Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1 (4). Обмен углеводов при прорастании семян
• 2 (19). Механизм действия на растения ретардантов. Применение ретардантов в сельскохозяйственной практике
• 3 (28). Понятие о развитии растений. Принцип регуляции развития
• 4 (46). Способы ускорения дозревания плодов
• 5 (57). Выращивание растений при искусственном облучении (электросветкультура)
• 6 (64). Холодоустойчивость растений и способы (агротехнические, селекционные) ее повышения
• 7 (89). Аллелопатические взаимодействия растений
• Список используемой литературы

Введение

Физиология растений - это наука о процессах, происходящих в растительном организме. Задача физиологии растений заключается в раскрытии сущности этих процессов для того, чтобы научиться рационально использовать их. С одной стороны, физиология растений - это теоретическая наука, которая опирается на последние достижения физики, химии, молекулярной биологии, с другой стороны, эта наука имеет большое практическое значение для земледелия.

Физиология растений заниматься исследованием процессов, происходящих в организмах на различных уровнях организации: биоценотическом, организменном, органном, клеточном, субклеточном, молекулярном и даже субмолекулярном. За последние 10 лет большое влияние на физиологию растений оказали достижения молекулярной биологии и генетики. Именно благодаря этому получили новую интерпретацию процессы поступления воды и питательных веществ, вопросы адаптации растений, механизм действия фитогормонов, их роль в росте и развитии. Сейчас фитогормонам, подобно гормонам животных организмов, отводится важнейшее значение как в регуляции различных физиологических процессов, так и в приспособлении к условиям внешней среды. На основе изучения процессов гормонального влияния разработаны многочисленные приемы применения синтетических регуляторов роста в растениеводстве. Отечественная школа физиологии растений всегда обращала внимание на управление растительными организмами с целью повышения их продуктивности. В настоящее время эта проблема стоит во всем мире чрезвычайно остро. Важно охранять природу и одновременно поднять общую продуктивность биосферы. Таким образом, в задачи физиологии растений входят раскрытие сущности процессов, протекающих в растительном организме, установление их взаимной связи, изменение под влиянием среды, механизмов их регуляции, физиологические изыскания и обоснование приемов, направленных на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур.

В данной работе мы рассмотрим некоторые вопросы по курсу «Физиология растений».

1 (4). Обмен углеводов при прорастании семян

В семени различают три основные части:

1) покровные ткани, функция которых заключается в защите внутренних частей от механических повреждений, в предотвращении неблагоприятных внешних влияний на зародыш, в регуляции газообмена и водообмена;

2) эмбриональные ткани (зачаточные стебелек, корешки, листочки);

3) вместилище запасных веществ.

У большинства двудольных растений вместилищем запасных веществ служат семядоли, а у однодольных -- эндосперм, который образуется из вторичного ядра зародышевого мешка после слияния его со спермием пыльцевой трубки.

По химическому составу зрелые семена сельскохозяйственных растений можно разделить на три группы:

1) семена, богатые крахмалом;

2) семена, богатые белком;

3) семена, богатые жирами.

Семена всех растений содержат фитин. Главная функция фитина -- снабжать зародыш соединениями фосфора. Одновременно фитин содержит некоторое количество К, Mg, Са. В семенах содержатся также ферменты и гормоны, однако в неактивном состоянии. Распределение веществ в семенах неравномерно. Ткани зародыша обогащены минеральными элементами.

Так, содержание золы в зародыше составляет 5-5,5%, тогда как в эндосперме - всего около 0,5%. Показано, что зародыш обогащен активными веществами (ферменты, аминокислоты, гормоны), причем особенно много их в зародышевом корешке. Последнее как бы уже предопределяет ту специфическую роль, которую играют клетки корня в жизнедеятельности растущего организма.

Процесс прорастания семян включает в себя и те процессы, которые происходят в семени до того, как появляются признаки видимого роста.

Для прорастания необходимы определенные условия. Прежде всего нужна вода. Воздушно-сухие семена содержат до 20% воды и находятся в состоянии вынужденного покоя. Сухие семена быстро поглощают воду, набухают, происходит разрастание эмбриональной части и разрыв наружной семенной оболочки.

Поступление воды в семена можно разделить на три этапа.

Первый этап осуществляется в основном за счет матричного потенциала, или сил гидратации. Гидратация - спонтанный процесс. Находящиеся в семени запасные питательные вещества содержат большое количество гидрофильных группировок, таких, как - ОН, - СООН, - NH2. Молекулы воды вокруг гидратированных веществ принимают льдоподобную структуру. Притягивая молекулы воды, гидрофильные группировки уменьшают ее активность. Водный потенциал становится более отрицательным, вода устремляется в семена.

На втором этапе поглощения воды силы набухания, или матричный потенциал, также являются основными. Однако начинают играть роль осмотические силы - осмотический потенциал, поскольку в этот период происходит интенсивный гидролиз сложных соединений на более простые.

На третьем этапе, который наступает в период наклевывания семян, когда клетки растягиваются и появляются вакуоли, главной силой, вызывающей поступление воды, становятся осмотические силы - осмотический потенциал.

