Влияние теплового режима на рост растений и эффективность удобрений. Презентация на тему: «Действие экстремальных температур на растения
Жизнь и развитие комнатных растений зависит от многих факторов и основным из них является температура. Влияние температуры на растения может быть как положительным так и крайне отрицательным. Конечно все зависит от вида растения и его предпочтений в условиях дикой природы, но некоторые виды утрачивают изначальные привычки и полностью адаптируются к условиям квартир.
Каждый тип растений нуждается в разном количестве тепла, некоторые их них могут стойко переносить отклонения от приемлемых температурных режимов, а другие страдают и тормозятся в развитии.
Важным фактором является не только количество тепла получаемого растением, но и продолжительность теплового воздействия. На разных этапах жизни растения количество необходимого тепла не редко варьируется, так на стадии активного роста большинству растений необходима теплая атмосфера, но когда растение переходит в период покоя количество получаемого тепла рекомендуется снизить.
Комфортная температура для каждого растения определяется исходя из значений максимальной и минимальной температуры при которой растение нормально развивается или комфортно себя ощущает на разных этапах жизни. Падение температуры ниже допустимых значений, как правило, приводит к затуханию всех процессов, торможению развития и ослаблению процесса фотосинтеза. Повышение напротив активизирует и ускоряет эти процессы.
В холодное время года влияние температуры на растения немного отличается. Растения будет комфортно при более низких температурах, это обусловлено тем, что большинство растений в этот период переходят в фазу покоя. В это время процесс роста замедляется или прекращается вовсе, растение как бы спит, дожидаясь более благоприятных условий. Поэтому причин поддерживать высокую температуру в этот период нет, потребность растений в тепле намного меньше чем в летний период.
- способные выдержать резкое изменение температур
- теплолюбивые
- любители прохладного содержания
К первой группе относят аспидистру, аукубу, кливию, монстеру, фикусы, традесканции и даже некоторые виды пальм. К любителям теплых условий зимой относятся орхидея, колеус и др. эти растения страдают от недостатка тепла и могут погибнуть, поэтому к их содержанию необходимо подходить отвественно. К третье группе относятся жасмин, цикламен, самшит и другие. Данные растения будут хорошо себя чувствовать в прохладных помещениях при средних температурах 8-12 градусов.
Обычно представители третье группы вызывают трудности, ведь в холодное время года создать прохладные условия проблематично. Да-да, ка бы смешно это не звучало, но это именно так. Люди сами по природе своей теплолюбивы, и не многие из них захотят проживать в прохладных условиях в угоду комнатных растений, да и к тому же отопление иногда жарит так что хоть окна на распашку открывай =)
Для создания прохладных условий можно ставить такие растения на подоконники, но в этом случае нужно обязательно защитить их от жара систем отопления, например отгородив защитным экраном или немного убавив обогрев
Если влияние температуры на растения и может быть разным, то резкие скачки температуры однозначно скажутся негативно. Такое часто случается, особенно зимой. Быстрые изменения температуры могут негативно сказаться на корневой системе растения, переохладить корни и листья, в результате чего растение может заболеть. Больше всего подобным перепадам подвержены растения стоящие на подоконниках, там они находятся в положении «между молотом и наковальней». С одной стороны напирает жар от батареи, а с другой холод при проветривании и замерзших стекол.
Конечно наиболее чувствительны к перепадам тропические растения, а вот кактусы стойко переносят даже сильные скачки. По природе свой кактусы находятся в условиях, когда дневная и ночная температуры могут отличаться на десятки градусов.
При проветривании комнат растения следует обязательно защищать, особенно те которые стоят на подоконнике. Для этой цели можно использовать лист картона, если защитить растения нечем — лучше убрать их подальше от окна на время проветривания.
В статье даны общие сведения, естественно, влияние температуры на растения конкретных видов могут сильно отличаться. Ознакомиться с рекомендуемыми температурами для отдельных видов растений лучше в каталоге.
