Контроль водообеспеченности растений. 2.1. Перечень вопросов для выполнения контрольной работы 1.

Детский сад № 4 "Золотая рыбка"

город Карпинск Свердловской области

 

Фитомониторинг: технология управление урожайностью. Контроль водообеспеченности растений


Реферат: Рост растений и водообеспечение

Роль воды в жизни растений, значение эволюционного развития в выработке их отношения к обеспечению водой. Формирование экологических групп с точки зрения зависимости от водобеспечения. Механизм регулирования водопотребления как средство выживания. Краткое сожержание материала:

19

Размещено на

Размещено на

Все жизненные процессы в организмах протекают при активном участии воды. Основная масса воды из почвы расходуется растением в процессе транспирации, испаряется с поверхности почвы и лишь незначительная часть усваивается растениями и входит в состав органического вещества. При нарушении процесса транспирации - сильном ослаблении испарения - в солнечную погоду происходит перегрев, в результате чего листья свертываются.

В жизни растений вода играет весьма существенную роль. Она входит в состав живой плазмы растения. В виде водных растворов внутри растения передвигаются различные вещества, как воспринимаемые (тоже в растворенном состоянии) из окружающей среды, так и создаваемые растением в процессе его жизнедеятельности. Теряя воду при испарении, растение поддерживает восходящий водный ток и умеряет нагревание, защищаясь от перегрева. Но и находящаяся вне растения вода небезразлична для него. Количество атмосферных осадков и их распределение во времени, а также способность почвы (или другого субстрата) удерживать попавшую в нее воду в толще, доступной для корней, характеризуют условия водоснабжения растения. Облака в той или иной степени рассеивают, ослабляют свет, умеряют температуру и ее колебания. Туман рассеивает и поглощает свет и может быть также источником водоснабжения растений.

Влажность воздуха, определяемая содержанием в нем водяного пара, вместе с температурой определяют физическую обстановку потери воды при испарении. Даже в твердом состоянии вода небезразлична для растения. Лед, образующийся при промерзании почвы, практически перестает быть для растения источником воды. Снежный покров способствует сохранению тепла, образующегося в почве за счет дыхания почвенных организмов, и защищает прикрытые снегом живые части растения от неблагоприятного влияния низкой температуры воздуха и зимнего испарения, которое может привести к иссушению и отмиранию тканей.

Известно, что интенсивность поглощения воды из почвы и передвижение веществ внутри растения зависят не только от мощности и сосущей силы корневой системы, но и от осмотического давления в клетках растения. Лобовым М.В. (1949), а затем Бабушкиным Л.Н. (1959), Беликом В.Ф. (1960), Лысогоровым С.Д., Горбатенко Е.М. (1965) и др. доказано, что с повышением концентрации клеточного сока и осмотического давления в листьях около первого соцветия до 10-11 атм. ростовые процессы у растения задерживаются.

Подавляющая масса растений, живущих на суше, в качестве основного источника воды использует почвенные и отчасти грунтовые ее запасы.

Источником воды в субстрате являются атмосферные осадки. Попадая в почву, вода под действием силы тяжести стремится проникнуть глубже, встречая, однако, на своем пути ряд препятствий. Таковыми могут быть прилипание к почвенным частицам (адсорбция), удержание воды структурными компонентами и коллоидными веществами почвы, поглощение живым населением почвы, наличие водонепроницаемых слоев. Таким образом, часть воды, проникшей в почву, задерживается в сравнительно ограниченном слое и в той или иной степени оказывается доступной растениям. Если водоупорный горизонт располагается на большой глубине, то скопляющаяся над ним грунтовая вода может быть доступна только растениям, способным развивать очень длинные вертикальные корни. Грунтовые воды передвигаются по уклонам водоупорных слоев и могут выходить на поверхность (ключи), становясь опять доступными растениям.

Однако не вся масса воды, попадая на поверхность почвы, проникает в нее. Если поверхностные слои почвы быстро насыщаются водой и перестают воспринимать (всасывать) ее, то избыток воды по склонам различных неровностей стекает в пониженные места и может попасть в постоянные потоки (реки), а по ним - в морские или не связанные с морем внутренние бассейны. Отсюда воде остается только один путь - в атмосферу, т. е. испарение.

Вода, проникшая в почву, испаряется с поверхности и, следовательно, также уходит в атмосферу. При этом если почва имеет хорошо развитую систему сообщающихся друг с другом капиллярных вместилищ, то на место испаряющейся воды поднимаются более глубоко находящиеся порции, которые также испаряются. Таким образом, может происходить более или менее глубокое иссушение почвы. Следовательно, не вся вода атмосферных осадков, находящаяся в корнедоступном слое почвы, может быть использована растениями. Надо иметь в виду, что не обязательно вода атмосферных осадков достигает даже поверхности почвы. Орошая листья, вода дождей, роса, снег испаряются с поверхности крон и густого травяного покрова. Доля атмосферных осадков, уходящая в атмосферу, не достигнув поверхности почвы, может быть достаточно большой. Так, например, во вполне сомкнутых 80-летних ельниках под Москвой на кронах удерживается и уходит в атмосферу более 30% годовой суммы осадков. Немалая часть осадков испаряется в атмосферу и с поверхности густых травостоев. Количественные показатели в этом отношении очень изменчивы и зависят от густоты растительности, силы и продолжительности дождя. Непродолжительный и слабый дождь может и вовсе не проникнуть под полог леса.

Несмотря на то, что не вся масса атмосферных осадков достигает почвы, все же большему количеству осадков соответствует большая влагообеспеченность территории в целом. С этой точки зрения для ботаника представляет большой интерес общая картина распределения осадков на Земле.

Рассматривая распределение растений и их сочетаний в пределах однородного в отношении влажности климатического района, нетрудно убедиться в том, что неодинаковая водообеспеченность растений играет нередко ведущую роль в их размещении по территории. Так, например, наблюдая где-нибудь в средней части лесной полосы в пределах Восточно-Европейской равнины, в местности с более или менее развитым рельефом, распределение еловых лесов по склону к небольшому водотоку, можно заметить, что наиболее высокие и вместе с тем наиболее сухие участки заняты ельниками с брусничным покровом. Ниже их располагаются ельники с травянистым покровом из кислицы, майника и ряда других трав, а вблизи водотока, в наиболее влажных местах, найдем так называемый прирученный ельник с достаточно обильным сочным травяным покровом из папоротников, высоких трав, имеющих обычно крупные и широкие листья. Наблюдения за растениями, сопровождающими в названных типах елового леса ель (поскольку они встречаются и вне ельников), показывают, что травянистые растения приручейных ельников практически всегда связаны с более увлажняемыми местами, чем те, на которых в массовых количествах растет брусника, а кислица предпочитает места более обеспеченные водой, чем брусника. Отсюда можно сделать вывод, что ряд ельников, закономерно сменяющих друг друга по склону, в большой степени соответствует возрастанию увлажнения.

Факты зависимости распределения целых комплексов растений на разных уровнях склонов многочисленны. Подобную картину можно наблюдать не только в лесах, но и в степях, на суходольных и заливных лугах, даже на болотах. Анализ конкретных высотных экологических рядов (так называют природные последовательности закономерных сочетаний растительных сообществ, соответствующих изменению какого-нибудь фактора в убывающем или нарастающем порядке) требует некоторой осторожности, так как не всегда высотный ряд обусловлен нарастанием или убыванием водообеспеченности. Бывает, что распределение растительности по высоте склонов определяется иными почвенно-грунтовыми условиями, например снабжением почвы кислородом, распределением минеральных солей и пр.

Если целые комплексы растений размещаются соответственно условиям водоснабжения и в масштабе всей суши, и в пределах более ограниченных климатически однородных территорий, то, очевидно, и отдельно взятые виды, и составляющие их особи также живо реагируют на этот фактор. Свойства растения, в частности его отношение к водообеспеченности, складывались в процессе эволюционного становления и у каждого вида соответствуют более или менее узкой амплитуде изменчивости среды. В отличие от животных подавляющая масса растений лишена способности активно изменять свое положение в пространстве. Растение не имеет возможности «отыскивать» лучшее для себя место, что доступно многим животным. Следовательно, каждое растение может жить в данном месте, если существующие здесь условия достаточны для него.

Современная флора суши состоит в основном из цветковых растений, строение тела которых наиболее сложно и в высокой степени соответствует возможности существования в двухфазной среде (твердый субстрат и воздушное окружение). Эта приспособленность к жизни на суше - результат длительного эволюционного процесса. Мысленное восстановление эволюционного пути (на основе сохранившихся памятников), пройденного организмами до той степени совершенства, которого достигли цветковые растения, приводит к выводу, что их предками были водоросли.