Уже в процессе набухания семян начинается мобилизация питательных веществ - жиров, белков и полисахаридов. Это все нерастворимые, плохо передвигающиеся сложные органические вещества. В процессе прорастания происходит перевод их в растворимые соединения, легко используемые для питания зародыша, поэтому необходимы соответствующие ферменты. Частично ферменты находятся в эндосперме или зародыше в связанном, неактивном состоянии и под влиянием набухания переходят в активное состояние.

При прорастании под влиянием ферментов начинается усиленная мобилизация, происходит распад сложных нерастворимых соединений на простые растворимые: крахмал распадается на сахара, белков - до аминокислот (а последние до органических кислот и аммиака), полисахаридов - до моносахаридов, жиров - до жирных кислот, оксикислот, альдегидов, которые потребляются зародышем. Эндосперм опустошается, отчего он обычно сморщивается и затем отсыхает, а семядоли, выполняющие функцию первых листьев, выносятся на поверхность, зеленеют и разрастаются.

Позже, когда зародыш становится проростком, взрослым растением, функция семядолей как первых листьев отпадает. Рост зародыша семени заключается в новообразовании, в увеличении размеров зачаточных органов - корешков, листочков - в результате деления клеток и разрастания тканей меристемы.

2 (19). Механизм действия на растения ретардантов. Применение ретардантов в сельскохозяйственной практике

Сегодня в сельскохозяйственной практике, с целью задержать рост, затормозить наступление цветения, ускорить образование плодов или семян, удержать сроки всходов посевов в неблагоприятных для культуры природных условиях, наиболее часто используют синтетические регуляторы роста или ретарданты (от латинского retardo - опаздываю, замедляю) - вещества, способные тормозить удлинение стеблей растения.

Поскольку большинство распространенных сортов высокоурожайных зерновых культур пшеницы, ржи, ячменя, кукурузы - это сорта интенсивного типа, они требуют высокой культуры земледелия, больших доз минеральных и органических удобрений. Колос у таких сортов пшеницы длинный, плотный, с большим количеством зерен и весит 1,5-2 грамма. Но стебель высокий, не всегда прочный. Здесь действует генетическая связь - чем длиннее колос, тем длиннее стебель, нарушить которую нелегко. Перед уборкой налитая зерном высокая пшеница с тяжелыми колосьями полегает, особенно на орошаемых полях с большим фоном азотных удобрений. На помощь здесь и пришли - ретарданты. Их применение впервые позволило приблизить фактическую урожайность пшеницы и многих сельскохозяйственных растений к физиологически возможному потолку урожайности.

Механизм действия синтетических регуляторов или ингибиторов роста ретардантов противоположен природным и синтетическим стимуляторам - гиббереллинам, ауксинам, кининам.

Процесс торможения роста основан на подавлении растягивания клеток стеблей во время их роста, усиливая их деление в поперечном направлении.

Принципиальная особенность, отличающая ретарданты от других регуляторов роста, заключается в том, что они блокируют в организме растения синтез фитогормонов гиббереллинов, стимулирующих вытягивание стеблей. При этом ущерба другим физиологическим процессам не наносится. У растений укорачиваются междоузлия, увеличивается число клеток тканей механических волокон, а стебли становятся более жесткими и прочными, предотвращая культуру от полегания. При этом резко, иногда почти па половину, уменьшается линейный прирост осевых органов растения, то есть рост в длину листьев и стеблей замедляется. Но фотосинтез не снижается, а его продуктивность даже возрастает. Следовательно, в растениях после обработки ретардантами происходит перераспределение ассимилятов, которые не израсходовались на рост, накапливаясь в различных органах: зернах пшеницы и ячменя, клубнях картофеля, плодах томата или плодовых деревьев. А это, естественно, повышает урожай. Избыток ассимилятов, образующихся в растениях пшеницы, накапливается также в корнях, стеблях.

Таким образом, под действием ретардантов происходит развитие более мощной и глубже проникающей в почву корневой системы, повышается механическая прочность стебля. Одновременно у пшеницы появляется больше продуктивных стеблей, так как часть боковых стеблей, которые обычно не дают колосьев и являются «страховым балластом», формируют полноценные колосья. Общая прибавка урожая становится весомой. Окраска листьев проявляется более сочной, насыщенной, темно-зеленой. Некоторые синтетические ингибиторы повышают устойчивость растений к засухе, холоду и загрязнению воздуха.

Таким образом, ретарданты-ингибиторы оказали большее экономическое влияние на сельское хозяйство.

3 (28). Понятие о развитии растений. Принцип регуляции развития

На протяжении всей жизни, т.е. онтогенеза, растение растет и развивается. Развитие - ход качественных последовательных изменений структуры, который проходит организм от возникновения из оплодотворенной яйцеклетки до естественной смерти. Общая схема развития каждого организма запрограммирована в его наследственной основе.

Растения резко различаются по продолжительности жизни. Известны растения, которые заканчивают свой онтогенез на протяжении 10-14 суток (эфемеры). Вместе с тем существуют растения, продолжительность жизни которых исчисляется тысячелетиями (секвойи). Независимо от продолжительности жизни все растения можно разделить на две группы: монокарпические, или плодоносящие один раз, и поликарпические, или плодоносящие многократно. К монокарпическим относят все однолетние растения, большинство двулетних, а также некоторые многолетние. Многолетние монокарпические растения (например, бамбук, агава) приступают к плодоношению после нескольких лет жизни и после однократного плодоношения отмирают. Большинство многолетних растений относят к поликарпическим.