Наряду с тепловыми характеристиками окружающей среды необходимо знать температуру самих растений и ее изменения, поскольку именно она представляет истинный температурный фон для физиологических процессов. Температуру растений измеряют с помощью электротермометров, имеющих миниатюрные полупроводниковые датчики. Чтобы датчик не повлиял на температуру измеряемого органа, необходимо, чтобы его масса была во много раз меньше массы органа. Датчик должен быть также малоинерционным и быстро реагировать на изменения температуры. Иногда для этой цели используют термопары. Датчики или прикладывают к поверхности растения, или «вживляют» в стебли, листья, под кору (например, для измерения температуры камбия). Одновременно обязательно измеряют температуру окружающего воздуха (затенив датчик).
Температура растений весьма непостоянна. Из-за турбулентных потоков и непрерывных изменений температуры воздуха, непосредственно окружающего лист, действия ветра и т. д. температура растения варьирует с размахом в несколько десятых долей или даже целых градусов и с частотой в несколько секунд. Поэтому под «температурой растений» следует понимать более или менее обобщенную и в достаточной мере условную величину, характеризующую общий уровень нагрева. Растения как пойкилотермные организмы не имеют собственной стабильной температуры тела. Их температура определяется тепловым балансом, т. е. соотношением поглощения и отдачи энергии. Эти величины зависят от многих свойств как окружающей среды (размеры прихода радиации, температура окружающего воздуха и его движение), так и самих растений (окраска и другие оптические свойства растения, величина и расположение листьев и т. д.). Первостепенную роль играет охлаждающее действие транспирации, которое препятствует очень сильным перегревам в жарких местообитаниях. Это легко показать в опытах с пустынными растениями: стоит лишь смазать вазелином ту поверхность листа, на которой расположены устьица, и лист на глазах гибнет от перегрева и ожогов.
В результате действия всех указанных причин температура растений обычно отличается (иногда довольно значительно) от температуры окружающего воздуха. При этом возможны три ситуации:
- · температура растения выше температуры окружающего воздуха («супратемпературные» растения, по терминологии О. Ланге),
- · ниже ее («субтемпературные»),
- · равна или очень близка к ней.
Первая ситуация встречается довольно часто в самых разнообразных условиях. Значительное превышение температуры растения над температурой воздуха обычно наблюдается у массивных органов растений, особенно в жарких местообитаниях и при слабой транспирации. Сильно нагреваются крупные мясистые стебли кактусов, утолщенные листья молочаев, очитков, молодила, у которых испарение воды очень незначительное. Так, при температуре воздуха 40- 45°С пустынные кактусы нагреваются до 55- 60°С; в умеренных широтах в летние дни сочные листья растений из родов Sempervivum и Sedum нередко имеют температуру 45°С, а внутри розеток молодила - до 50°С. Таким образом, превышение температуры растения над температурой воздуха может достигать 20°С.
Сильно нагреваются солнцем различные мясистые плоды: например, спелые томаты и арбузы на 10- 15°С теплее воздуха; температура красных плодов в зрелых початках аронника - Arum maculatum доходит до 50°С. Довольно заметно бывает повышение температуры внутри цветка с более или менее закрытым околоцветником, сохраняющим от рассеивания тепло, которое выделяется при дыхании. Иногда это явление может иметь существенное адаптивное значение, например, для цветков лесных эфемероидов (пролески, хохлатки и др.), ранней весной, когда температура воздуха едва превышает 0°С.
Своеобразен и температурный режим таких массивных образований, как древесные стволы. У одиночно стоящих деревьев, а также в лиственных лесах в «безлистную» фазу (весной и осенью) поверхность стволов сильно нагревается в дневные часы, причем в наибольшей степени с южной стороны; температура камбия здесь может быть на 10- 20°С выше, чем на северной стороне, где она имеет температуру окружающего воздуха. В жаркие дни температура темных стволов ели повышается до 50- 55°С, что может принести к ожогам камбия. Показания тонких термопар, вживленных под кору, позволили установить, что стволы древесных пород защищены по-разному: у березы температура камбия быстрее меняется в соответствии с колебаниями температуры наружного воздуха, в то время как у сосны она более постоянна благодаря лучшим теплозащитным свойствам коры. Нагревание стволов деревьев и безлистном весеннем лесу существенно влияет на микроклимат лесного сообщества, поскольку стволы - хорошие аккумуляторы тепла.
Превышение температуры растений над температурой воздуха встречается не только в сильно прогреваемых, но и в более холодных местообитаниях. Этому способствует темная окраска или иные оптические свойства растений, увеличивающие поглощение солнечной радиации, а также анатомо-морфологические особенности, способствующие снижению транспирации. Довольно заметно могут нагреваться арктические растения: один пример - карликовая ива - Salix arctica на Аляске, у которой днем листья теплее воздуха на 2- 11°С и даже в ночные часы полярного «круглосуточного дня» - на 1- 3°С. Еще один интересный пример нагревания под снегом: в летнее время в Антарктиде температура лишайников бывает выше 0°С даже под слоем снега более 30 см. Очевидно, в столь суровых условиях естественный отбор сохранил формы с наиболее темной окраской, у которых благодаря такому нагреванию возможен положительный баланс углекислотного газообмена.
Довольно значительно могут нагреваться солнечными лучами иглы хвойных древесных пород зимой: даже при отрицательных температурах возможно превышение над температурой воздуха на 9- 12°С, что создает благоприятные возможности для зимнего фотосинтеза. Экспериментально было показано, что если для растений создать сильный поток радиации, то даже при низкой температуре порядка - 5, - 6°С листья могут нагреться до 17- 19°С, т. е. фотосинтезировать при вполне «летних» температурах.
Снижение температуры растений по сравнению с окружающим воздухом чаще всего отмечается в сильно освещенных и прогреваемых местообитаниях (степях, пустынях), где листовая поверхность растений сильно редуцирована, а усиленная транспирация способствует удалению избытка тепла и предотвращает перегрев. У интенсивно транспирирующих видов охлаждение листьев (разность с температурой воздуха) достигает 15°С. Это крайний пример, но и снижение на 3- 4°С может предохранить от губительного перегрева.
В самых общих чертах можно сказать, что в жарких местообитаниях температура надземных частей растений ниже, а в холодных- выше температуры воздуха. Эта закономерность прослеживается и на одних и тех же видах: так, в холодном поясе гор Северной Америки, на высотах 3000- 3500 м, растения теплее, а в низкогорном - холоднее воздуха.
Совпадение температуры растений с температурой окружающего воздуха встречается гораздо реже в условиях, исключающих сильный приток радиации и интенсивную транспирацию, например у травянистых растений под пологом тенистых лесов (но не на солнечных бликах), а на открытых местообитаниях - в пасмурную погоду или при дожде.
Различают разные биологические типы растений по отношению к температуре. У растений термофильных, или мегатермных (теплолюбивых), оптимум лежит в области повышенных температур. Они обитают в областях тропического и субтропического климата, а в умеренных поясах - в сильнопрогреваемых местообитаниях. Для криофильных,или микротермных (холодолюбивых), растений оптимальны низкие температуры. К ним принадлежат виды, живущие в полярных и высокогорных областях или занимающие холодные экологические ниши. Иногда выделяют промежуточную группу мезотермных растений.
Для большинства растений наиболее благоприятными для жизни являются температуры +15…+30 о С. При температуре +35…+40 о С 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 о С все клетки проходят процесс митотического деления, при 38 о С митоз отмечается в каждой седьмой клетке, а повышение температуры до 42 о С 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 о С, пыльца до 70 о С, споры в течении нескольких минут выдерживают нагревание до 180 о С.
Из тканей наиболее устойчивы камбиальные. Так, камбиальный слой в стволах переносит летом температуру до +51 о С.
Определение холодоустойчивости растений
Понятие низкотемпературного стресса (cold shook) включает в себя всю совокупность ответных реакций растений на действие холода или мороза, причем реакций, соответствующих генотипу растений и проявляющихся на разных уровнях организации растительного организма от молекулярного до организменного.
Холодоустойчивость – способность теплолюбивых растений переносить действие низких положительных температур. Холодостойкими называются растения, которые не повреждаются и не снижают своей продуктивности при температуре от 0 до +10°С.
