Морозоустойчивость - способность растений переносить температуру ниже 00С. Разные растения переносят зимние условия, находясь в различном состоянии. У однолетних растении зимуют семена, нечувствительные к морозам, у многолетних - защищенные слоем снега земли и снега клубни, луковицы и корневища. У озимых растений и древесных пород ткани под действием отрицательных температур могут замерзнуть и даже промерзнуть насквозь, однако растения не погибают. Способность этих растений перезимовать обуславливается их достаточной, высокой морозоустойчивостью.
Гибель растений под влиянием морозов обусловливается изменениями, происходящими в протопласте, его коагуляцией.
Каждая клетка имеет свою границу обезвоживания и сжатия. Переход этих границ, а не только снижение температуры причина гибели клеток. Происходит обезвоживание протопласта вследствие вымораживания воды. Убедительным доказательством служит состояние переохлаждения без образования льда, которое растения переносят без вреда, при тех же температурах, но с образованием льда в тканях растения гибнут.
Не все растения одинаково реагируют на образование льда в тканях.
Например, клубни картофеля, георгина погибают сразу, капуста, лук переносят умеренное замораживание, растения северных широт, озимые злаки рожь, пшеница выдерживают понижение температуры до -15-200С. Нечувствительность к морозам достигается физико-химическими изменениями в клетках. В зимующих листьях и других частях растения накапливается много сахара, а крахмала в них почти нет. Сахар защищает белковые соединения от коагуляции при вымораживании, и поэтому его можно назвать защитным веществом. При недостаточном количестве сахара в клетках повышается водоудерживающие силы коллоидов протопласта, увеличивается количество прочносвязанной и уменьшается содержание свободной воды.
С понижением температуры при закаливании растений интенсивность дыхания снижается сильнее, чем фотосинтез, в результате чего наблюдается задержка ростовых процессов. Повышение содержания сахаров хлоропластах коррелирует с морозоустойчивостью растений. Следовательно, сахара оказывают стабилизирующее действие на клеточные структуры.
Установлено, что при замерзании растения кислая фосфатаза переходит в свободное состояние и диспергируется в цитоплазме. Исследования показали, что охлаждение до температур, близких к замерзанию, приводит к укреплению связи фермента в клетке: при дальнейшем охлаждении происходит его освобождение и вымывание в наружный раствор. Переход кислых фосфатаз в свободное состояние является начальной фазой повреждения растения при его замерзании.
Содержание незамерзающей воды в тканях зимостойкой пшеницы почти в 3 раза выше по сравнению с не зимостойкой. В районах с неустойчивой весной и частым возвращением весенних холодов новые побеги у пшеницы образуются медленно и не одновременно из почек, находящихся в состоянии покоя в узлах кущения. Наоборот, у злаковых, возделываемых в районах с устойчивым и большим снеговым покровом, наблюдается дружное прорастание всех спящих почек узла кущения, находится близко от поверхности (1,5), такие растения менее зимостойки, чем растения с более глубоким залеганием узла кущения (3-4 см).
Узел кущения - своеобразная кладовая энергетических ресурсов растения в зимний период. Морозостойкость сортов озимой пшеницы определяется как количеством сахаров, накопленных в осенний период, так и экономным расходованием их в течение зимы
У растения озимой пшеницы в зимний период с понижением температуры содержание моносахаридов (глюкозы и фруктозы) увеличивается за счет расщепления сахарозы на глюкозы и фруктозу. Это «молекулярный актив» зимующего растения (возрастает концентрация клеточного сока, что снижает точку его замерзания) (А.А.Рихтер).
И.И. Туманов разработал теорию закаливания растений, повышающего их устойчивость к действию низких температур. Сущность ее заключается в том, что у растений под влиянием низких положительных температур накапливаются сахара и другие соединения - первая фаза закаливания. Дальнейшее повышение морозоустойчивости происходит уже при отрицательных температурах, но не повреждающих клетки, вторая фаза закаливания. Она идет сразу же после первой при температуре немного ниже 00 С. в этой фазе наблюдается частичная потеря воды клетками. Под действием сахаров накопившихся в клетках, изменяются биоколлоиды, и возрастет относительное количество коллоидно-связной воды. Такие изменения придают биоколлоидам устойчивость к низким температурам. Прекращение роста - необходимое условие прохождения первой фазы закаливания. Метаболические изменения, наблюдаемые во время этой фазы, могут быть вызваны изменением гормонального и энергетического баланса. Изменение баланса фитогормонов, влияет на белковый синтез и активацию специфических ферментов в закаленных тканях. Гормоны могут также влиять на свойства клеточных мембран; как известно абсизовая кислота увеличивает проницаемость мембраны для воды, в то время как кинетин оказывает обратное действие. Тем самым, низкая температура повышает активность ингибиторов роста и тормозит растяжению клеток. Стимуляторы роста (гибберлины) не снижают эту способность у растений, находящихся в состоянии глубокого покоя. Вместе с тем они могут резко изменить ее. Так черенки черной смородины, обработанные гиберлином после первой фазы закаливания и помещенные затем в благоприятные условия для прохождения второй фазы, выдерживали понижение температуры лишь до -50С, в то время как контрольные растения до - 400 С.
TimeBiology