Развитие каждого растительного организма проходит ряд этапов, которые характеризуются морфологическими и физиологическими признаками. Физиологические критерии этапов развития изучены слабо. При выделении этапов используют, главным образом, морфологические признаки. Для семенных растений можно выделить следующие этапы развития:

1) эмбриональный - от оплодотворения яйцеклетки до прорастания зародыша. Этот этап можно разделить на два периода: эмбриогенез - период, в котором эмбрионы находятся на материнском растении; покой - период от конца формирования семени и до его прорастания;

2) молодости (ювенильный) - от прорастания зародыша до закладки цветочных зачатков, характеризующийся усиленным ростом;

3) зрелости - от момента закладки цветочных зачатков до оплодотворения (появления новых зародышей);

4) размножения - от оплодотворения до полного созревания семян;

5) старости - от периода созревания семян до отмирания.

Поликарпические растения этапы эмбриональный и молодости проходят один раз, однако часто эти этапы характеризуются большой продолжительностью (несколько лет). Этапы зрелости и размножения наступают один раз, но осуществляются многократно. Этап старости у поликарпических растений также может продолжаться несколько лет. На протяжении каждого из перечисленных этапов развития в растении возникают новые органы. Процесс формирования этих органов называют органогенезом. Этот процесс можно изучить путем микроскопических наблюдений за дифференциацией верхушечных меристем и изменениями в формирующихся органах. Для одно- и двулетних растений выделено 12 последовательных этапов органогенеза. При этом на I и II этапах происходит дифференциация вегетативных органов, на III и IV-дифференциация зачаточного соцветия, на V-VIII - формирование цветков, на IХ - оплодотворение и образование зиготы, на X- XII - рост и формирование семян.

Основой морфологических, структурных изменений является изменение физиолого-биохимических процессов. Именно поэтому, как правило, внутренние физиолого-биохимические изменения предшествуют морфологическим. Однако проявляется и обратная зависимость. Вновь появившиеся структуры, органы оказывают влияние на уровень и направленность процессов метаболизма. Таким образом, можно считать, что есть единый процесс физиолого-биохимических и морфологических изменений. При этом физиолого-биохимические изменения, определяющие наступление последующего этапа, происходят в структурах, образовавшихся на предыдущем этапе развития организма. Старение и смерть как этапы программы онтогенеза.

Старение - активный процесс развития, который зашифрован в генетической программе и регулируется специфическими сигналами или импульсами, возникающими под влиянием условий среды. Во время процессов старения экспрессия большинства генов затухает. Однако экспрессия некоторых генов наоборот возрастает. Активируются гены, которые кодируют белки-ферменты, вызывающие процессы распада (протеазы, нуклеазы, липазы, ферменты, разрушающие хлорофилл и др.). Развитие организма обусловлено его генетической программой и может изменяться под влиянием различных внешних условий. В онтогенезе клеткой, тканью, органом или организмом приобретается способность к реализации определенных наследственных свойств, т.е. процессы развития детерминированы. Выбор той или иной стратегии развития организма происходит с помощью фитогормонов. Они репрессируют одни гены и дерепрессируют другие. При этом вначале возникают различные наборы ферментов в разных клетках, т.е. происходит их биохимическая дифференцировка. Последняя является причиной образования физиологической и структурной дифференцировки клеток.

Реакция растений на соотношение длины дня и ночи называется фотопериодизмом. Рецептором в фотопериодической реакции является листовая пластинка, которая воспринимает длину дня и ночи с помощью пигмента фитохрома. Это вещество поглощает красный свет, переходит в активное состояние и вызывает образование гормонов в листе. В меристеме под действием притекающих в нее фитогормонов идут изменения, в результате которых начинается процесс закладки цветков.

Кроме заложения цветков, фотопериод оказывает влияние на процесс листопада. Растения, которые способны зацветать при продолжительности дня не менее 16-18 часов в сутки, относятся к длиннодневным. Из культурных видов длинно дневными растениями являются: пшеница, ячмень, овес, лен, горчица, свекла, шпинат, редис. Растения, которые способны зацветать при длине дня 8-12 часов в сутки, относят к короткодневным. К ним принадлежит ряд южных сельскохозяйственных культур: кукуруза, рис, просо, соя, хлопчатник, сорго, сахарный тростник. Если эти виды все время находятся в условиях более длинного дня, то способны только интенсивно расти, формируя вегетативные органы и накапливая биомассу. Таким растениям необходим не просто короткий день, а темный период суток определенной продолжительности

Процесс развития - переход от одного этапа в другой - обусловливается внутренними причинами, заложенными в генетической основе организма. В геноме каждого организма зашифрована общая программа развития, которая делится на ряд подпрограмм. Однако должны существовать особые переключатели, которые переводят развитие организма с одной подпрограммы на другую.

Иначе говоря, должны быть какие-то индукторы, регулирующие процесс экспрессии генов, т. е. вызывающие репрессию одних генов, вырабатывающих белки-ферменты для осуществления предыдущего этапа, и одновременно - дерепрессию других генов, ответственных за развертывание процессов метаболизма, необходимых для прохождения последующего этапа. Такими индукторами, по-видимому, являются гормоны. Таким образом, последовательность развертывания программы и сами подпрограммы строго детерминированы в наследственной основе. Однако продолжительность отдельных этапов, время наступления следующего этапа могут заметно варьироваться в зависимости от условий среды. Именно под влиянием определенного комплекса внешних условий возникает такое соотношение гормонов, которое вызывает дерепрессию определенных участков генома. Как следствие, образуются белки-ферменты, изменяется течение обмена веществ, происходят морфогенетические изменения, характерные для следующего этапа. Для развертывания программы и перехода к следующему этапу развития недостаточно наличия гормонов. Клетка должна быть восприимчива (компетентна) к гормональному воздействию.

Центральным моментом развития растительного организма является переход от вегетативного роста к репродуктивному развитию (у цветковых растений - к цветению). Условия среды могут влиять на реализацию генетической информации и тем самым ускорять или замедлять наступление определенных этапов развития, в первую очередь переход растения от этапа молодости к этапу зрелости. Согласно современным представлениям, в растительном организме существуют два типа регуляторных механизмов, которые влияют на переход растения от этапа молодости к зрелости, - автономный и индуцированный. Автономная регуляция - это возрастной контроль, не зависящий от условий внешней среды. Автономность надо понимать как возможность осуществления процессов цветения в любых внешних условиях. Индуцированная регуляция вызывается определенными внешними факторами. Автономная регуляция проявляется в том, что растение лишь в определенном возрасте переходит в цветочно-спелое состояние. Период, который требуется для того, чтобы достигнуть цветочно-спелого состояния, различается в зависимости от вида растений. Есть растения, у которых он почти отсутствует. Так, некоторые растения готовы при определенных условиях перейти к цветению уже на фазе семядольных листьев. Однако у большинства растений цветочно-спелое состояние наступает при наличии нескольких листьев. У многолетних растений оно обычно наступает через пять или более лет. Некоторые виды бамбука вступают в цветочно-спелое состояние лишь по прошествии 50 лет.

Однако для многих видов растений достижение цветочно-спелого состояния зависит не только от возраста, но и от внешних условий. Для индуцированной, зависящей от внешних воздействий регуляции особенное значение имеет воздействие двух факторов -- температуры и фотопериода. Зависимость перехода растений к цветению от температуры называют яровизацией; зависимость перехода растений к цветению от соотношения длины дня и ночи в течение суток - фотопериодизмом. Оба эти явления выработались в процессе эволюции как приспособления, обеспечивающие переход к цветению в наиболее благоприятное время. С помощью этих приспособлений растительный организм определяет время цветения.

Следовательно, развитие растений осуществляется по определенной генетической программе. Развертывание этой программы, в том числе старение и смерть организма, может в определенной мере контролироваться внешними условиями, через внутреннюю гормональную систему регуляции. Таким образом, развитие растений совершается при взаимодействии генетических потенций и факторов внешней среды.

4 (46). Способы ускорения дозревания плодов

Дозревание - это продолжение тех же процессов, что и при созревании, но в этом случае синтез веществ замедляется, а преобладают гидролитические процессы: гидролиз крахмала, пектиновых веществ.

Различаются два периода дозревания.

Первый период, когда плоды еще находятся на материнском растении и продолжают расти. В это время они накапливают сахар в нерастворимой форме.

Второй период, когда плоды уже не растут. Накопленные вещества превращаются в компоненты, придающие плодам нужный аромат, вкус и цвет. Это дозревание происходит и после своевременного сбора плодов. Во втором периоде дозревания биохимические процессы достигают того предела, когда растительная ткань начинает стареть и плоды перезревают. Эта стадия обычно характеризуется начинающимся окрашиванием плодов.

Для хранения следует выбирать только плоды, не достигшие этого предела. Создавая благоприятные условия хранения, можно замедлить процесс дозревания и сохранить высокое качество только у фруктов и овощей, и тканях которых еще не начался процесс старения.

В зависимости от способности дозревать при хранении плоды и овощи делят на дозревающие и недозревающие.

К дозревающим относят: яблоки и груши зимних и осенних сортов, айву, рябину, некоторые сорта слив, клюкву, бруснику, черную смородину, цитрусовые, бананы, ананасы, хурму, тыкву, дыни, томаты, огурцы, горох, фасоль, кукуруз. К недозревающим относят инжир, гранаты, баклажаны.

При дозревании улучшаются потребительские свойства, появляется более привлекательная окраска (томаты из бурых становятся красными), аромат, консистенция (исключение составляют огурцы, кабачки, зернобобовые, при созревании которых консистенция грубеет, появляются пустоты, вкус и запах ухудшаются).

В дозревающих фруктах и плодовых овощных растениях происходят биохимические процессы. При дозревании происходит синтез красящих веществ, разрушение хлорофилла. Из продуктов распада углеводов, органических кислот образуются фенольные соединения, фитонциды, белки, воск, этилен.

В период дозревания в тканях овощей активизируется процесс дыхания, в результате чего помидоры потребляют очень большое количество кислорода (до 5 л на 1 кг). Поэтому в помещении для хранения нужно периодически проводить вентиляцию, чтобы обеспечить постоянный доступ кислорода в массу плодов.

На практике может быть использовано искусственное дозаривание.

Дозревание плодов и овощей может быть ускорено при температуре около 20оС. Дозаривание можно ускорять стимулирующими веществами, например в результате обработки плодов этиленом (непредельным углеводородом С2Н4, относящимся к группе гормонов, ускоряющих прорастание семян и развитие растений), для этого достаточно небольшого количества этилена (1:1000000). Под действием этилена в плодах распадаются дубильные вещества и органические кислоты, ускоряется гидролиз крахмала, пектиновых веществ, плоды размягчаются и быстро созревают.

Этилен - органическое химическое соединение, описываемое формулой С2H4. Является простейшим алкеном (олефином). В природе этилен практически не встречается. Это бесцветный горючий газ со слабым запахом. Свойство ускорять созревание плодов было обнаружено у этилена давно, еще в 20-е годы ХХ века и с тех пор его широко используют. При транспортировке важно, чтобы плоды оставались прочными и зелеными. Для этого их перевозят в проветриваемой таре, оберегая плоды от механических повреждений, вызывающих синтез этилена. Кроме того, биосинтез этилена замедляется при пониженной температуре и при высокой концентрации углекислоты в воздухе.

Чаще всего дозаривают томаты. К примеру, в средней зоне не созревает около половины урожая томата, а в северных районах - 70...80 % и более. Зеленые плоды томата содержат много хлорофилла, крахмала, органических кислот и мало сахара, поэтому их вкусовые качества низкие. Но они могут дозревать при хранении и приобретать качества (вкус, окраску), свойственные зрелым плодам на растении.

Для этого берут неповреждённые плоды, помещают в открытые, хорошо проветриваемые ящики. Хранилища оборудуют вентиляцией, отоплением и защищают от дневного света. Интенсивность дозаривания зависит от влажности и температуры воздуха в складе, камере.

Дозревание помидоров быстрее протекает при интенсивном освещении. Оптимальная температура для дозаривания 20...25 °С и относительная влажность воздуха 80...90 %. В этих условиях розовые плоды дозревают в течение 2...3 дней, побелевшие - 4...6, а зеленые - 7...10 дней.

Особенно эффективно дозаривание плодов томата этиленом - зелёные сформировавшиеся плоды дозревают за 5 дней. Поэтому в северных районах целесообразно томаты убирать зелёными и дозаривать, что позволяет получать зрелые плоды на месяц раньше, чем при естественном созревании на растении.

Оптимальная концентрация этилена для дозаривания плодов томата 1 : (1000...5000) при температуре 20...22 °С и относительной влажности воздуха около 80 %. Вместимость камеры определяют, исходя из нормы загрузки 70...80 кг на 1 м3 помещения. Обрабатывают зеленые плоды ежесуточно в течение 3...10 ч.

Дозаривание при помощи этилена проводят в герметических камерах, установленных в отапливаемых помещениях. Для небольших партий плодов камеры изготовляют из трёхслойной фанеры. Плоды укладывают на полках камер в 2-3 слоя, этилен вводят из расчёта 1 л газа на 1 м3 камеры. Большие партии плодов укладывают в ящики и дозаривают в камерах, оборудованных отоплением и вентиляцией. На 1 м3 полки размещают до 80 кг плодов. Камеры заполняют этиленом каждые 24 ч до тех пор, пока плоды не побуреют, после чего прекращают подачу газа. После обработки камеру проветривают и дополнительно подают кислород, который необходим для ускорения созревания плодов. В присутствии катализатора (каолина) из 100 мл спирта получают 20...25 л этилена. Плоды дозаривают в течение 4...5 сут.

Плоды можно дозаривать также в газонепроницаемых камерах, заполненных кислородом (60-80% к объёму камер). В камерах поддерживают температуру около 20°С. Плоды выдерживают в кислороде в течение 3 дней, после чего они хорошо дозревают в обычных условиях.

5 (57). Выращивание растений при искусственном облучении (электросветкультура)

растение холодоустойчивость плод облучение

Круглогодовое выращивание растений в естественных условиях возможно только в тропической и субтропической зонах. В районах с умеренным и холодным климатом естественные условия позволяют выращивать растения только в ограниченное время года, за этот период все стремятся сделать необходимые запасы кормов, продуктов питания и органического сырья. Однако скоропортящиеся овощи, ягоды и некоторые виды фруктов очень трудно сохранять длительное время. При консервировании, замораживании и других видах переработки многие ценные вещества (витамины и др.) утрачиваются. Вследствие этого вкусовые и питательные качества продуктов значительно ухудшаются.

Но и в обогреваемых теплицах, при недостаточном притоке к растениям естественного оптического излучения, невозможно вырастить такие свежие высококачественные овощи, как огурцы, томаты. Без искусственного облучения в теплицах с ноября по март можно выращивать лишь малоценные овощные культуры, такие как лук на перо, листовой салат, сельдерей, петрушку и др.

В холодное время года свежие высококачественные овощи (огурцы, томаты и др.) можно получить только при искусственном обогреве растений.

Искусственное облучение (освещение) растений в теплицах, камерах искусственного климата и фитотронах получило широкое распространение. Искусственное облучение растений широко используют в исследованиях по физиологии, экологии, генетике и селекции растений. Применяя его, можно в камерах искусственного климата, теплицах и фитотронах в течение года вырастить несколько поколений растений. Это дает возможность селекционерам значительно ускорить работы по выведению новых сортов и гибридов сельскохозяйственных растений.

В зимних теплицах средней и северной зон рассады огурцов и томатов в зимние месяцы, с целью обеспечения или усиления продуктивного фотосинтеза, а также для управления развитием, зацветанием и плодоношением растений, для их облучения применяют электрические лампы различных типов и мощностей применяют искусственное облучение электрическими лампами. Это позволяет ускорить выход ранних овощей из теплиц на 3-4 недели, повысить их урожай и снизить себестоимость. Для выращивания рассады огурцов и томатов с искусственным облучением используется примерно 10% от всей полезной площади зимних теплиц. Удельная электрическая мощность установок для дополнительного облучения рассады овощей составляет 200-250 Вт/мІ.

Правильный выбор типов электрических ламп, облучателей и режимов их эксплуатации с учетом назначения и конкретных условий облучения растений позволяет существенно снизить как удельную мощность облучательной установки, так и затраты электроэнергии на выращивание растений.

Спектральный состав излучения источника, величина облученности, ежесуточная продолжительность и другие режимы облучения выбирают в зависимости от конкретных целей искусственного облучения. Наиболее широко в тепличном овощеводстве распространено дополнительное искусственное облучение рассады с целью усиления продуктивного фотосинтеза, ускорения роста и развития молодых растений. Излучение электрических ламп при этом дополняет естественное солнечное облучение, недостаточное в зимние месяцы в теплицах для хорошего роста и развития рассады овощных растений. Растения, выращивавшиеся в рассадный период при дополнительном искусственном облучении, после высаживания на постоянное место растут только при естественном солнечном облучении в теплице.

Иногда в теплицах искусственное дополнительное облучение применяют для усиления продуктивного фотосинтеза плодоносящих растений. В этом случае удельная мощность облучательной установки должно быть в 1,5-2 раза большей по сравнению с установкой для дополнительного облучения этого же вида растений в рассадный период.

С целью обеспечения высокой скорости продуктивного фотосинтеза в камерах искусственного климата и фитотронах чаще всего растения выращивают только при искусственном облучении. Удельная электрическая мощность облучательной установки в этом случае имеет еще более высокое значение. В зависимости от типа применяемых электрических ламп она достигает нескольких сотен ватт и даже киловатт на 1 мІ.

При выращивании декоративных растений (цветов) искусственное облучение применяют с целью продления короткого естественного дня и обеспечения требуемого фотопериодического эффекта, ускоряющего или замедляющего зацветание растений. В этом случае удельная электрическая мощность облучательной установки во много раз меньше, чем для дополнительного облучения рассады овощей. Она составляет лишь несколько десятков ватт на 1 мІ облучаемой площади.

Искусственное облучение растений применяют при выращивании зимой из зерна зеленого корма для домашних животных и птиц. В зеленых проростках, скармливаемых в виде витаминной добавки к основному корму, содержится много очень ценных, особенно для молодняка животных и птиц, веществ (ферменты, витамины и др.).

Так как рост зеленой массы в этом случае происходит за счет энергии органических веществ семян, то нет необходимости создавать высокую облученность, которая обеспечивала бы интенсивную скорость протекания продуктивного фотосинтеза. Удельная электрическая мощность облучательной установки в этом случае в 5-6 раз меньше, чем для дополнительного облучения рассады овощей в теплицах.

Облучение семенных клубней картофеля замедляет их прорастание до посадки и позволяет получить короткие прочные побеги. Такие клубни после посадки дают дружные всходы в короткий срок, что сокращает период вегетации.

6 (64). Холодоустойчивость растений и способы (агротехнические, селекционные) ее повышения

Под холодостойкостью понимают способность растений переносить положительные температуры несколько выше О0С. Холодостойкость свойственна растениям умеренной полосы (ячмень, овес, лен, вика и др.). Тропические и субтропические растения повреждаются и отмирают при температурах от 0 до 100С (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. Теплолюбивые растения сильно страдают при положительных пониженных температурах. Многие растения южных широт повреждаются холодом. При температуре 3°С повреждаются огурец, хлопчатник, фасоль, кукуруза, баклажан. Внешними симптомами страдания растений являются завядание листьев, появление некротических пятен. Первичный эффект пониженных положительных температур связан с повреждением мембран, увеличением их проницаемости. Показано, что меняется молекулярная архитектура мембран, расположение в них липидных молекул, происходят конформационные изменения белков мембран. Резко меняются свойства мембран митохондрий и хлоропластов.

В связи с этим нарушаются процессы окислительного и фотосинтетического фосфорилирования. Благодаря нарушениям обменных процессов в организме накапливаются промежуточные продукты метаболизма. В нормальных для данного вида растений температурных условиях все реакции, протекающие в организме, хорошо согласованы друг с другом, продукты одной реакции сейчас же перерабатываются. В том случае, если растения попадают в неблагоприятные температурные условия, эта согласованность нарушается. Дело в том, что различные биохимические реакции характеризуются разной зависимостью от температуры. Одни реакции при снижении температуры резко замедляются, другие - нет. Это приводит к нарушению обмена и к накоплению вредных продуктов. Так, резко тормозятся реакции цикла Кребса, благодаря чему накапливаются продукты гликолиза. При продолжительном воздействии пониженной температуры наступает гибель теплолюбивых растений.

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 оС. 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 18-20оС всходы у кукурузы появляются на 4-й день, а при 10-12оС - 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 1200оС, раннеспелые - 1200-1600, среднераннеспелые - 1600-2200, среднеспелые - 2200-2800, среднепозднеспелые - 2800-3400, позднеспелые - 3400-4000оС.

Агротехнические приемы, способствующие повышению морозоустойчивости и холодостойкости, основаны на создании условий, при которых происходит накопление в тканях растений «защитных веществ»: сахаров, липоидов. К этим приемам относят подзимние посевы, предпосевную закалку семян, фосфорно калийные подкормки, выращивание рассады при нижнем уровне оптимальных температур перед высадкой в поле.

Для ряда холодостойких овощных растений широко применяют подзимние посевы. Их проводят перед наступлением устойчивых морозов, когда семена уже не могут прорасти.

Предпосевную закалку семян переменными температурами или промораживанием набухших семян применяют для теплолюбивых растений (огурец, томат). При закалке переменными температурами семена вначале намачивают, и они набухают. После этого их попеременно через каждые 12 ч выдерживают сначала при температуре 20 °С, затем при температуре от 0 до -2, -3°С. Продолжительность такого воздействия переменными температурами от 10 до 12 суток.

Закалку семян путем промораживания также применяют для набухших семян, которые в течение 3...5 суток выдерживают в холодильнике при -3, -5°С. Рассаду капусты, томата, огурца в парниках и пленочных теплицах за 2 недели до высадки так же закаливают. Снижают температуру днем и особенно ночью до нижнего уровня для капусты 6°С, томата 15 °С, огурца 18 °С. В летне-осенний период для повышения морозостойкости овощных растений проводят подкормки фосфорно-калийными удобрениями. 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 часов) переменных температурах: от 0 до 5оС и при 15-20оС. Холодостойкость ряда растений повышается при замачивании семян в 0,25%-ных растворах микроэлементов

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

7 (89). Аллелопатические взаимодействия растений

Аллелопатия - это взаимное влияние растений через изменение среды в результате выделения в нее продуктов жизнедеятельности (летучих или растворенных в стекающей с листьев или омывающей корни воде веществ).

Иногда аллелопатия определяют только как вредное влияние одних растений на другие, но в более широком понимании аллелопатия - как отрицательное, так и положительное взаимодействие растений друг с другом путём выделения химических веществ. Ю.А.Злобин к разряду положительных взаимоотношений между растениями относит:

- влияние бобовых на другие виды, не способные к обогащению почвы азотом;

- биотическую трансформацию местообитаний (т.е. все формы проявления влияния растений в соответствии с моделью благоприятствования;

- облегчение перекрестного опыления у растений, агрегированных в группы; передачу внутри клонов ЭМП от развитых растений к молодым, расположенным у периферии.

Значимость положительных взаимоотношений между компонентами растительного сообщества тем выше, чем сильнее их нарушения, так как в процессе восстановления сообщества уровень конкуренции невысок и могут проявляться как эффекты «нянь», так и преимущества «коллективного» восстановления ризосфер.

Аллелопатическое взаимодействие растений (также их взаимное влияние) друг на друга можно подразделить на химическое и физическое.

Под физическим взаимодействием подразумевается создание определённого микроклимата, когда более высокие растения создают частичное затенение и повышенную влажность для растений нижнего яруса. В такой защите нуждаются, например, салат и шпинат, которые не любят сильного перегрева на солнце.

Химическое взаимодействие сводится к тому, что надземные части растений могут выделять пахучие вещества, отпугивающие вредителей, а корневые системы выделяют различные органические вещества, среди которых есть витамины, сахара, органические кислоты, ферменты, гормоны, фенольные соединения. Что касается фенольных соединений, то те, что связаны с аллелопатией, называются колинами. Их накопление в почве вызывает почвоутомление. Возникает оно, когда один и тот же вид растений долго выращивается на одном месте. Проблема решается при соблюдении севооборотов.

Аллелопатия, как и другие взаимоотношения растений, лежит в основе возникновения, развития и смены растит, группировок, играет важную роль в почвообразовательном процессе.

В сообществах бывают взаимно полезные или просто не мешающие друг другу виды. Однако, когда в сообщество попадает «чужое» растение, начинается борьба не на жизнь, а на смерть. Семена его с трудом всходят. Они могут много лет лежать, не прорастая, а потом, дав всходы, погибнуть, так как молодые растения не выдерживают влияния непривычных для них соседей.

Если же чужое для сообщества растение все-таки уцелеет и окрепнет, то оно начнет изменять растительность вокруг себя. Возле него появятся привычные для такого вида соседи. Вскоре здесь образуется небольшой островок нового сообщества. Все разрастаясь, оно в конце концов вытеснит старое сообщество с его собственной территории.

Итак, не только отдельные растения взаимодействуют между собой, но и целые растительные сообщества сменяют друг друга, наступают или отступают. Так степь сменяется лесом, который затем снова может стать степью, если изменится климат, и т. д. С переменным успехом побеждают то одни, то другие растения. Этот процесс идет миллионы лет, длится он и теперь среди дикой растительности.

Огромные площади давно уже заняли культурные сообщества -- посевы. Развитие их направляется человеком. Тем не менее определенные взаимоотношения растений существуют и здесь. Достаточно вспомнить вред, который приносят посевам сорняки, или, напротив, преимущества совместного выращивания растений в смешанных посевах.

Растения с высокой аллелопатической активностью (например, пырей, ясень, лох) легко внедряются в сообщества, подавляя другие виды, но вызывают при этом почвоутомление и не могут быть доминантами.