Для большинства сельскохозяйственных культур низкие положительные температуры почти безвредны. Отдельные органы теплолюбивых растений обладают разной устойчивостью к холоду. У кукурузы и гречихи быстрее всего отмирают стебли, у риса менее устойчивы листья, у сои сначала повреждаются черешки, а затем листовые пластинки, у арахиса наиболее чувствительна к холоду корневая система.
При воздействии холода происходит потеря тургора листьями вследствие нарушения доставки воды к транспортирующим органам, что ведет к уменьшению содержания внутриклеточной воды. Усиливаются гидролитические процессы, в результате накапливаются небелковый азот (пролин и другие азотистые соединения), моносахара. Увеличиваются гетерогенность и количество белка, особенно низкомолекулярного (26, 32 кД).
Повышается проницаемость мембран. Эта реакция относится к первичным механизмам воздействия холода. Изменение состояния мембран при низкой температуре в значительной мере связано с потерей ионов кальция. У озимой пшеницы, если воздействие не слишком сильное, мембраны клеток теряют ионы кальция, проницаемость увеличивается; различные ионы, в первую очередь калия, а также органические кислоты и сахара из цитоплазмы выходят в клеточную стенку или межклетники. Ионы кальция тоже выходят в клеточную стенку, но повышается их концентрация и в цитоплазме, при этом активируется H+-АТФ-аза. Активный транспорт протонов запускает вторичный активный транспорт, и ионы калия возвращаются в клетку. В результате увеличивается поглощение воды и тех веществ, которые вышли из клетки, т.е. клеточный сок из экстраклеточного пространства входит в нее, что ведет к восстановлению ее состояния после повреждения (рис. 24а).
При действии более низкой температуры потеря мембранами ионов кальция очень велика. В результате сильного воздействия количество ионов кальция в цитоплазме увеличивается, и мембранные структуры нарушаются, также как и функции мембранносвязанных энзимов. H+-АТФ-аза инактивируется, а фосфолипиды, наоборот, активируются, что вызывает утечку ионов и стимулирует деградацию мембранных липидов. В этом случае повреждения становятся необратимыми.
Изменение проницаемости мембран связано также со сдвигами в жирнокислотных компонентах: насыщенные жирные кислоты из жидкокристаллического состояния переходят в состояние геля раньше, чем ненасыщенные. Поэтому чем больше в мембране насыщенных жирных кислот, тем она жестче, т.е. менее лабильна. При увеличении уровня ненасыщенных жирных кислот удавалось снизить чувствительность к понижению температуры.
Дезинтеграции мембран способствует и увеличение содержания свободных радикалов, свидетельствующее об усилении перекисного окисления липидов (ПОЛ). Так, например, у риса при 2ºС снижалась активность в тканях антиоксидантного фермента СОД и возрастало содержание малонового диальдегида (МДА) – конечного продукта ПОЛ. При обработке токоферолом количество МДА убывало.
Нарушение целостности мембран ведет к распаду клеточных структур: митохондрии и хлоропласты разбухают, в них уменьшается число крист и тилакоидов, появляются вакуоли, ЭПР образует концентрические круги, в том числе и из тонопласта внутри вакуоли. Это неспецифические изменения.
Вследствие дезинтеграции тилакоидных мембран хлоропластов нарушается фотосинтез, что касается и ЭТЦ, и ферментов цикла Кальвина.
Повреждение процесса дыхания также наблюдаются при холодовом воздействии, снижение энергетической эффективности связано с дополнительными затратами на поддержание обмена веществ. Возрастает активность альтернативного пути дыхания. В некоторых случаях, например у ароидных, интенсификация этого пути способствует повышению в холодную погоду температуры цветов, что необходимо для испарения эфирных масел, привлекающих насекомых. Изменяется и соотношение путей дыхания в пользу пентозофосфатного пути.
У теплолюбивых растений полное ингибирование фотосинтеза наступает при 0°С, т.к. происходит нарушение мембран хлоропластов и разобщение транспорта электронов и фотосинтетического фосфорилирования. У нехолодостойких сортов кукурузы через 20ч после действия температуры +30С происходит распад хлоропластов и разрушение пигментов. У холодостойких гибридов, например кукурузы действие температуры +3°С не влияет на состав пигментов и структуру хлоропластов.
Влияние температуры на фотосинтез зависит от освещенности. Образование хлорофилла в листьях огурца при закаливающей температуре (+15°С) ингибируется меньше при более слабой освещенности. Тормозится рост, изменяется баланс фитогормонов – возрастает содержание АБК (преимущественно у устойчивых сортов и видов), а ауксина –убывает. Понижение температуры ведет к изменениям и в транспортных процессах: поглощение NO3 ослабевает, а NH4 усиливается, особенно у приспособленных растений. Самым уязвимым при действии низкой температуры оказывается транспорт NO3 из корней в листья.
Продолжительное действие низких температур приводит растение к гибели. Основные причины отмирания растений состоят в необратимом увеличении проницаемости мембран, повреждения метаболизма клетки, накопления токсических веществ.
Сегодня хочу обратить внимание на влияние температуры на растения. Не секрет, что каждый вид растения приспособлен к определенной климатической зоне, которой свойственны определенные температуры. Температура меняется в течение года и суток, где-то в тропиках незначительно, а в нашей средней полосе — от 40 градусов летом до -30 зимой. Температурные изменения стали частью жизненного цикла растения: потеплело — пошли почки, осенние холода — сбрасываем листья. Температура часто обманывает даже биологические часы растений.
Главная проблема квартир — излишек тепла . В квартире, зачастую, стабильная температура, а какие-либо колебания в микроклимате комнаты совсем не совпадают с атмосферными за окном.
Обратимся к каждому времени года и разберемся, как мы можем помочь садовым травам адаптироваться к микроклимату наших квартир.
Лето
Сначала рассмотрим вариант без кондиционера. Казалось бы, комнатная температура летом близка к условиям открытого грунта. Но получается, что на деле температура в квартире немного выше уличной — мы закрываем окна, уходя на работу, стекла создают парниковый эффект, нет ни малейшего сквознячка… Вот только парниковый эффект на фоне сухого воздуха, а не повышенной влажности. Вечером, когда растения переходят в состояние полусна, мы устраиваем им вентиляторные обдувания.
Кондиционер в доме также несколько подсушивает воздух, поэтому опрыскивайте растения утром и вечером, ставьте чашки с водой. Можно обзавестись декоративным мини-водопадом. Поток воздуха из кондиционера не должен колебать листья растений — сквозняк плохо переносится не только декоративными комнатными растениями, но и травами.
Решение: расставляйте между горшочками чашки с водой. Влага поможет растениям пережить летний зной. Притеняйте растения, например, прикрепляя к стеклу листы белой бумаги или светоотражающей пленки (в случае, если окна выходят на южную и юго-восточную сторону).
Можно немного помочь растению адаптироваться к жаре с помощью фитогормонов. Например Эпина или Циркона. Эти препараты повышают устойчивость растений к сухости, жаре, смене грунта и недостатку света.
Осень и зима
С октября большинство наших многолетних видов пряностей постепенно переходят в стадию покоя, чахнут и ждут момента, когда мы найдем для них прохладное темное место. Такие условия нужны, например, душице (орегано). Это может быть застекленная лоджия, температура в которой зимой не опускается ниже 5 градусов. Зимовка трав в квартире заслуживает отдельной статьи.
Зимой в нашей среднестатистической квартире температура не поднималась выше 18 градусов. Подоконник, на котором стоят растения, нагревается сильнее, иссушая почву.
Решение: я делаю так — сворачиваю банное полотенце и прокладываю между подоконником и батареей, тем самым рассеивая тепло. Однако это актуально для не засыпающих растений, например для розмарина и тимьяна. Хотя их стоит отправить в более прохладное (10-12 градусов), но светлое место.
Весна
Весной у наших трав наступает фаза интенсивного роста, мы пересаживаем растения — именно в этот период растениям нужно чуть больше тепла. Не всегда весна приходит по календарю, поэтому может понадобиться небольшой догрев.
Решение: я практикую теплый полив, около 30 градусов.
Проветривайте комнаты по вечерам, не зависимо от времени года. Это полезно не только растениям, но и нам.