Водоросли обычно живут в воде, вся поверхность их тела соприкасается с водой, и таким образом они не сталкиваются с проблемой водообеспечения. Но если водоросли стали предками наземных растений, то это значит, что некоторые из них должны были некогда «выйти на сушу», преодолеть отсутствие водного окружения и связанную с ним опасность высыхания. Водные предки наземных растений не испаряли воду. Выход из воды, приведший к непосредственному соприкосновению с воздухом, был едва ли не самым трудным шагом в процессе формирования наземных растений. Естественно возникает вопрос: могли ли водорослевые предки...

www.tnu.in.ua

3к6с Му Физиология растений. Стр. 3

Вопросы для самопроверки

1.Физиология формирования семян и плодов.

2.Роль ферментов при созревании семян и плодов.

3.Особенности образования углеводов, белков, жиров и других запасных веществ в семенах и плодах.

4.Влияние водного режима на формирование семян и плодов.

5.Особенности созревания семян и плодов при различном тепловом режиме.

6.Технология возделывания и ее влияние на качество семян и плодов.

1.9. Приспособление и устойчивость растений

Данная тема отражает стойкость растений к различным не-

благоприятным факторам среды, а также вредным газообразным выделениям промышленности и транспорта. Поэтому необходимо изучить приспособленность онтогенеза растений к условиям среды как результат их эволюционного развития, защитно-приспособительныереакции растений против повреждающих воздействий, уяснить обратимые и необратимые по-

вреждения растений, их тканей и органов, как изменяются физико-

химические и функциональные свойства растительных клеток и тканей при повреждениях, как приспосабливаются растения к неблагоприятным условиям среды.

Необходимо уяснить биологические основы холодоустойчивости растений, какие физиолого-биохимическиеизменения происходят у теплолюбивых растений при пониженных положительных температурах, и

определить способы повышения холодоустойчивости растений.

Важным моментом при изучении этой темы является определение морозоустойчивости растений. Она включает знание основ замерзания растительных клеток и тканей, условий и причин вымерзания растений, фаз закаливания и способов повышения морозоустойчивости.

Немаловажное значение имеет зимостойкость растений, являющаяся комплексным свойством устойчивости растений к неблагоприятным

21

факторам перезимовки (выпревание, вымокание, выпирание, ледяная корка,

зимняя засуха). По мере выяснения этих причин следует ответить на вопрос,

какие способы обеспечивают повышение зимостойкости растений, каковы меры предупреждения гибели озимых и зимующих культур и методы определения жизнеспособности растений в зимний и ранневесенний периоды.

Существенное влияние на продуктивность растений оказывает жароустойчивость. Необходимо выяснить изменения, происходящие в обмене веществ, в росте и развитии растений при воздействии на них максимальных температур, и приемы, обеспечивающие повышение жароустойчивости растений.

Совокупное действие недостатка влаги и высокой температуры на растение определяет их засухоустойчивость. В связи с этим следует изучить особенности водообмена у ксерофитов и мезофитов, физиологические основы этого явления у сельскохозяйственных культур (сортов, гибридов),

определить приемы предпосевного повышения жаро- и засухоустойчивости растений, физиологически обосновать селекцию сортов на за-

сухоустойчивость и режимы орошения сельскохозяйственных культур в засушливых регионах страны.

Следует обратить внимание на солеустойчивость растений, отметить современное состояние физиологии солеустойчивости, влияние засоления на растения и выяснить механизмы толерантности, типы галофитов,

солеустойчивости сортов и определить методы диагностирования солеустойчивости растений.

Антропогенное воздействие на окружающую среду определило проблему борьбы с вредными газообразными выделениями промышленности и транспорта, остаточным действием веществ, используемых для борьбы с болезнями, вредителями и сорняками. В связи с этим необходимо изучить физиологические, биохимические и биофизические основы устойчивости растений к этим неблагоприятным условиям, возможности накопления

22

токсических веществ в продуктах растениеводства, уяснить взаимодействие растений с атмосферными загрязнителями и определить задачи физиологии растений, пораженных токсическими газами и химическими мелиорантами.

Вопросы для самопроверки

1.Что понимается под приспособительностью и устойчивостью растений?

2.Как изменяются функциональные свойства растений при повреждениях?

3.Холодоустойчивость растений.

4.Морозоустойчивость растений.

5.Зимостойкость растений.

6.Жароустойчивость растений.

7.Засухоустойчивость растений.

8.Солеустойчивость растений.

9.Устойчивость растений к антропогенным токсическим веществам.

2. ЗАТРАТЫ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Самостоятельное изучение дисциплины «Физиология растений и биологическая химия» может быть успешным лишь при систематических занятиях по учебному графику, который студент составляет сразу после окончания II-гокурса. В нем указываются планируемые сроки проработки каждой темы, выполнения и защиты двух контрольных работ.

При составлении графика целесообразно придерживаться следующих затрат учебного времени на изучение дисциплины, установленных с учетом материала, изложенного в рекомендуемой литературе.

23

Таблица 1

Примерные затраты учебного времени по темам дисциплины и на выполнение

контрольных работ (в часах)

№ п/п

Наименование темы

Всего

Самосто-

С преподавателем

 

 

 

ятельно

 

 

 

 

 

 

лекции

лабораторные

 

 

 

 

 

занятия

1

Физиология растений и ее

 

 

 

 

 

роль в народном

 

 

 

 

 

хозяйстве

 

 

 

 

 

Физиология и

30

24

2

4

 

биохимия

 

 

 

 

 

растительной клетки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Водный обмен растений

32

28

2

2

3

Минеральное питание рас-

 

 

 

 

 

тений

32

28

2

2

4

Фотосинтез и продуктив-

 

 

 

 

 

ность растении

34

28

2

4

5

Дыхание растений

36

30

2

4

6

Рост и развитие растений

36

30

2

4

 

Итого

200

168

12

20

 

 

 

 

 

 

 

Оформление контрольных

 

 

 

 

 

работ

20

20

 

Всего

220

188

12

20

3. ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

По курсу «Физиология растений и биологическая химия» необходимо выполнить две контрольные работы, по каждой из них даются вопросы для выбора контрольного задания.

В контрольном задании по первой и второй работам необходимо ответить на 7 вопросов, которые берутся из разделов «Перечень вопросов для выполнения контрольной работы».

Ответы даются в краткой форме, но должны содержать конкретный материал, по которому определяют степень проработки вопросов студентом.

В ответах, кроме описательной части, должны приводиться примеры и цифровые данные, характеризующие тот или иной процесс.

24

Примерный объем всего контрольного задания — стандартная школьная тетрадь.

Задание должно быть написано четким и разборчивым почерком. С

правой стороны тетради обязательно оставлять поля для заметок.

В конце контрольной работы следует указать, какая литература использована и год ее издания, а также год издания методических указаний.

Кроме того, должна быть личная подпись студента, выполнившего задание,

дата выполнения.

Номера вопросов для первого и второго контрольных заданий берутся из таблиц, приложенных ниже, соответственно двум последним цифрам шифра. Предпоследняя цифра шифра находится в первой колонке по вертикали, а последняя — сверху по горизонтали. В точке пересечения этих двух колонок обозначены номера вопросов, на которые студент должен дать ответ. Например, при шифре 1027 берем две последние цифры — 27, по вертикали находим предпоследнюю цифру — 2, а по горизонтали — последнюю цифру — 7. В точке их пересечения обозначены номера вопросов, на которые необходимо ответить, а именно: 8, 24, 32, 49, 62, 80 и

95.

3.1. Перечень вопросов для выполнения контрольной работы 1

1.Предмет, задачи и методы физиологии растений.

2.Сущность жизни и характерные свойства живого организма. Клетка как носитель жизни.

3.Клетка как элементарная структурная единица организма. Основные компоненты клетки.

4.Физиологическая роль основных клеточных органелл.

5.Химический состав цитоплазмы растительной клетки. Коллоидные свойства.

6.Физико-химическиесвойства цитоплазмы. Гетерогенность цитоплазмы.

25

7.Избирательная проницаемость цитоплазмы, ее причины. Строение плазмалеммы и тонопласта.

8.Клеточные мембраны, их структура. Функции мембран клетки.

9.Мембранные системы клетки. Понятие о биоэлектрическом потенциале.

10.Внутренние и внешние факторы, влияющие на проницаемость цитоплазмы.

11.Клеточная оболочка, ее образование и рост. Поры и плазмодесмы.

12.Химический состав и строение клеточной оболочки. Функциональное значение оболочки.

13.Свойства воды как растворителя. Влияние растворенных веществ на состояние воды в растительной клетке.

14.Понятие о конституционных и запасных веществах растения. Формы запасных веществ.

15.Нуклеиновые кислоты, их структура. Функциональные группы нуклеиновых кислот.

16.Физиологическая роль нуклеиновых кислот. ДНК как генетический материал клетки.

17.Аминокислоты, пептиды и белки, их образование в растительной клетке.

18.Структура и функции белков.

19.Состав и размеры белковых молекул. Свойства белков.

20.Биосинтез белка, локализация этого процесса. Связь синтеза белка с дыханием.

21.Макроэргические соединения (сахарофосфаты, АТФ, УДФ и др.), их роль

в метаболизме клетки.

22. Ферменты, их химическая природа и функциональное значение. Факторы,

влияющие на активность ферментов.

23.Классификация ферментов. Ферменты класса гидролаз.

24.Свойства и механизм действия ферментов. Кофакторы ферментов.

25.Понятие о раздражимости клетки. Формы проявления раздражимости у растений.

26

26.Раздражимость и возбудимость клетки. Ответные реакции протопласта на физические и химические воздействия.

27.Биоэлектрические потенциалы и токи в клетке. Межклеточные связи.

28.Физиологическая роль воды в растении. Формы воды в клетке.

29.Осмотические явления в клетке и их значение в жизни растения.

30.Осмотически активные вещества растительной клетки. Тургор, потеря его при плазмолизе и завядании.

31.Понятие об осмотическом давлении. Осмотическое давление разных клеток и тканей растения.

32.Растительная клетка как осмотическая система. Связь между осмотическим давлением и концентрацией клеточного сока.

33.Поглощение воды растительной клеткой. Сосущая сила клетки, ее величина и физиологическое значение.

34.Роль активной деятельности цитоплазмы в поглощении воды клеткой.

35.Водный баланс растения. Водный дефицит, его виды. Влияние недостатка воды на фотосинтез и дыхание растений.

36.Условия, необходимые растению для нормального водообмена.

Физиологические особенности засухоустойчивых растений.

37.Поступление воды в растение. Верхние и нижние «двигатели» водного потока.

38.Корневое давление, его обнаружение. Гуттация и плач растений. Состав пасоки.

39.Влияние факторов среды на поглотительную деятельность корневой системы.

40.Активная роль корневой системы в поглощении воды и минеральных веществ.

41.Транспирация и ее биологическое значение. Особенности верхнего

«двигателя» водного потока.

42. Транспирация как физиологический процесс. Факторы, определяющие

величину транспирации.

27

43.Продуктивность транспирации, транспирационный коэффициент.

Интенсивность транспирации. Значение этих показателей в растениеводстве.

44.Механизмы устьичной регулировки транспирации. Типы устьичных реакций.

45.Способы физиологического контроля водообеспеченности растений.

46.Физиологические основы орошения.

47.Понятие об относительной транспирации. Интенсивность и продуктивность транспирации, средние значения этих показателей.

48.Активная водоудерживающая роль клетки. Внеустьичная регулировка транспирации, ее значение.

49.Влияние внутренних и внешних факторов на развитие и функционирование корневой системы.

50.Передвижение воды по растению, общее понятие о восходящем потоке.

Роль сил межмолекулярного сцепления воды.

51.Причины движения устьичных клеток. Фотоактивная, гидроактивная и

гидропассивная реакция устьиц.

52.Структура и функции устьичного аппарата растений. Роль кутикуляриой транспирации.

53.Действие недостатка воды на растение.

54. Нарушение водообмена, его причины и последствия.

55.Пути оптимизации поглотительной деятельности корня.

56.Пигменты зеленого листа, их строение и химические свойства.

57.Роль пигментов в жизни растения.

58.Хроматографический метод разделения пигментов. Заслуга М. С. Цвета.

59.Строение, химический состав и функциональное значение хлоропластов.

60.Хлорофилл, его свойства. Значение хлорофилла в жизни растений.

61.Хлорофилл, его формы. Понятие о возбужденном хлорофилле.

62.Фотофизическое возбуждение хлорофилла. Фотосинтез как окислительно-восстановительныйпроцесс.

63.Фотооптические свойства хлорофилла. Понятие о флуоресценции.

28

64.Роль света в процессе фотосинтеза. Спектры поглощения света хлорофиллом и каротиноидами.

65.Фотосинтез, его значение. Современные представления о сущности фотосинтеза.

66.Понятие об углеродном питании растений. Физиологическая сущность углеродного питания.

67.Источники углерода для растений. Усвоение углекислоты и лучистой энергии Солнца при фотосинтезе. Лист как орган фотосинтеза.

68.Биосинтез углеводов, ферменты углеводного обмена. Различия между ассимиляционным и запасным крахмалом.

69.Значение работ К- А. Тимирязева по фотосинтезу.

70.Условия образования и разрушения хлорофилла.

71.Каротиноиды, их физиологическая роль.

72.Световая стадия фотосинтеза, фотолиз воды.

73.Фотосинтетическое фосфорилирование, его сущность.

74.Темновая стадия фотосинтеза. Заслуга М. Кальвина.

75.Фотосинтез в различных лучах спектра. Спектры поглощения хлорофиллов, каротиноидов, хлоропластов листа.

76.Влияние внутренних и внешних факторов на фотосинтез.

77.Интенсивность фотосинтеза и продуктивность.

78.Суточные и возрастные изменения фотосинтеза.

79.Светолюбивые и теневыносливые растения, физиологические различия между ними.

80.Выращивание растений при искусственном освещении. Условия наилучшего использования электрического света.

81.Значение дыхания в жизни растений.

82.Заслуги А. Н. Баха и В. И. Палладина в изучении химизма дыхания.

83.Современное учение о химизме дыхания. Суть анаэробной фазы дыхания.

84.Химизм аэробной фазы дыхания. Заслуга Г. Кребса.

29

85.Дыхание как совокупность последовательных окислительно-

восстановительных процессов.

86. Энергетика дыхания. Понятие о физиологической эффективности

дыхания.

87.Факторы, влияющие на интенсивность дыхания.

88.Аэробная фаза дыхания, ее суть. Роль воды в окислении пировиноградной кислоты.

89.Связь дыхания и брожения. Пути окисления пировиноградной кислоты в растительных тканях.

90.Дыхание анаэробное. Промежуточные и конечные продукты анаэробного дыхания.

91.Использование энергии дыхания в процессах жизнедеятельности растений. Физиологическая роль АТФ.

92.Суммарные уравнения химических превращений при аэробном и анаэробном дыхании. Интенсивность дыхания, методы ее определения.

93.ферменты, участвующие в процессе дыхания, их общая характеристика.

94.понятие о дыхательной цепи.

95.дегидрогеназы, их химическая природа и характер действия.

96.структура АТФ, ее синтез. Роль АТФ в обмене веществ.

97.оксидазы, их участие в аэробном дыхании.

98.цитохромная система, ее функциональное значение.

99.дыхательный коэффициент при различных субстратах (углеводах, жирах,

органических кислотах). Примеры химических реакций. Понятие об энергетической эффективности дыхания.

100. зависимость дыхания растительных тканей от температуры, влажности,

газового состава воздуха и других факторов среды.

30

studfiles.net

Физиологические основы орошения

Наиболее радикальным способом борьбы с засухой является орошение. Однако для правильного применения этого приема, установления сроков и норм полива необходимы методы, позволяющие определять нуждаемость растений в воде. Это особенно важно потому, что как избыточное, так и недостаточное орошение не только не дает положительного эффекта, но может привести к отрицательным результатам. При избыточном орошении растение не успевает использовать даваемую ему воду. Избыток воды уплотняет, а иногда даже заболачивает почву и тем самым резко ухудшает снабжение корней кислородом. Часто наблюдается также засоление почвы. Вода, проникая в глубокие слои почвы, богатые солями, растворяет их, раствор солей поднимается вверх по капиллярам. Как следствие концентрация солей в пахотном горизонте растет. Большинство культурных растений очень чувствительно к концентрации солей. В результате из-за неправильного пользования поливной водой приходится забрасывать обширные пространства плодородных земель с дорогостоящими оросительными сооружениями. Недостаточные поливы также могут привести к нежелательным последствиям. При длительных межполивных периодах растения периодически попадают в условия засухи. Растения, получившие полив, развивают большую листовую поверхность и теряют значительное количество воды в процессе транспирации, вся их структура уклоняется в сторону большей влаголюбивости. Такие растения требуют больше влаги и при перерывах в водоснабжении страдают сильнее по сравнению с растениями, совсем не получившими полива. Таким образом, сроки и нормы полива (схема орошения) должны быть таковы, чтобы растения не испытывали недостатка в воде и в то же время чтобы они успевали израсходовать почти всю данную им за полив воду. Для правильного расчета общей поливной нормы предложены разные методы. Однако прежде всего нужно исходить из необходимости восполнить дефицит в воде, т. е. разницу между общим водопотреблением и естественными ресурсами влаги в данном районе. Водопотребление — это суммарный расход воды (транспирация + испарение почвой) за вегетационный период.

А.Н. Костяковым было предложено следующее уравнение для расчета нормы полива (М): М = Е — Ро — ΔW, где Е— общее водопотребление; Ро — количество осадков за вегетационный период; ΔW — используемые внутренние запасы влаги в почве за этот период. Величина Е меняется в зависимости от типа растений, фазы развития растения и условий выращивания. Так, по данным И.С. Шатилова, водопотребление озимой пшеницы за весь вегетационный период составляет 3786 м3/га. Однако оно колеблется в зависимости от фазы развития. Так, в период кущения водопотребление составило 340 м3/га, а в период выхода в трубку — 796 м3/га. Сообразно с этими колебаниями должны варьироваться и нормы орошения. Вместе с тем, как уже упоминалось, транспирационные коэффициенты, а следовательно, и водопотребление сильно меняются в зависимости от уровня питания. В этой связи внесение удобрений позволяет значительно более экономно расходовать оросительную воду. При этом надо учитывать, что особенно важно обеспечить растения водой в так называемые критические периоды. Схема орошения может быть заранее фиксирована только в тех районах, где осадков практически нет. В зоне неустойчивого увлажнения схема орошения должна изменяться в зависимости от метеорологических условий, а также от темпов роста растений. Наилучшие результаты дает определение сроков полива по физиологическому состоянию самого растительного организма (Н.С. Петинов). Для определения нуждаемости растений в воде могут быть использованы различные показатели:

1) содержание воды в листьях;

2) степень открытости устьиц;

3) интенсивность транспирации;

4) величина водного потенциала.

Особенно следует рекомендовать определение степени открытости устьиц методом инфильтрации. Этот метод основан на проникновении органических жидкостей (спирта, ксилола, бензола) и легко осуществим в полевых условиях. Для получения максимальной продуктивности растений устьица должны оставаться открытыми в течение всего дня. Хорошие результаты дает также определение потребности растений в воде по концентрации клеточного сока, которую можно определить с помощью рефрактометра. Надо учитывать, что орошение оказывает глубокое влияние не только на водный режим почвы, но и на приземный климат. С помощью орошения можно изменить микроклимат в сторону, благоприятную для растений. С этой точки зрения большое значение имеет введение освежительных поливов малыми нормами (дождевание). Эти поливы повышают влажность и снижают температуру приземного воздуха, что положительно влияет на растение. Применение орошения требует особенно тщательной регулировки питания растений.

 

fizrast.ru

2.1. Перечень вопросов для выполнения контрольной работы 1.

  • Предмет, задачи и методы физиологии растений.

  • Клетка как элементарная структурная единица организма. Основные компоненты клетки.

  • Физиологическая роль основных клеточных органелл.

  • Химический состав цитоплазмы растительной клетки, ее коллоидные свойства.

  • Избирательная проницаемость цитоплазмы, ее причины. Строение плазмалеммы и тонопласта.

  • Клеточные мембраны, их структура. Функции мембран клетки.

  • Внутренние и внешние факторы, влияющие на проницаемость цитоплазмы.

  • Клеточная стенка, ее образование и рост. Поры и плазмодесмы.

  • Химический состав и строение клеточной стенки. Функциональное значение оболочки.

  • Свойства воды как растворителя. Влияние растворенных веществ на состояние воды в растительной клетке.

  • Понятие о конституционных и запасных веществах растения. Формы запасных веществ.

  • Физиологическая роль нуклеиновых кислот. ДНК как генетический материал клетки.

  • Структура и функции белков. Свойства белков.

  • Ферменты, их химическая природа и функциональное значение. Факторы, влияющие на активность ферментов.

  • Классификация ферментов. Ферменты класса гидролаз.

  • Свойства и механизм действия ферментов. Кофакторы ферментов.

  • Понятие о раздражимости клетки. Формы проявления раздражимости у растений.

  • Физиологическая роль воды в растении. Формы воды в клетке.

  • Осмотические явления в клетке и их значение в жизни растения

  • Осмотически активные вещества растительной клетки. Тургор, потеря его при плазмолизе и завядании.

  • Понятие об осмотическом давлении. Осмотическое давление разных клеток и тканей растения.

  • Растительная клетка как осмотическая система.. Связь между осмотическим давлением и концентрацией клеточного сока.

  • Поглощение воды растительной клеткой. Водный потенциал клетки, его величина и физиологическое значение.

  • Водный баланс растения. Водный дефицит, его виды. Влияние недостатка воды на фотосинтез и дыхание растений.

  • Поступление воды в растение. Верхний и нижний двигатели водного тока.

  • Корневое давление, его обнаружение. Гуттация и плач растений. Состав пасоки.

  • Влияние факторов среды на поглотительную деятельность корневой системы.

  • Активная роль корневой системы в поглощении воды и минеральных веществ.

  • Транспирация и ее биологическое значение. Особенности верхнего двигателя водного тока.

  • Транспирация как физиологический процесс. Факторы, определяющие величину транспирации.

  • Продуктивность транспирации, Транспирационный коэффициент. Интенсивность транспирации. Значение этих показателей в растениеводстве.

  • Механизмы устьичной регулировки транспирации. Типы устьичных реакций.

  • Способы физиологического контроля водообеспеченности растений.

  • Физиологические основы орошения.

  • Активная водоудерживающая роль клетки. Внеустьичная регулировка транспирации, ее значение.

  • Влияние внутренних и внешних факторов на развитие и функционирование корневой системы.

  • Передвижение воды по растению, общее понятие о восходящем токе воды. Роль сил межмолекулярного сцепления воды.

  • Структура и функции устьичного аппарата растений. Роль кутикулярной транспирации.

  • Действие недостатка воды на растение.

  • Пигменты зеленого листа, их строение и химические свойства.

  • Роль пигментов в жизни растения.

  • Строение, химический состав и функциональное значение хлоропластов.

  • Хлорофилл, его свойства. Значение хлорофилла в жизни растений.

  • Хлорофилл, его формы. Понятие о возбужденном хлорофилле.

  • Фотофизическое возбуждение хлорофилла. Фотосинтез как окислительно-восстановительный процесс.

  • Роль света в процессе фотосинтеза. Спектры поглощения света хлорофиллом и каротиноидами.

  • Фотосинтез, его значение. Современные представления о сущности фотосинтеза.

  • Понятие об углеродном питании растений. Физиологическая сущность углеродного питания.

  • Лист как орган фотосинтеза.

  • Биосинтез углеводов. Различия между ассимиляционным и запасным крахмалом.

  • Значение работ К.А.Тимирязева по фотосинтезу.

  • Условия образования и разрушения хлорофилла.

  • Каротиноиды, их физиологическая роль.

  • Световая стадия фотосинтеза, фотолиз воды.

  • Фотосинтетическое фосфорилирование, его сущность.

  • Темновая стадия фотосинтеза. Заслуга М.Кальвина.

  • Влияние внутренних и внешних факторов на фотосинтез.

  • Интенсивность фотосинтеза и продуктивность.

  • Суточные и возрастные изменения фотосинтеза.

  • Светолюбивые и теневыносливые растения, физиологические различия между ними.

  • Выращивание растений при искусственном освещении.

  • Значение дыхания в жизни растений.

  • Заслуги А.Н.Баха и В.И.Палладина в изучении химизма дыхания.

  • Современное учение о химизме дыхания. Суть анаэробной фазы дыхания.

  • Химизм аэробной фазы дыхания. Заслуга Г.Кребса.

  • Дыхание как совокупность последовательных окислительно-восстановительных процессов.

  • Энергетика дыхания. Понятие о физиологической эффективности дыхания.

  • Факторы, влияющие на интенсивность дыхания.

  • Связь дыхания и брожения. Пути окисления пировиноградной кислоты в растительных тканях.

  • Дыхание анаэробное. Промежуточные и конечные продукты анаэробного дыхания.

  • Использование энергии дыхания в процессах жизнедеятельности растений. Физиологическая роль АТФ.

  • Суммарные уравнения химических превращений при аэробном и анаэробном дыхании. Интенсивность дыхания, методы ее определения.

  • Ферменты, участвующие в процессе дыхания, их общая характеристика.

  • Понятие о дыхательной цепи.

  • Дегидрогеназы, их химическая природа и характер действия.

  • Структура АТФ, ее синтез. Роль АТФ в обмене веществ.

  • Оксидазы, их участие в аэробном дыхании.

  • Цитохромная система, ее функциональное значение.

  • Дыхательный коэффициент при различных субстратах (углеводах, жирах, органических кислотах). Примеры химических реакций. Понятие об энергетической эффективности дыхания.

  • Зависимость дыхания растительных тканей от температуры, влажности, газового состава воздуха и других факторов среды.

  • studfiles.net

    технология управление урожайностью / Точное земледелие / АгроПрактик.ру

    Фитомониторинг – одна из перспективных технологий в сельском хозяйстве, которая подразумевает непосредственный и непрерывный контроль за процессом роста растений, направленный на усовершенствование управляемых факторов урожайности. По мнению экспертов, в ближайшем будущем именно применение фитомониторинга станет мировым стандартом развитого сельского хозяйства и изменит подход аграриев к своей работе. В последнее время сельхозпроизводители всего мира все больше применяют новую технологию для достижения более высокой урожайности. Попробуем рассмотреть, что же такое фитомониторинг и какие практические преимущества может дать его применение в сельхозпроизводстве.

    Фитомониторинг — это непрерывный неповреждающий контроль за жизнедеятельностью растения, с одновременным контролем окружающего микроклимата. Фитомониторинг направлен на усовершенствование управляемых факторов урожайности, дает возможность вовремя принимать верные решения по поливам, применению удобрений, химобработкам, другим операциям на поле.Датчик роста плода на яблоне

    Он позволяет сократить использование природных ресурсов и обеспечить тем самым охрану окружающей среды. Но самое главное — даёт возможность получать максимум урожая, контролировать весь процесс его формирования и качество сельхозпродукции. Целью фитомониторинга является оценка текущего состояния физиологических функций растения с прогнозированием их наиболее вероятного развития. Ведущие мировые ученые утверждают, что система фитомоноторинга повышает урожайность культур и сокращает затраты путем предоставления своевременной и точной информации о физиологическом состоянии растений и выявлении стрессовых условий до того, как они повлияют на растение или плод.

    Оперативная информация о состоянии растений, получаемая с помощью фитомониторинга в практическом сельском хозяйстве (в фермерских хозяйствах, в овощеводстве, садоводстве, цветоводстве) и в агробиологических исследованиях благодаря своим уникальным возможностям, позволяет: — выращивать более здоровые и продуктивные растения, выявляя самые ранние признаки биотических (климатических) стрессов у растений вызываемых засухой, переувлажнением, неблагоприятным температурным режимом, дефицитом света и другими факторами, — оптимизировать расход элементов минерального питания и тем самым уменьшить загрязнение окружающей среды, — оперативно опознавать случайные нарушения технологии и прогнозировать их последствия, — выявлять биотические (вызванные инфекциями) заболевания, — при использовании в области селекции — диагностировать свойства генотипа растения, в частности, устойчивость и потенциальную продуктивность сортов и гибридов, — в области экологии — создать банк данных фитомониторинга для доминирующих представителей дикой флоры и культурных растений с тем, чтобы отслеживать тенденции эволюции характеристик растений во времени в экологически благополучных и проблемных регионах.

    Экскурс в историю
    Фитомониторинг, как непрерывное долговременное слежение одновременно за несколькими процессами в целом растении и условиями окружающей среды с помощью системы неповреждающих датчиков возник в 50-е годы в СССР. Тогда ленинградский ученый В.Г.Карманов начал оригинальный цикл исследований, посвященный изучению возможностей автоматической регистрации различных физиологических процессов, протекающих в интактном растении, и созданию на этой основе автоматических систем управления жизнедеятельностью растений. Для этих целей было разработано большое количество разнообразных миниатюрных датчиков, позволяющих получать информацию о функциональном состоянии растений без их повреждения.

    Дальнейшее развитие этого направления привело к созданию методологии фитомониторинга, которую профессор О.О.Лялин из Агрофизического Института (АФИ) в 1993 году провозгласил как новую методологию физиологии растений (сам термин «фитомониторинг» был предложен в 1987 ведущим научным сотрудником лаборатории биокибернетики растений (АФИ) С.С.Радченко). Первое научное подразделение, включившее в свое название термин «фитомониторинг» (лаборатория физиологии растений и фитомониторинга), было организовано в институте Виноградарства и Виноделия «Магарач» (Крым, Ялта) в 1993 году. К этому времени в институте уже был накоплен большой опыт применения фитомониторного подхода в виноградарстве.

    Действительно, в современном виноградарстве, при описании существенных для виноградаря и винодела процессов, часто используются не адекватные методы… В результате возникает разрыв между научным описанием и возможностью его практического использования в технологиях возделывания винограда. Так, многие методы оценки функционального состояния растений часто не могут успешно применяться на практике из-за повреждения объекта исследования, запаздывания получения информации, экономических соображений, а фитомониторинг позволяет во многих случаях преодолеть этот разрыв.Датчик роста плода на томате

    Многолетние исследования В.Г. Карманова и его школы привели к созданию группы датчиков, позволяющих судить о данных физиологических показателях. Это датчики микроизменений размеров различных органов растений (диаметра стебля, ствола, толщины листа и т.д.), позволяющие судить о росте и тургоре, а так же датчики – индикаторы водного потока (в черешках листа, стеблях, стволах и т.д.), позволяющие судить о динамике водного потока в этих органах. Неповреждающий, длительный, непрерывный мониторинг за изменением физиологических параметров растений при помощи этих датчиков и датчиков температуры различных органов растения (в основном листьев) и привело к возникновению термина «фитомониторинг».

    В настоящее время фитомониторинг получил всеобщее признание. Курсы фитомониторинга читаются во многих известных университетах (Львовский, Санкт-Петербургский, Уральский и др.). Термин стал общепринятым в научных кругах не только СНГ, но и Австралии, Голландии, Израиля, США, Чили и других стран.

    Как работает система фитомониторинга
    Система фитомониторинга включает в себя три составляющие. Первая — регулярный визуальный осмотр поля специалистами, отборы образцов растений, оценка общего состояния посевов. Вторая — систематические лабораторные анализы растений, почвы, поливной воды. При этом определяют как обеспеченность растений питательными веществами, так и наличие возбудителей грибных и бактериальных инфекций, концентрации солей, кислотность почвенного раствора. И наконец — непрерывная обработка информации поступающей со станций инструментального фитомониторинга. Метеоблок постоянно записывает данные о температуре, освещенности, ветре, осадках и множество других показателей

    Станции фитомониторинга не нужно путать с обычными цифровыми метеостанциями, поскольку метеостанция выдают информацию только о климатических параметрах (иногда еще о некоторых почвенных), а ФМ — станция кроме климатического и почвенного блоков, включает в себя самое главное — блок сенсоров биометрических параметров растений. Это датчики роста плода, температуры листа, роста стебля, дендрометры и датчики сокодвижения.

    В фитомониторинге используются специальные датчики, система сбора данных и их компьютерная обработка. Можно выделить две группы основных параметров (регистрируемых непосредственно или вычисляемых), которые используются в фитомониторинге: Параметры среды — облученность, — температура, влажность воздуха и концентрация СО2 в воздухе, — температура и влажность почвы. Параметры растения — температура растения, — разность температур, — водный поток в стебле и черешке листа, поток в плодоносе, — изменения диаметра стебля и черешка, толщины стебля, рост стебля, — рост плода, СО2 – газообмен и сопротивление диффузии листа.

    Сегодня на рынке представлен широкий диапазон сенсоров для измерения как внешних изменений окружающей среды, таких как влажность почвы, температура и относительная влажность воздуха, уровень радиации, сила ветра, расход и уровень воды, так и для получения таких данных о растении, как размер плода, диаметр ствола или стебля, температура листьев и поток сока в растениях.

    Одним из лидеров в области разработки приборов для фитомониторинга является Израиль. В Израиле применение системы фитомониторинга в сочетании с оптимальным орошением позволило добиться высокой степени управления созревания и урожайности культур. Так, например, томаты, выращиваемые в открытом грунте, достигают урожайности вплоть до 80 тонн с гектара, средняя урожайность в теплицах: 200-300 тонн. Максимальная урожайность достигает 500 тонн.

    Учеными Израиля был разработан ряд сверхточных датчиков предназначен для контроля за микроизменениями в диаметре ствола или стебля растения. Серия измерительных датчиков позволяет записывать размеры и ежедневную динамику роста плода диаметром от 3 до 160 мм. Для измерения относительного потока сока растений разработаны три модели сенсоров — для листьев, стеблей и стволов. Микросенсоры для измерения температуры листьев обеспечивают высокую точность полученных данных с минимальным влиянием на тепловые режимы листьев. Благодаря динамическому и относительному характеру наблюдения системы фитомониторинга, обычно достаточно всего несколько экземпляров растений для высокой степени репрезентативности и мониторинга крупных плантаций. Система с помощью современных датчиков собирает физиологические и климатические данные непосредственно с листьев и стеблей растений и передает полученные данные программе, которая анализирует и представляет их в удобном для пользователя формате.Датчик диаметра стебля

    Информация собираемая датчиками поступает через сотовые сети на сервер обслуживающей компании и компьютеры пользователей, обрабатывается специальной программой и легко может быть просмотрена в виде как графиков так и таблиц, для анализа состояния растений и принятия решений.

    Такой подход позволяет вести сельскохозяйственное производство в режиме «диалога с растением». Ведь никто лучше самого растения не знает сколько и когда мы должны давать ему воды, удобрений, рыхлений, стимуляторов и прочее… Мы просто задаем растения вопрос и они отвечают нам немедленно. Отвечают своей реакцией. Вот как это выглядит на примере: На поле устанавливается двойной комплект биометрических датчиков на контрольной клетке и на опытной. Например, вы решили увеличить количество азотного удобрения. Мы просто сделаем это на опытной клетке, а на контрольной оставим все по-прежнему. И уже на следующий день увидим, на какой из клеток быстрее и лучше растет плод. Или другой пример. Мы поливаем наши растения. Но как точно узнать, сколько воды давать? Как часто поливать? Кто из агрономов не бьется над этими вопросами? А в нашем случае нужно просто посмотреть сначала на динамику роста плода и сопоставить периоды бурного роста и спадов с динамикой влажности почвы. И если мы увидим резкое ускорение роста плода после каждого полива или дождя, бурную реакцию на увлажнение — поливы нужно увеличивать. Можно себя перепроверить. Проанализируем суточные колебания диаметра стебля. Стебель становится толще ночью и тоньше днем, связано это с дневной транспирацией, но если амплитуда этих колебаний слишком велика — растениям не хватает влаги. Сопоставляя температуру листа с температурой воздуха, также можно оценить как обеспеченность растений влагой, так и общее «здоровье » растений. Ведь при высокой температуре растение охлаждает себя испаряя влагу, а для эффективного хода этого процесса, как минимум нужно иметь достаточно влаги в почве и здоровую проводящую систему внутри растения. И еще множество важнейших данных о самочувствии растения позволяет прочитать специалисту система фитомониторинга, представляет уникальный инструмент для сбора и анализа данных, способный предупредить о критических ситуациях.

    Фитомониторный подход уже показал свою эффективность в различных областях селекции и растениеводства во всем мире, применение этой технологии приобретает все большую популярность, особенно в регионах рискованного земледелия. В материале использованы данные с сайтов groanaliz.info и cnews.ru

    agropraktik.ru

    Регулирование водного режима пастбищ

    Регулирование водного режима — важнейший инструмент управления формированием агрофитоценозов. Луговой агрофитоценоз должен развиваться при постоянной достаточной насыщенности почвы водой.

    Более правильно применять поливные режимы, рассчитанные на оптимальный уровень увлажнения почвы в тот или иной период времени, т. е. поливать в то время и такой нормой, когда это требует само растение. Орошение пастбищ нужно организовывать так, чтобы поливать загоны сразу после стравливания травостоев и подкормки удобрениями. График стравливания должен опережать график полива на 5…6 дней. При необходимости пастбища поливают и в период формирования урожая очередного цикла стравливания. Орошение лучше проводить в утренние, вечерние или ночные часы, в безветренную погоду. Полив пастбищ обычно начинают в конце мая и заканчивают в августе — сентябре в зависимости от погодных условий.

    Водообеспеченность травостоев зависит в основном от напряженности метеорологических условий года — осадков и температуры, особенно в вегетационный период. Метеорологические условия в разные годы значительно отличаются друг от друга. Так, в Московской области из каждых десяти лет три года бывают влажными, шесть — средневлажными и один — засушливым. Следует учитывать также неравномерное распределение осадков по месяцам и декадам. Все это создает в отдельные годы и вегетационные периоды неблагоприятные условия водообеспеченности для формирования агрофитоценозов и требует организации дополнительного орошения.

    При пастбищном использовании важно поддерживать оптимум влажности почвы. Исследования показывают, что в расчетном слое 0…40 см под травостоем, формирующимся при различных уровнях минерального питания, влажность почвы существенно не различается, имея тенденцию к снижению при внесении удобрений. Влажность почвы без орошения подвержена значительным колебаниям в различные периоды вегетации трав в зависимости от складывающихся погодных условий. При орошении пастбищ влажность поддерживается в заданных пределах с помощью поливов. Снижение влажности почвы до 55 % НВ отмечено в три года из десяти, до 70 % НВ — в девять из десяти, до 85 % НВ — во все годы.

    Необходимость полива можно установить по внешнему виду растений (потеря тургора листьев, увеличение их блеска и жесткости краев и т. д.), а также по влажности почвы, определяемой термостатно-весовым методом, датчиками и др.

    Возможна диагностика проведения поливов на пастбищах по концентрации клеточного сока (ККС) трав.

    Оптимальная величина ККС злаковых трав (в основном ежи сборной, овсяницы луговой) лежит в пределах 2,2…5 %. Величины ККС, соответствующие влажности почвы 70 % НВ, колеблются от 4,5 до 5,0 %.

    В средние по количеству осадков годы в Центральном районе Нечерноземной зоны требуется проводить 3…4 полива пастбищ при поддержании влажности почвы на уровне не ниже 70…75% НВ. Поливные нормы колеблются от 23 до 31 мм, что достаточно для повышения влажности почвы на 18…20 %. При этом верхний порог влажности в расчетном слое необязательно доводить до 100 % НВ, его можно поднять только до 90 % с расчетом на осадки. Во влажные годы за сезон проводят всего 2 полива, а в отдельные годы орошения не требуется благодаря обилию осадков. В засушливые годы число поливов возрастает до 9.

    Чтобы обеспечить влажность почвы культурных пастбищ Центрального района Нечерноземной зоны на уровне не ниже 70 % НВ, поливы следует проводить нормами порядка 30 мм 2…9 раз за сезон, при 85% НВ — 2…16 раз несколько меньшей поливной нормой (23 мм). Поддержание влажности дерново-подзолистой почвы в слое 0…40 см при 70 и 85 % НВ обеспечивает наличие в ней продуктивной влаги соответственно 61 и 80 %; в черноземнолуговой почве — 55 и 78 %, что создает оптимальные условия для формирования агрофитоценоза.

    Суммарное водопотребление (эвапотранспирацию) пастбищных трав определяют методом водного баланса и рассчитывают по формуле

    E = P±AW + M — Q,

    где Р — количество осадков, мм; ДИ7— изменение влагозапасов в почве, мм; М — оросительная норма, мм; Q — фильтрация, мм (1 мм = 10 м3Да).

    С улучшением водообеспеченности травостоев при увеличении предполивной влажности почвы отмечается рост суммарного водопотребления. Суммарное водопотребление пастбищных травостоев определяется в основном метеорологическими факторами, неодинаковыми в разных почвенно-климатических зонах и в разные вегетационные периоды. Этим объясняется несовпадение размеров суммарного водопотребления травостоев пастбищ примерно одинаковой продуктивности.

    Коэффициенты водопотребления (КВ) пастбищных трав в Московской и других областях изменяются в зависимости от доз вносимых удобрений и режимов увлажнения. Установлена закономерность уменьшения КВ при всех режимах увлажнения с повышением уровня минерального питания в 2,4…2,8 раза. Следовательно, применение удобрений позволяет более экономно расходовать влагу на формирование урожаев пастбищ. Коэффициенты водопотребления уменьшаются на всех уровнях минерального питания при режиме орошения до 70 % НВ, а затем увеличиваются (что указывает на непродуктивный расход воды) с повышением предполивной влажности почвы до 85 и 100% НВ. Максимальный КВ в варианте без орошения и без удобрения, а также высокие КВ в вариантах без удобрений при всех режимах орошения обусловлены небольшой урожайностью из-за низкого плодородия почвы. Наиболее экономное расходование влаги (в том числе оросительной воды) отмечается при режиме 70 % НВ. Самый низкий коэффициент водопотребления при этом режиме орошения установлен в вариантах с NPK, обеспечивающих наибольшую урожайность.

    Создание оптимального водного режима приводит к улучшению видового состава трав лугов и пастбищ, повышению их урожайности. Полив культурных пастбищ лучше окупается, чем полив других кормовых культур: на 1 мм воды получают дополнительно 12…13, а иногда и 25 корм. ед. При этом эффективность внесения удобрений возрастает в 1,5…2 раза и более. Полив способствует более равномерному выходу продукции и удлинению пастбищного периода. Обычно поливы проводят после очередного стравливания травостоя в загоне, лучше через 3…5 дней.

    Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

    www.activestudy.info

    Сельскохозяйственная биология: 3-2008 Рындин

    УДК: 633.72:632.11:581.1

    УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ ЧАЯ В УСЛОВИЯХ СУБТРОПИКОВ РОССИИ: ДИАГНОСТИКА И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ

    А.В. РЫНДИН, О.Г. БЕЛОУС

    В течение 1996-2007 годов лабораторно-полевыми и лабораторными методами изучали особенности водного режима растений чая, определяли степень их жаро- и засухоустойчивости, характер ростовой и ферментативной активности у сортов и клонов с разной реакцией на стресс-факторы, изменения в пигментной системе и роль этих процессов в формировании продуктивности культуры. Выделен ряд физиолого-биохимических параметров, коррелирующих с состоянием водного обмена и являющихся диагностическими. Разработаны агротехнические способы регуляции устойчивости растений чая на основе внекорневых подкормок микроэлементами — Mn и Zn. 

    Ключевые слова: чайное растение, адаптация, стрессоры, диагностика, водный обмен, жаро- и засухоустойчивость, концентрация клеточного сока, ККС флешей, водный дефицит, фракционный состав воды, ферментные системы, пигментный комплекс, внекорневая подкормка, микроэлементы.

    Key words: a tea plant, adaptation, stressor, diagnostics, a water exchange, heat- and drought resistance, concentration of cellular sap of flash (CCS), water deficiency, fractional structure of water, ferments systems, a pigments complex, foliar spray, microelements.

    Известно, что в жизнедеятельности растений важнейшую роль играет влагообеспеченность. Особенность процессов адаптации к засухе (тем более в присутствии дополнительного стресс-фактора — высокой температуры) заключается в комплексности специфичных и неспецифичных ответных реакций. В работах, посвященных изучению влияния засухи и высоких температур на основные физиологические процессы — водный обмен, фотосинтез, а также связанное с ними состояние ферментных и пигментных систем, прослеживается качественная аналогия ответных реакций различных растений на такой стресс: снижается оводненность тканей, изменяется соотношение форм воды в клетках, в результате чего уменьшается подвижность воды и активность обменных реакций, возрастает водоудерживающая способность и устойчивость культуры к стрессорам в целом (1-3). В неблагоприятных условиях среды у растений снижаются продуктивность и качество урожая. Как показали наши исследования (4-6), культуры и сорта неодинаково реагируют на воздействие стресс-факторов (температура воздуха, влажность воздуха и почвы и т.д.), то есть обладают разной устойчивостью: изменение водного режима у растений неустойчивых сортов выражено значительно сильнее, чем у устойчивых. Реакция проявляется на всех уровнях организации — клеточном, организменном и, наконец, популяционном, причем чем выше уровень организации, тем больше число механизмов, одновременно участвующих в формировании устойчивости (7). Для изучения такого сложного комплекса необходимо прежде всего исследовать физиологические и биохимические процессы, протекающие в растениях в норме и при стрессе. В связи с проблемой устойчивости к экстремальным эдафическим факторам чрезвычайно актуален поиск способов, позволяющих снизить проявление отрицательных эффектов. Это направление является основным в исследованиях, выполняемых во Всероссийском НИИ цветоводства и субтропических культур (ВНИИЦиСК) на ряде сортов и образцов субтропических плодовых, а также чая — культуры, которая, с одной стороны, традиционна для зоны субтропиков в Краснодарском крае, с другой — проявляет высокую чувствительность к стрессорам. Нашей целью было выявление показателей, характеризующих многофункциональные физиолого-биохимические механизмы, действие которых обеспечивает комплексную адаптивность растений чая к абиотическим факторам, для использования в исследованиях по оптимизации технологий возделывания культуры и работах по созданию улучшенных сортов (по продуктивности, качеству и устойчивости к абиотическим стрессам), проводимых во ВНИИЦиСК с 1996 года. Объектами послужили растения ряда сортов и клонов, произрастающие в различающихся по почвенно-климатическим условиям районах Черноморского побережья России. Эта зона Черноморского побережья выделяется крайне неблагоприятным режимом влагообеспеченности, нерегулярным и недостаточным водоснабжением. Лимитирующим фактором здесь служит засуха, сопровождаемая высокими температурами, интенсивной солнечной инсоляцией и иссушающими фенами. Прежде всего в подобных условиях требуется изучение адаптивного потенциала растений, а также оценка влияния почвенных особенностей различных микроучастков на изменение устойчивости и обнаружение лежащих в ее основе физиологических механизмов регуляции, что необходимо для разработки мер по снижению негативного воздействия стрессоров. В июне в субтропических районах Краснодарского края вероятность высоких показателей минимального дефицита влаги в почве составляет 35 случаев из 100, в июле — 22 из 100, в августе сквозное промачивание почвы возможно только при месячных суммах осадков не менее 170 мм, то есть условия еще более усугубляются (8). В течение вегетации запас влаги на чайных плантациях быстро уменьшается из-за активной транспирации растений, у которых расход влаги колеблется в пределах 80-69 мм на 1 ц листа в зависимости от плодородия почвы и продолжительности засушливых периодов (9). То есть в субтропической зоне России почти ежегодно в июне—августе запасы влаги в почве резко сокращаются до критического состояния. Чайное растение предъявляет значительные требования к условиям выращивания (сумма активных температур — не ниже 3000-3500 °С; количество осадков — 1300-2000 мм в год) при высокой чувствительности к неблагоприятным факторам. Ареал возделывания культуры приурочен к тропическим и субтропическим районам (10) — в основном между 10° с.ш. и 10° ю.ш. в так называемом «чайном поясе», но плантации встречаются и за его пределами: в Шри-Ланке, Бирме, Индии, Индонезии и Китае — между 20 и 30° с.ш. Северной границей распространения чая ранее считали Японию, но в настоящее время это зона влажных субтропиков России — Черноморское побережье Краснодарского края (42-44° с.ш.). Лимитирующие факторы для возделывания чая в субтропиках Краснодарского края — высокая температура воздуха, дефицит почвенной влаги и, главное, атмосферная засуха. Большое значение в производстве чая, особенно в условиях северных субтропиков, имеет правильный подбор сортов. В настоящее время чайные плантации на побережье Краснодарского края заложены в основном растениями грузинской популяции или семенами местной репродукции (11), которые, однако, характеризуются не только неоднородностью побегов и мелкими листьями, что затрудняет сбор урожая, но также низким адаптивным потенциалом, невысокой урожайностью и неудовлетворительным качеством получаемого сырья. Из-за своеобразных биологических и физиологических особенностей чайного растения многие сорта оказываются слабоустойчивыми к основным лимитирующим факторам, что значительно снижает продуктивность. Трудности в изучении адаптивности связаны с тем, что это вечнозеленое растение, функционирующее в той или иной степени в течение всего года. Поэтому применяемые в наших исследованиях методы диагностики устойчивости включали как классические, так и специально модифицированные — лабораторно-полевые и лабораторные, такие, например, как измерение оптических характеристик листовых тканей с использованием лазерного измерительного комплекса (12). Поскольку чай — культура листосборная с активным нарастанием листового аппарата в течение вегетации и, как следствие, физиологической разнокачественностью листьев, предварительно были выявлены диагностические органы чайного растения. Если для оценки водообеспеченности растений по показателю концентрации клеточного сока (ККС) используются рекомендованные Л.А. Филипповым флеши — нежные 3-листные побеги (13), то для остальных физиологических и биохимических исследований, по нашим данным, следует отбирать физиологически зрелые листья чая — 2-3-й после «рыбьего» на побеге текущего года. При изучении водного режима чайного растения лабораторно-полевыми методами определяли ККС флешей, относительный тургор, водный дефицит, фракционный состав воды в клетках. Дополнительно оценивали активность каталазы, содержание хлорофилла, каротиноидов и их количественное соотношение (14). Одновременно измеряли влажность воздуха (как уже отмечалось, наиболее значимая характеристика для растений чая), температуру, показатели освещенности. Эти методы позволяют также выявлять оптимальные микроклиматические зоны для выращивания культуры и изучать механизмы жаро- и засухоустойчивости. В лабораторных условиях определяют все перечисленные выше показатели и характеристики при сравнении двух состояний растений (норма и искусственное завядание), что позволяет точнее интерпретировать данные. Как оказалось, для растений более устойчивых сортов характерна более высокая оводненность тканей, низкие показатели водного дефицита и ККС флешей, бóльшая активность каталазы, повышенное содержание каротиноидов. В неблагоприятный по водообеспеченности период, сопровождающийся температурами до 28-30 °С и сильной солнечной инсоляцией, ККС флешей у растений устойчивых к засухе сортов составляла 10,0-13,5, неустойчивых — 22-27 % (при оптимуме 8 %), активность каталазы в листьях ― соответственно около 90,2 и 76,4 мл O2/г, содержание каротиноидов у устойчивой группы возрастало до 0,602-0,737 мг/г сырой массы. При диагностике устойчивости растений чая к эдафическим стрессорам использовались сорта Колхида, Каратум и образцы грузинской популяции с разной устойчивостью к засухе, высокой температуре и т.д.  Было показано, что наиболее устойчивы по параметрам водного режима растения сорта Каратум, слабоустойчивы — сорта Колхида, у которого в неблагоприятных условиях наблюдается подсыхание флешей. В целом у всех растений чая в условиях засухи в листьях возрастал водный дефицит, увеличивались значения ККС флешей. Кроме того, в лабораторных экспериментах у растений чая наблюдалось резкое нарушение баланса изучаемых параметров водного режима, что свидетельствовало о значительных отклонениях физиологических функций от нормы. Таким образом, в многолетних исследованиях, проведенных во ВНИИЦиСК (1996-2007 годы), впервые в естественных условиях и в лабораторном эксперименте выявлены физиолого-биохимические реакции растений чая на неблагоприятные условия выращивания. Следует отметить, что особенно важно определить динамику изменения изучаемых параметров, поскольку наши результаты (2, 4, 6, 14, 15) и многочисленные данные литературы свидетельствуют, что растения с меньшей изменчивостью показателей обладают достаточно устойчивым метаболизмом, то есть относятся к группе устойчивых.  Известно, что на состояние растений действуют не только почвенно-климатические условия, но и агротехнический фон, поэтому мы также оценили влияние удобрений на адаптивность. Для выявления механизмов снижения неблагоприятного воздействия условий выращивания был заложен опыт по внекорневой подкормке микроэлементами на выравненном агрохимическом и сортовом фоне. Исследования проводились с 1996 года на растениях чая сорта Каратум посадки 1990 года. В качестве внекорневых подкормок использовались растворы сернокислых солей Cu (0,06 %), Mn (0,4 %), Zn (0,3 %) и Fe (0,3 %). Опрыскивание проводили  перед началом второй волны роста побегов (3-я декада июня—начало июля) в утренние часы в безветренную погоду. Оказалось, что обработки сернокислым цинком и марганцем улучшали водный режим растений, обусловливая снижение ККС флешей (до 12-15 % при 23 % в контроле) и уменьшение водного дефицита листьев (15). Соли Mn способствовали накоплению формы воды, связанной с белковыми комплексами. При обработке указанными микроэлементами снижалась интенсивность транспирации (в наиболее жаркие дневные часы устьица закрывались), в то время как внесение солей Fe и Cu вызывало торможение устьичных движений. В вариантах с применением этих микроэлементов наблюдали существенное снижение адаптивности растений, что выражалось в увеличении водного дефицита, ККС флешей (в среднем до 20 %). Отмечалась тесная корреляция между обработкой сернокислым Mn и активностью каталазы (r = 0,6). В итоге положительное действие внекорневых подкормок солями Mn и Zn приводило к увеличению массы флешей нормального качества и повышению урожайности (на 14-18 % относительно контрольной 14,4 ц/га). При этом количество Cu, Mn, Zn и Fe в получаемом из такого сырья чайном напитке не превышали ПДК. Итак, использование физиологических, биохимических методов и агробиологических наблюдений позволило оценить устойчивость чайных растений для последующего отбора сортов и клонов, наиболее адаптированных к условиям субтропиков Черноморского побережья России. По результатам исследований определены диагностические характеристики, тесно связанные с физиологическим состоянием растений в период засухи, а также разработаны некоторые агротехнические способы регуляции устойчивости растений чая, в частности использование сернокислых солей Mn и Zn в качестве внекорневых подкормок. 

    Л И Т Е Р А Т У Р А

    1. У д о в е н к о  Г.В.,  Г о н ч а р о в а  Э.А. Принципы и приемы диагностики устойчивости растений к экстремальным условиям среды. С.-х. биол., 1989, 1: 8-12.
    2. Б е л о у с  О.Г. Влияние микроэлементов на побегообразование растений чая. Садоводство и виноградарство, 2006, 6: 22-23.
    3. Г о н ч а р о в а  Э.А. Водный статус культурных растений и методы его диагностики. СПб, 2005.
    4. Б е л о у с  О.Г. Влияние микроэлементов на продуктивность и качество чая. Автореф. канд. дис. Краснодар, 2001.
    5. П р и т у л а  З.В.,  Б е л о у с  О.Г. Рекомендации  по внекорневой подкормке микроэлементами растений чая (для молодых чайных плантаций) М., 2003.
    6. Б е л о у с  О.Г. Влияние микроэлементов на растения чая и возможность диагностирования их устойчивости к стресс-факторам. Сб. трудов ВНИИЦиСК. Сочи, 2004: 189-196.
    7. У д о в е н к о  Г.В.  Механизмы адаптации растений к стрессам. Физиол. и биохим. культ. раст., Л., 1979, 11(2): 16-22.
    8. Б у ш и н  П.М. Водопотребление и влагообеспечение культуры чая в субтропиках Краснодарского края. Почвоведение, 1970, 5: 12-14.
    9. Д а р а с е л и я  М.К. Регулирование водного режима почв чайных плантаций. М., 1967. 
    10. В о р о н ц о в  В.В.,  Ш т е й м а н  У.Г. Возделывание субтропических культур. М., 1982. 
    11. С а п и е в  А.М.,  В о р о н ц о в  В.В.,  К о б л я к о в  В.В. Субтропическое садоводство России. М., 1997.
    12. Б у д а г о в с к а я  О.Н.,  Б у д а г о в с к и й  А.В.,  У с к о в  И. Руководство по работе с программой измерения характеристик светорассеяния листьев. Мичуринск, 2002. 
    13. Ф и л и п п о в  Л.А. Рефрактометрический метод диагностики сроков полива чайных плантаций (инструкция). Сочи, 1968.
    14. Б е л о у с  О.Г. Диагностика устойчивости растений чая к стресс-факторам. Вест. РАСХН, 2006, 3: 31-33.
    15. Б е л о у с  О.Г. Влияние микроэлементов на экологическую устойчивость, урожай и качество чая. Мат. конф. «Проблемы экологической безопасности Северо-Кавказского региона». Ставрополь, 2000: 22-24.

    ГНУ Всероссийский НИИ цветоводства и субтропических культур Россельхозакадемии, 354002 г. Сочи, ул. Я. Фабрициуса, 2/28, e-mail: [email protected]

    Поступила в редакцию6 ноября 2007 года

    STABILITY OF TEA PLANTS IN SUBTROPICAL REGION OF RUSSIA: DIAGNOSTICS AND WAYS OF INCREASE

    A.V. Ryndin, O.G. Belous

    S u m m a r y

    In 1996-2007 by the laboratory-field and the laboratory methods the authors studied the features of a water regime of tea plants, the degree of their heat- and drought resistances, character growth and enzymes activity of grades and clones, the changes in pigments system and a role of these processes in formation of efficiency culture. The number of the physiological and biochemical parameters correlating with a water exchange and being diagnostic is identified. The agrotechnical ways of regulation of stability of tea plants using foliar spray by sulfate salts of manganese and zinc were developed. 

    www.agrobiology.ru


    Смотрите также

    Sad4-Karpinsk | Все права защищены © 2018 | Карта сайта