теплолюбивых растений (арбуз, дыня) на более холодоустойчивые подвои (тыква). Положительное влияние этих приемов связано со стабилизацией энергетического обмена и упрочением структуры клеточных органоидов у обработанных растений. У закаленных растений увеличение вязкости протоплазмы при пониженных температурах происходит медленнее.

Заморозки. Большой ущерб сельскому хозяйству наносят кратковременные или длительные заморозки, отмечаемые в весенний и осенний периоды, а в северных широтах и летом. Заморозки — снижение температуры до небольших отрицательных величин, могут быть во время разных фаз развития конкретных растений. Наиболее опасны летние заморозки, в период наибольшего роста растений. Устойчивость к заморозкам обусловлена видом растения, фазой его развития, физиологическим состоянием, условиями минерального питания, увлажненностью, интенсивностью и продолжительностью заморозков, погодными условиями, предшествующими заморозкам.

Наиболее устойчивы к заморозкам растения раннего срока посева (яровые хлеба, зернобобовые культуры), способные выдерживать в ранние фазы онтогенеза кратковременные весенние заморозки до -7. -10 °С. Растения позднего срока посева развиваются медленнее и не всегда успевают подготовиться к низким температурам. Корнеплоды, большинство масличных культур, лен, конопля переносят понижение температуры до -5. -8 °С, соя, картофель, сорго, кукуруза — до -2. -3, хлопок-до -1,5. -2, бахчевые культуры — до -0,5. -1,5 °С.

Существенную роль в устойчивости к заморозкам играет фаза развития растений. Особенно опасны заморозки в фазе цветение — начало плодоношения. Яровые хлеба в фазе всходов переносят заморозки до -7. -8 °С, в фазе выхода в трубку до — 3, а в фазе цветения — только 1-2 °С. Устойчивость растений зависит от образования при заморозках льда в клетках и межклеточниках. Если лед не образуется, то вероятность восстановления растением нормального течения функций возрастает. Поэтому первостепенное значение имеет возможность быстрого транспорта свободной воды из клеток в межклеточники, что определяется высокой проницаемостью мембран в условиях заморозков. У устойчивых к заморозкам культур при снижении температур в составе липидов клеточных мембран увеличивается содержание ненасыщенных жирных кислот, снижающих температуру фазового перехода липидов из жидкокристаллического состояния в гель до уровня 0 °С. У неустойчивых растений этот переход имеет место при температурах выше 0 °С. В целях максимального снижения повреждения растений заморозками необходимо проводить посев их в оптимальные сроки, использовать рассаду овощных и цветочных культур. Защищают от заморозков дымовые завесы и укрытие растений пленкой, дождевание растений перед заморозками или весенний полив. Для вертикального перемещения воздуха около плодовых деревьев используют вентиляторы.

Наши авторские методические материалы по ботанике и растениям России:
В нашем Интернет-магазине по некоммерческим ценам (по себестоимости производства)
можно приобрести следующие методические материалы по ботанике и растениям России:

наглядные полевые определители-бродилки: Деревья зимой, Деревья летом, Кустарники зимой, Кустарники летом,
компьютерные цифровые (для PC-Windows) определители: Цветы, Деревья зимой, Деревья летом, Ягоды и сочные плоды,
приложения-определители растений для смартфонов и планшетов на Андроиде: Цветы, Деревья зимой, Деревья летом, Ягоды (их можно скачать в Google Play) ,
приложения-определители растений для iPhone и iPad: Деревья летом, Ягоды (их можно загрузить в AppStore ),
карманные полевые определители: Лекарственные растения, Растения болот, Растения пресных вод, пособие «Основы гидроботанических исследований»,
цветные ламинированные определительные таблицы: грибы-1, грибы-2, лишайники, водоросли, мхи, первоцветы, цветы лесов, цветы лугов, цветы водоемов, деревья зимой, деревья летом, кустарники зимой, кустарники летом,
определитель серии «Энциклопедия природы России» Пищевые растения.

Источник

Пожалуйста, ставьте гиперссылку на сайт www.ecosystema.ru если Вы копируете материалы с этой страницы! Во избежание недоразумений ознакомьтесь с правилами использования и копирования материалов с сайта www.есоsystеmа.ru
Пригодилась эта страница? Поделитесь ею в своих социальных сетях: