Виноград и ассоциация джентльменов. Процессы растений

Суточный периодизм жизнедеятельности растений

Суточный периодизм жизнедеятельности растений

Некоторые вопросы физиологии растений. Суточный периодизм жизнедеятельности растений.

Физиология растений – это наука о процессах, которые происходят в растительных организмах. К основным процессам жизнедеятельности растений относят фотосинтез и дыхание. Они носят сложный характер и происходят при участии веществ, называемых ферментами. Кроме того, растения постоянно испаряют влагу, этот процесс называется транспирацией.

Процессы фотосинтеза и дыхания в течение суток происходят с разной интенсивностью или даже вовсе прекращаются при определенных условиях. Так днем в растении осуществляются реакции фотосинтеза, дыхания и транспирации. Ночью происходит дыхание и транспирация с прекращением реакции фотосинтеза. Физиологи растений считают, что постоянно, как днем, так и ночью, растения извлекают из почвы воду, органические и минеральные вещества (так же углекислоту почвы).

И только совокупное использование продуктов почвенного и светового питания (продуктов фотосинтеза) позволяет растениям образовывать новые молекулы, размножать клетки, строить новые ткани и органы. В этом и состоит процесс роста и развития растения, когда увеличиваются его размеры и формируются дифференцированные органы.

Интенсивность и эффективность перечисленных процессов, проходящих в растении, впрямую зависит как от внешних (экзогенных) факторов, так и от внутренних (эндогенных) и поддаются регулировке. Поэтому для того, чтобы говорить о том, как с помощью освещенности, температуры, влажности и режимов питания и полива влиять на скорость роста и развития растений, следует подробней остановиться на сущности основных физиологических процессов растения.

Под фотосинтезом понимается тип питания углеродом, при котором синтез органических соединений происходит с использованием энергии солнечного света из простых неорганических веществ: углекислого газа (С02) и воды (Н20).

Фотосинтез протекает в любых зеленых частях растения (стеблях, плодах и даже корнях у эпифитных растений), но в основном - в листьях. Этому способствует анатомическое строение листа и его большая поверхность на единицу массы. Густая сеть жилок обеспечивает не только поступление воды, но и быстрый отток углеводов, которые в листьях образуются в процессе фотосинтеза.

Углекислый газ из атмосферы поступает в листья через устьица и проникает в любую часть листа по межклеточным пространствам.

Фотосинтез осуществляется в хлоропластах - органоидах, содержащихся в клетках листьев и других зеленых частях растений. Размеры хлоропластов 4-6 мкм, наиболее часто они имеют овальную форму. У высших растений в одной клетке обычно бывает несколько десятков хлоропластов. Зеленый цвет хлоропластов зависит от содержания в них пигмента хлорофилла. От цитоплазмы хлоропласт отделен двумя мембранами - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, без складок и выростов, а внутренняя образует много складчатых выростов, направленных внутрь хлоропласта. Поэтому внутри хлоропласта сосредоточено большое количество мембран, образующих особые структуры - граны.

В мембранах гран располагаются молекулы хлорофилла, и именно здесь происходит фотосинтез, который, очень упрощенно, можно рассматривать как реакцию усвоения углекислого газа атмосферы с помощью солнечной энергии (при участии воды). И результатом этой реакции являются органические вещества, прежде всего - сахара. В хлоропластах синтезируется АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Между внутренними мембранами хлоропласта содержатся ДНК, РНК и рибосомы. Следовательно, в хлоропластах происходит синтез белка, необходимого для деятельности этих органоидов. Хлоропласты размножаются делением.

Интенсивность фотосинтеза в значительной мере зависит от большого числа внешних факторов, среди которых наиболее важными являются: свет (интенсивность и спектральный состав), температура, концентрация СО2 и О2, водный режим, минеральное питание, а также внутренних особенностей растения: его возраста, содержания хлорофилла и ферментов, количества воды в листе, структуры листа, степени открытости устьиц.

Увеличение концентрации СО2 в воздухе активирует интенсивность фотосинтеза и ингибирует дыхание растений. Под влиянием СО2 растягивается период дегидратации (обезвоживания) тканей растения, так как снижается интенсивность потери воды. Рост концентрации СО2 увеличивает возможности адаптации растений к повышению температуры, особенно у слабоустойчивых сортов.

Механизм усвоения углекислого газа, являющегося основным у фотосинтезирующих организмов, описан М. Кальвином ( M. Calvin), получившим за эту работу Нобелевскую премию в 1961 г. Описанная им последовательность всех ферментативных реакций, приводящих к образованию сахаров из углекислого газа с помощью энергии солнечного света, носит название цикл Кальвина. Типов фотосинтеза растений обнаружено несколько, но общим для всех типов является способность превращать энергию света в доступные клетке формы энергии, которая потребляется затем во всех энергозависимых процессах, в том числе и для биосинтезов.

В целом, химический баланс фотосинтеза может быть представлен в виде простого уравнения:

6CO2 + 6h3O = C6h22O6 + 6O2

Нужно заметить, что количество воды, потребляемой для образования углеводов при фотосинтезе, представляет незначительную часть по сравнению с общим содержанием воды, необходимым для поддержания клетки в тургорном состоянии. И заметное снижение интенсивности фотосинтеза отмечается только при увеличении водного дефицита свыше 15—20%.

В то же время в литературе встречается парадоксальное, на первый взгляд, утверждение, что и полное насыщение листьев водой приводит к снижению фотосинтетических реакций. Объясняют это явление сдавленностью устьиц, их неспособностью открываться полностью при полном насыщении водой тканей листа. Однако этот эффект носит кратковременный характер, так как вследствие транспирации насыщение листьев водой снижается.

Недостаток воды прежде всего приводит к закрытию устьиц. Если устьица закрыты, поглощение СО2 листьями резко снижается, что снижает фотосинтез. Кроме того, закрытые устьица снижают транспирацию, что приводит к повышению температуры листьев и перегреву растения. При сильном обезвоживании клеток наступают структурные изменения фотосинтетического аппарата: повреждается структура тилакоидов (полостей внутри хлоропластов, в которых происходят светозависимые реакции), снижается активность ферментов. Длительное обезвоживание может привести к тому, что растение не восстанавливается даже после насыщения влагой, так как в структуре его клеток произошли необратимые изменения, а устьица утратили способность открываться и закрываться.

Под дыханием растений понимается процесс газообмена: поглощения кислорода воздуха (02) и выделения углекислого газа. Такое дыхание - на уровне целого растения, называют внешним дыханием.

Газообмен происходит через покровные ткани и специализированные структуры - устьица. Скорость дыхания различных органов и тканей неодинакова: наиболее интенсивно дышат быстрорастущие ткани (меристемы, зоны растяжения, недифференцированные ткани).

Клеточное дыхание растений протекает в митохондриях – клеточных органоидах и является процессом окисления органических веществ кислородом воздуха с выделением энергии.

Митохондрии содержатся в цитоплазме большинства животных и растений. Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью которого можно рассмотреть их форму, расположение, сосчитать количество. Внутреннее строение митохондрий изучено с помощью электронного микроскопа. Оболочка митохондрии состоит из двух мембран - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя же мембрана образует многочисленные складки, которые направлены в полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кристами. Число крист неодинаково в митохондриях разных клеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причем особенно много крист в митохондриях активно функционирующих клеток. Основная функция митохондрий - синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Эта кислота синтезируется в митохондриях клеток всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии, необходимый для осуществления процессов жизнедеятельности клетки и целого организма. Митохондрии размножаются делением.

Функции дыхания одинаковы у растений и животных: во-первых, это обеспечение клетки энергией (энергия, высвобождающаяся при окислении углеводов, преобразуется в клеточную энергию АТФ), во-вторых, обеспечение клеток метаболитами (промежуточными продуктами распада), которые образуются при окислении глюкозы и используются растениями в синтезе разнообразных необходимых растениям веществ. В-третьих, функция дыхания – термогенез, то есть рассеивание энергии в виде тепла.

Необходимо отметить так же, что процесс дыхания невозможен без участия окислительно-восстановительных ферментов.

У растений хлоропласты в ночное время прекращают синтез молекул АТФ, в это время суток эти высокоэнергетические молекулы синтезируются в митохондриях.

Центральная часть общего пути катаболизма (разложения сложных веществ на более простые) описана циклом Кребса. Это циклический биохимический процесс, в ходе которого происходит превращение соединений, образующихся как промежуточные продукты при распаде углеводов, жиров и белков, до CO2. При этом освобождённый водород в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии - АТФ.

Суммарное уравнение может быть записано в следующем виде:

C6h22O6 + 6h3O ------------------> 6CO2 + 4ATФ +12h3

За эту работу Х. Кребс (совместно с Ф. Липманом) в 1953 г. был удостоен Нобелевской премии.

Интенсивность дыхания определяют по количеству выделенного растением углекислого газа, по количеству поглощенного кислорода или по убыли сухой массы (эти показатели рассчитываются на единицу массы в единицу времени).

Как всякая ферментативная реакция, дыхание усиливается при повышении температуры. Однако в интервале 30С – 40С дыхание растений ослабляется. Физиологи объясняют это явление тем, что с началом подъема температуры усиливаются ферментативные процессы, но затем наступает нехватка кислорода (его поглощение с температурой не усиливается) и это не дает возможности усиливаться процессу дыхания дальше.

В процессе эволюции расте­ния приспосабливаются к определенным температурным условиям. На характер реагирования влияет происхождение растений, то, к каким температурным условиям они приспособлены генетически. Так хойи безболезненно переносят подъем температуры до 35С и даже 40С.

Для протекания дыхания необходим кислород. Увеличение содержания кислорода до 5—8% сопровождается повы­шением интенсивности дыхания. Дальнейшее возрастание концентрации 02 обычно уже не сказывается на интенсивности дыхания. Большое значение в снабжении кислородом отдельных органов и тканей имеет система межклетников, способствующая циркуляции воздуха. Воздух, прони­кая через устьица листа, достигает по межклетному пространству других орга­нов, что и позволяет им осуществлять аэробное дыхание. Необходимо помнить так же, что растения, хойи в частности, нуждаются еще и в доступе кислорода непосредственно к корням, поэтому почва, в которой они растут, должна быть хорошо аэрируемой, рыхлой.

Углекислый газ является конечным продуктом дыхания. При концентрациях выше 40% процесс дыхания тормозится: инактивируются некоторые дыхательные ферменты, так же закрываются устьица, что приводит к недостаточному поступлению кислорода.

Интенсивность дыхания сильно зависит от снабжения рас­тения элементами минерального питания. Такие элементы, как фосфор, сера, железо, медь, марганец, принимают непосредственное участие в процессе дыха­ния, входя в промежуточные продукты (фосфор) или являясь составной частью дыхательных ферментов.

Содержание воды в растении достигает 95% от его массы и она прямо или косвенно участвует во всех жизненных процессах растения. Вода входит в состав мембран и клеточных стенок, является основной частью цитоплазмы (благодаря воде ее коллоиды и белки поддерживают свою структуру, а все содержимое находится в подвижном состоянии). Поскольку вода является растворителем, она обеспечивает передвижение и циркуляцию по растению питательных веществ, которые в ней растворены. Кроме того, вода сама принимает непосредственное участие во многих важнейших реакциях: гидролиза, окислительно-восстановительных при фотосинтезе и дыхании. Вода защищает ткани растений от резких колебаний температуры и обеспечивает упругость растения.

В растении вода находится как в свободном, так и связанном состоянии, с физиологической точки зрения значение свободной и связанной воды различно. Большинство физиологов считает, что основные физиологические процессы, в том числе и темпы роста, в первую очередь зависит от количества в растении свободной воды. А вот устойчивость растения к неблагоприятным условиям впрямую зависит от содержания в нем связанной воды.

Для нормального существования растение должно содержать много воды. Но, развив большую листовую поверхность для поглощения углекислого газа (его в атмосфере мало, всего 0,03%) растение вынуждено много воды терять в процессе транспирации. И, чтобы восполнять эту потерю от испарения, растение должно постоянно получать воду. Два непрерывно идущих процесса – испарение и поступление воды, называют водным балансом растения. Растения в процессе естественного отбора выработали приспособления как для поглощения воды (развитая корневая система), так и для ее передвижения (специальная проводящая система). Для сокращения испарения воды у растений существует система покровных тканей и система автоматически закрывающихся устьичных отверстий. И все-таки очень часто поступление воды в растение и ее расход не уравновешиваются, наступает водный дефицит.

Процесс транспирации усиливается тем сильнее, чем ниже влажность воздуха и выше его температура. Сильное влияние на транспирацию оказывает свет. На свету повышается температура листа, и это вызывает усиление процесса транспирации. Свет влияет на транспирацию тем сильнее, чем выше в листьях содержание хлорофилла. У зеленых растений даже рассеянный свет повышает транспирацию на 30—40%.

На интенсивность процесса транспирации оказывает влияние влажность почвы. С уменьшением влажности почвы транспирация уменьшается, так как чем меньше воды в почве, тем меньше ее в растении. А уменьшение содержания воды в растении включает процессы устьичной и внеустьичной регулировки, транспирация снижается.

Транспирация зависит и от внутренних факторов, прежде всего от содержания воды в листьях. Всякое уменьшение содержания воды уменьшает интенсивность транспирации. Транспирация изменяется в зависимости от величины листовой поверхности, а также при изменении соотношения корни/побеги. Чем больше развита листовая поверхность и больше побеги, тем значительнее общая потеря воды.

Интенсивность транспирации зависит и от фазы развития. С увеличением возраста растений транспирация, как правило, падает. Высокая интенсивность испарения у молодых листьев может происходить за счет высокой кутикулярной транспирации, так как кутикула у молодых растений еще слабо развита.

Транспирация изменяется в течение суток: ночью она резко сокращается. Это связано как с изменением внешних факторов (повышается влажность воздуха, снижается температура, отсутствует свет), так и с внутренними особенностями (закрываются устьица). Измерения показывают, что ночная транспирация составляет всего 3—5% от дневной. Днем транспирации обычно изменяется в зависимости от метеорологических условий: освещенности, температуры, влажности воздуха. Наиболее интенсивно транспирация происходит в 12—13 ч.

Основным органом поглощения воды являются корни. Дальнейшее передвижение воды в растении идет по сосудистой системе корня, стебля и листа. Транспорт воды в корне зависит от интенсивности процесса дыхания.

Наземные растения в основном поглощают воду из почвы. Однако некоторое количество воды может поступать из атмосферы. Есть растения, для которых атмосферная влага является основным источником. К таким растениям относятся, прежде всего, эпифиты, живущие на поверхности других растений, но не являющиеся паразитами. Эпифиты принадлежат к различным семействам, особенно много их в тропической флоре. Они обладают воздушными корнями, в которых имеется многослойная ткань, состоящая из полых клеток с тонкими стенками. Такое строение позволяет им поглощать как пары воды, так и воду осадков, подобно губке. У некоторых эпифитов дождевая вода собирается листьями и затем поглощается с помощью волосков.

Поступление воды через корневую систему зависит от температуры. С понижением температуры скорость поступления воды резко сокращается. Это может оказать заметное влияние на растение, особенно в осенний период, когда испарение идет еще достаточно интенсивно, а поступление воды задерживается из-за пониженной температуры почвы. В результате растение завядает и даже может погибнуть от обезвоживания. Причин, по которым понижение температуры вызывает уменьшение поступления воды, по-видимому, несколько: это и уменьшение подвижности воды (увеличивается ее вязкость) с уменьшением проницаемости цитоплазмы, и уменьшение скорости всех метаболических процессов, и торможение роста корней.

Снижение аэрации почвы также тормозит поступление воды. Это можно наблюдать, когда после сильного дождя все промежутки почвы заполнены водой и вместе с тем на солнце при сильном испарении растения увядают.

Характерной чертой ростовых процессов растений является то, что они локализуются в определенных точках – меристемах. Апикальные (верхушечные) меристемы располагаются в верхушках стебля или корня, интеркалярные (вставочные) меристемы обеспечивают рост междоузлий. Рост стебля в толщину (камбий, феллоген) обеспечивают латеральные меристемы.

Необходимо заметить при этом, что на интенсивность роста растений влияют не только внешние (экзогенные) факторы: температура, наличие влаги, свет, но и такие внутренние (эндогенные) факторы, как интенсивность нуклеинового и белкового синтеза, темпы образования, накопления и активность ферментов, фитогормонов и других продуктов метаболизма. Темпы роста растения впрямую связаны с питанием растения и его водным балансом.

Наиболее сильно внутренние факторы сказываются на росте тех растений, которые выращиваются в регулируемых условиях.

Температура. Для каждого вида растений существуют определенные температурные границы, благоприятные для роста. Эти границы определяются географическим происхождением данного вида. Различают три кардинальные для растения температурные точки: минимальная температура, при которой рост только начинается, оптимальная - наиболее благоприятная для ростовых процессов, и максимальная, при которой рост прекращается. С повышением температуры от минимальной до оптимальной скорость роста растений резко возрастает. При этом оптимальные температуры могут быть неодинаковыми для роста разных органов одного и того же растения. Как правило, оптимальная температура для роста корней ниже по сравнению с оптимальной температурой для роста надземных органов. А для роста боковых побегов оптимальная температура ниже по сравнению с температурой, нужной для роста главного стебля.

Свет впрямую влияет на рост растения. При этом на разные стороны ростовых процессов влияние света проявляется неоднозначно. Так, свет необходим для протекания процесса фотосинтеза, и поэтому накопле­ние массы растения без света не происходит. Вместе с тем рост клеток растяжением (увеличение длины побега) может идти в темноте, а на свету рост стебля тормозится, при этом рост листьев усиливается и они принимают обычную форму. Под влиянием света происходят так же анатомические изменения стебля (фотоморфогенез), когда дифференцируется эпидермис, появляются волоски, изменяется окраска - син­тезируется хлорофилл.

Процесс роста растения требует больших затрат энергии, источником которой являются процессы дыхания. Дыхательные процессы обеспечивает кислород. При его снижении ниже 5% рост растения тормозится.

Для нормального протекания ростовых процессов не­обходимо достаточное снабжение растения всеми необходимыми минеральными элемен­тами. Особенно специфична роль снабжения растений азотом. Это связано не только с тем, что азот входит в состав белков и нуклеиновых кислот, но и с обра­зованием двух основных групп гормонов, регулирующих ростовые процессы (ауксинов и цитоконинов).

Содержание воды. В процессе своего роста растения особенно чувствительны к не­достатку воды. Уменьшение содержания воды в почве приводит и к уменьшению содержания ее в растении, а это, в свою очередь, резко тормозит процессы роста. В ситуации водного дефицита снижается скорость деления клеток и особенно их рост растяжением. Для различных физиологических процессов нужна разная насыщенность водой. Наибольшая насыщенность водой требуется для процессов роста. Степень насыщенности клетки или ткани растений водой называют гидратурой, она выражается в про­центах. За 100%-ную гидратуру принимается такая насыщенность, при которой данное тело находится в равновесии с атмосферой, имеющей 100%-ную отно­сительную влажность. Рост клеток идет лишь в том случае, если гидратура не падает ниже 95%. Для того чтобы поддержать такую гидратуру, точки роста над­земных органов растения защищены смыкающимися листочками с хорошо раз­витой кутикулой. Точки роста корня не имеют подобной защиты и поэтому тре­буют повышенной влажности почвы для своего роста.

Установлено, что растения интенсивнее растут в ночной период суток. Для роста многих растений благоприятной является изменение температуры в течение суток - днем повышенная, а ночью пониженная. Это явление Ф. Вент назвал термопериодизмом. Показано (Н.И. Якушкина), что пониженные ночные температуры ускоряют рост корневой системы и боковых побегов у растений. Такое влияние может быть объяснено тем, что при понижении температуры более активно ра­ботают ферменты, катализирующие распад крахмала на сахара. В листьях обра­зуются растворимые транспортные формы углеводов, легко передвигающиеся к точкам роста корня и боковых побегов, благодаря чему их рост усиливается.

Однако по подобной схеме растения растут только в самых благоприятных условиях, близ экватора, где продолжительность дня и ночи приблизительно равны, ночи всегда теплые и благоприятствуют росту. В наших условиях короткого лета, коротких и не очень теплых ночей растения вынуждены использовать для роста все теплое время суток: и ночь, и часть дня. Наблюдениями было установлено, что большое количество растений наших широт растет днем заметно быстрее, чем ночью. В то же время отмечается, что растения, растущие и у нас быстрее ночью, чем днем, представляются более жизнеспособными, более податливыми на агротехнические приемы повышения урожайности.

Для измерения и регистрации роста стебля в 70-х и 80-х гг. XIX в. был создан целый ряд приборов, названных ауксанометрами. Принцип механической регистрации роста стебля и первая простейшая модель ауксанометра были предложены Саксом в 1872 г. Прирост стебля, к верхушке которого привязывалась нить, перекинутая через вращающийся блок, отмечался по перемещению прикрепленной к блоку стрелки. В домашних условиях простейший ростомер изготавливается из миллиметровой бумаги, закрепленной рядом со стеблем, на которой делаются отметки рядом с верхушкой измеряемого стебля.

При помощи ауксанометрических измерений было подтверждено влияние внешних условий на процесс роста (положительное влияние тепла и влажности, задерживающее рост влияние света и т. д.).

Физиолог растений Баранецкий (1879 г.) изучал суточную периодичность роста и обнаружил, что у одних растений максимальный прирост происходит ночью или ранним утром, а у других - днем или вечером. По мнению Баранецкого, этот ритм связан с определенным ритмом биохимических процессов в листьях и меристемах, а эти процессы в свою очередь зависят от периодичности смены дня и ночи.

При этом до сих пор список растений, суточный периодизм роста которых изучен, остается очень скудным: на одной и той же гряде могут одновременно жить виды или сорта растений, совершенно различные по своим суточным периодам и темпам роста.

Явление суточной периодичности и ритмичности роста было разработано в трудах физиолога В. С. Шевелухи – академика ВАСХНИЛ. Он и его сотрудники создали оригинальные ауксанографы, с помощью которых в течение 12 вегетационных периодов (1965—1976 гг.) проводили в условиях Белоруссии подробные исследования многих культур. Им было установлено, что по ночам растут гораздо быстрее, чем днем люпин, клевер, картофель, свекла сахарная, свекла кормовая, брюква, морковь, цикорий, помидоры.

И позже проводились интересные исследования, которые касались изучения того, в какое время, ночью или днем растения растут быстрее. Так выяснилось, что в районе Калуги практически все злаковые и бобовые культуры растут днем быстрее. Но некоторые виды растений растут быстрее ночью: груша дикая, малина, ампелопсис (виноградовик), спирея (таволга), рудбекия, фасоль и подорожник. Корнеплодные растения, картофель и томаты тоже проявляют дневное торможение роста и усиление его в вечерние и ночные часы.

В литературе сообщается, что из лесных пород к ночному росту склонна сосна. А на Крайнем Севере в июне, в условиях, когда световой день продолжается практически все сутки, растения демонстрируют невиданные темпы роста.

И, тем не менее, для основной массы растений принято считать, что с 6 часов вечера до 6 часов утра (приблизительно) скорость роста растений постепенно повышается. Затем от утра к вечеру замечается постепенное замедление роста.

Ну, а как же обстоят дела с хойями: когда, ночью или днем растут они?

Никаких сведений о том, чтобы кто-то исследовал суточный периодизм роста хой (да и комнатных растений вообще), не обнаружилось. Исходя из того, что хойи являются тропическими растениями, расти они, преимущественно, должны ночью, используя высокую ночную температуру и значительную продолжительность ночи. Но, с другой стороны, хойи настолько пластичны и легко приспосабливаются к условиям квартиры, что они могут расти и днем, так как летние ночи наших широт слишком коротки. Прояснить для себя этот вопрос легко, соорудив в домашних условиях простейший ростомер.

Но следует помнить, что успешный рост хой возможен только в том случае, если им обеспечивают все возможности для фотосинтеза и дыхания, поливом и увлажнением поддерживают их водный баланс и обеспечивают полноценным питанием.

hoyas.ru

Процессы протекающие в растении

Большое влияние на качество урожая оказывают внутренние процессы, протекающие в растении. Правильной агрокультурой мы защищаем растение от невзгод (засухи, мороза, болезней, вредителей, сорняков) и создаем виноградному кусту благоприятные условия для фотосинтеза, дыхания, транспирации, поступления из почвы минеральных элементов. От этих внутренних процессов зависят жизнь куста, количество и качество урожая, поэтому регулировать и даже управлять ими практически необходимо и хотя сложно, но возможно.

Для разработки эффективных методов повышения, морозостойкости, засухоустойчивости, устойчивости к засолению физиологи Н. А. Максимов, И. И. Туманов и другие использовали открытый И. В. Мичуриным закон неравноценности отдельных этапов онтогенеза растения, который выражается в том, что пластичность — способность к закаливанию и освоению новых условий — максимально проявляется в молодом возрасте. Причем изменения в обмене не ограничиваются первым поколением растений, а передаются получаемому от них потомству.

По отношению к винограду это проявляется в уклончивости растений к засолению, в способности реагировать на орошение, к повышению морозоустойчивости и устойчивости к вредителям и болезням. Винограду необходимо создать такие условия, чтобы продукты фотосинтеза были направлены не на рост вегетативной массы, а на увеличение выхода ягод и улучшение качества их. Для улучшения плодоношения нужно строго нормировать влагу и азот и больше внимания уделять бесперебойному снабжению растений фосфором, калием и микроэлементами.

Не следует также забывать, что преждевременные или очень сильные зеленые операции (чеканка, выломка пасынков) не только не усиливают репродуктивные процессы, но, наоборот, вредят им, так как вызываю рост вегетативной массы из новых точек. Дыхание занимает центральное место во всем комплексе процессов обмена живой клетки. Через устьица, чечевички, корневые волоски и другие органы связи растении с внешней средой регулируются поглощение и передвижение питательных веществ, их ассимиляция и синтетические процессы.

Особое значение для регулирования фотосинтеза, дыхания и транспирации имеют устьица. В свою очередь, степень открытия устьиц, определяется, прежде всего общей обеспеченностью растений водой. Если в почве достаточно влаги и устьица открыты нормально, дыхание и фотосинтез проходят беспрепятственно. Наоборот, при недостатке влаги устьица прикрываются, энергия фотосинтеза резко снижается, и начинает преобладать анаэробное дыхание (гликолиз).

В это время резко уменьшается выделение тепла (18—20ккал вместо 675—684), но продукты, возникающие при бродильном распаде сахаров, в ряде случаев представляют исходный материал для построения ценных органических веществ. Описанное явление прикрытия устьиц и связанные с этим процессы анаэробного распада и синтеза эфирных масел подкрепляются нашими исследованиями, проведенными на различных сортах винограда. Результаты исследования подсказали следующие пути практического воздействия на виноград.

Для лучшего эфирообразования в ягодах винограда полезно, чтобы за две-три недели до уборки урожая некоторых технических сортов (особенно для десертного виноделия) растение в целом и, в частности, ягоды ощущали некоторый дефицит влаги. В этом случае устьица листьев и чечевички ягод закрываются, т. е, ухудшаются условия аэрации, что ведет к быстрому и в отдельных случаях значительному увеличению количества эфирных масел в ягодах. С этой целью можно использовать и целый ряд технологических приемов подвяливания винограда, также ведущих к закрытию чечевичек у ягод.

Для получения высокого урожая ягод, обладающих необходимыми для виноделия качествами, нужно своевременно удовлетворять все потребности растения, так как отсутствие одного фактора успешного произрастания нельзя заменить другим. Больше того, при недостатке влаги уменьшается потребность винограда в свете, тепле, а при недостатке света и тепла — становятся избыточными вода и пища. То и другое ведет к резкому снижению количества и качества урожая.

Взаимосвязь факторов, определяющих урожай, особенно важно учитывать в северной зоне промышленной культуры винограда, где повышенное плодородие обыкновенных черноземов или луговых почв особенно резко расходится со световыми и тепловыми возможностями местных экологических условий. Поэтому повышенное плодородие почвы в северных условиях приносит для винограда больше вреда, чем пользы, так как оно будет полностью использовано одни раз в 10—20 лет, а в остальные годы богатство почвы вызовет лишь несоразмерное развитие вегетативной массы, запаздывание созревания лозы и ягод, снижение их качества.

Точно также недостаточно интенсивная солнечная инсоляция может ограничить полезность влаги, что и наблюдается в пасмурные дни. Следует иметь в виду, что водный режим почвы не только пополняет дефицит влаги в растении и способствует поступлению в него углекислого газа, азотистых и минеральных веществ, но и изменяет воздухопроницаемость почвы и связанные с этим процессы жизнедеятельности почвенной микрофлоры и скорости химических реакций. Изменение водного режима почвы воздействует также на содержание тепла в почве и за счет испарения.

Все вместе взятое приводит к выводу, что в северной зоне под виноградные насаждения полезно брать более легкие, быстро прогревающиеся, умеренно плодородные супесчаные почвы, а на зиму закрывать лозу и корневую систему естественной органической или лучше пенопластовой покрышкой с приспособлением для снегозадержания. Здесь же особенно важно подбирать сорта с повышенной зимостойкостью, которые к тому же слабо реагируют на провокационные воздействия резких смен температуры в ранневесенний период, а также на повышенную влажность и плодородие почвы (сорта, не склонные к жированию).

В северной зоне особенно осторожно нужно подходить к нормам полива, по принципу — лучше немного недодать влаги, исходя из влажности почвы, чем передать. Следовательно, как бы высоко ни была оценена роль таких важных факторов, как почвенные условия, водный режим, приемы агротехнического воздействия и другие, никогда не следует забывать, что недостаточная интенсивность солнечной инсоляции может не только ограничить полезность того или иного фактора, но и превратить его в избыточный, вредный.

Особенно это относится к избыточному содержанию в почве влаги и азота. Высоко оценивая положительные стороны континентальной местности, не следует забывать н про ее отрицательные стороны. В условиях континентального климата виноградники могут повреждаться поздними весенними и ранними осенними заморозками, обусловленными резкими суточными колебаниями температуры, особенно часто проявляющимися в местных понижениях рельефа, где собирается холодный воздух.

vinogradportal.ru

Дыхание и обмен веществ у растений

Дыхание растений

Растения, как все живые организмы, постоянно дышат. Для этого им необходим кислород. Он нужен и одноклеточным, и многоклеточным растениям. Кислород необходим для процессов жизнедеятельности клеток, тканей и органов растения.

Дыхание — непременное условие жизни растений.

Большинство растений получает кислород из воздуха через устьица и чечевички. Водные растения потребляют кислород, растворенный в воде, всей поверхностью тела. Некоторые растения, произрастающие на заболоченных местах, имеют особые дыхательные корни, с помощью которых они поглощают кислород из воздуха.

Дыхание — сложный процесс, протекающий в клетках живого организма. В ходе этого процесса под действием кислорода происходит распад органических веществ на углекислый газ и воду. При этом выделяется энергия, которая используется растением для процессов жизнедеятельности. Основным органическим веществом, участвующим в дыхательном процессе, являются углеводы (сахара, особенно глюкоза). Интенсивность дыхания у растений зависит от количества углеводов, накопленных побегами на свету.

Весь процесс дыхания протекает в клетках растительного организма. Он состоит из двух этапов, в ходе которых органические вещества расщепляются на углекислый газ и воду. На первом этапе при участии специальных белков (ферментов) происходит распад молекул глюкозы на более простые органические соединения и выделяется немного энергии. Этот этап дыхательного процесса происходит в цитоплазме клеток.

На втором этапе простые органические вещества, образовавшиеся на первом этапе, под действием кислорода распадаются на углекислый газ и воду. При этом высвобождается много энергии. Второй этап дыхательного процесса протекает только с участием кислорода в специальных тельцах клетки.

Дыхание — процесс, противоположный фотосинтезу. Сравним процессы дыхания и фотосинтеза в клетках зеленого листа растения.

Газообмен в ходе фотосинтеза и дыхания

Процесс дыхания связан с непрерывным потреблением кислорода днем и ночью. Особенно интенсивно идет процесс дыхания в молодых тканях и органах растения. Интенсивность дыхания обусловлена потребностями роста и развития растений. Много кислорода требуется для деления и роста клеток, образования цветков и плодов. По окончании роста, с пожелтением листьев и особенно в зимнее время интенсивность дыхания заметно снижается, но не прекращается.

Обмен веществ

Чтобы жить, растение обязательно должно получать из окружающей среды путем питания и дыхания необходимые ему вещества и энергию. Поглощенные вещества в процессе преобразований в клетках и тканях становятся веществами, из которых растение строит свое тело. Все преобразования веществ, происходящие в организме, всегда сопровождаются потреблением энергии. Зеленое растение (как автотрофный организм), поглощая световую энергию Солнца, накапливает ее в органических соединениях. В процессе дыхания при расщеплении органических веществ эта энергия высвобождается и используется растением для процессов жизнедеятельности, которые происходят в клетках.

Оба эти процесса — фотосинтез и дыхание — идут путем последовательных многочисленных химических реакций, в которых одни вещества преобразуются в другие.

Так, в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды, полученных растением из окружающей среды, образуются сахара, которые затем превращается в крахмал, клетчатку или белки, жиры и витамины — вещества, необходимые растению для питания и запасания энергии. В процессе дыхания, наоборот, происходит расщепление созданных в процессе фотосинтеза органических веществ на неорганические соединения — углекислый газ и воду. При этом растение получает высвобождающуюся энергию. Эти превращения веществ в организме называют обменом веществ. Обмен веществ — один из важных признаков жизни: с прекращением обмена веществ прекращается жизнь растения.

Дыхание — процесс, обеспечивающий растительный организм энергией, которая высвобождается при распаде органических веществ, созданных в процессе фотосинтеза. Оба эти процесса — необходимое условие обмена веществ, а значит, и жизни организма.

blgy.ru

Смотрите также

• 
  Различие растений
• 
  Листы растений
• 
  Вегетативное растение
• 
  Болезнь растения
• 
  Процессы растений
• 
  Классификация растение
• 
  Семенное растение
• 
  Растения питания
• 
  Каталог растения
• 
  Растение похоже
• 
  Растение список