Роль аллелопатии необходимо учитывать при создании смешанных посевов и посадок при обосновании севооборотов (чтобы избежать почвоутомления).

Аллелопатические взаимодействия могут быть существенны между интродуцированными растениями и растениями местной флоры. Например, эвкалипты, завезенные на Кавказ из Австралии, аллелопатически воздействуют на травянистые растения кавказской флоры, и здесь под их кронами травы не растут; грецкий орех в садах отрицательно влияет на все прочие культуры.

Возможны аллелопатические взаимодействия между корнями растений, в результате чего корни равномерно распределяются в объеме почвы и практически не сталкиваются. Роль сигнала «занято» могут выполнять выделяемые из корней в почву органические кислоты.

Очень важно также, что растения могут поглощать выделения других растений. В опытах с мечеными атомами наблюдалось, что усвоенный кукурузой в процессе фотосинтеза углерод уже через несколько часов обнаруживался в соседних бобовых растениях. Это означает, что совместно растущие растения, переплетаясь корнями, имеют общий обмен веществ, питаются и живут как одна сложная система. Путем такого обмена растения влияют друг на друга химически и изменяют свой химический состав.

Например, кукуруза, растущая вместе с бобами, обогащается белком, что очень важно для кормления сельскохозяйственных животных. Иногда эти изменения химических свойств бывают и нежелательными. Так, культурные растения могут снизить свои качества, если они поглотят какие-то ядовитые вещества, выделенные другими растениями.

Как показывают многочисленные исследования, физиологически активные вещества встречаются в выделениях каждого растения. По качеству эти вещества различны, к тому же у одного растения их больше, у другого -- меньше. Таким образом, каждое растение в течение своей жизни создает вокруг себя химическую защиту.

Вещества, выделяемые деревьями, привлекают определенные виды растений, которые находят себе защиту под их сенью. Для других подобные выделения -- сильный яд, и они не могут расти в этом месте. Мы хорошо знаем, например, запах соснового бора, дубового леса, луга, степи. Было замечено, что летучие и водорастворимые органические вещества, выделяемые растениями леса, вредны для произрастания степных растений. В свою очередь древесные растения, отчасти из-за веществ, выделяемых степными растениями, отчасти из-за засухи, не в состоянии проникнуть в степь и т. д.

Взаимодействуя между собой растения перехватывают друг у друга пищу, воду, свет, но и в этом случае химические выделения дают одним видам преимущества над другими. Вода и питательные вещества, которые растения поглощают корнями из почвы, всегда смешаны с корневыми выделениями соседних растений. Эти выделения могут ускорять или замедлять физиологические процессы.

Так действуют, например, выделения тополя на посеянный рядом овес. Ближайшие растения совершенно угнетены, на краю гибели; немного дальше -- растения выше, еще дальше -- достигают нормальной величины, вслед за ними идет полоса, где растения стимулированы -- они выше, зеленее, чем на остальном поле. Такое явление часто наблюдается по краям лесополос из дуба, тополя, ивы, лоха -- их выделения угнетают рост не только овса, но и подсолнечника, кукурузы, свеклы, фасоли, сои, древесных саженцев и т. д.

Особенно большое количество веществ-тормозителей выделяется сорняками. Так, например, пырей выделяет чрезвычайно ядовитый для растений агропирен, а горькая полынь -- множество различных соединений (абсинтин, артеметин и др.). Грецкий орех выделяет листьями вещество юглон, которое, смываясь каплями росы и дождя, угнетает все, что всходит под этим деревом.

Однако небольшое количество веществ-тормозителей полезно для растений -- усиливает их рост, повышает накопление хлорофилла и интенсивность фотосинтеза и т. д. Все это в целом положительно сказывается на урожайности.

Следовательно, регулируя количество этих веществ в почве, можно достичь значительного повышения урожайности. Регулировать содержание тормозителей в почве не так сложно. Для того чтобы тормозителей было больше, надо высевать растения, которые выделяют их много, или вносить в почву органические остатки.

А если мы хотим уменьшить количество тормозителей, то для этого следует усилить микробиологические процессы - провести рыхление почвы, внести удобрения и др. Так, изучение химического взаимодействия -- аллелопатии, раскрывая перед человеком законы жизни растительных сообществ, помогает управлять ими, дает возможность получать высокие и устойчивые урожаи на полях и на пастбищах.

Список используемой литературы

1. Волков В.Н. Биофотометрия и экологическая биоэнергетика: искусственное облучение растений / В.Н.Волков и др. - Пущино: Научный центр биологических исследований институт агрохимии и почвоведения, 1982. - 41 с.

2. Полонский В.И. Физиология растений: учеб.пособие / В.И.Полонский. - Красноярск: КГАУ, 2008. - 212 с.

3. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений / Н.Н.Третьяков, Е.И.Кошкин, Н.М.Макрушин и др. - М.: Колос, 2005. - 640 с.

4. Физиология растений / Н.Д.Алехина, Ю.В.Балнокин, В.Ф.Гавриленко и др. - М.: Академия, 2005. - 635 с.

5. Якушкина Н.И. Физиология растений / Н.И.Якушкина, Е.Ю.Бахтенко. - М.: Владос, 2005. - 463 с.

Размещено на Allbest.ru