Экологические основы устойчивости растений

  

62

 

64

 

  

100

 

120

 

 

 

 

 

  

Овес  яровой

 

  

 

 

  

 

 

 

 

Артемовский

 

  

Незакаленный 

 

Закалэнный

 

  

60

 

58

 

  

85

 

95

 

 

 

 

 

  

Подсолнечник

 

  

 

 

  

 

 

 

 

Передовик

 

  

Незакаленный 

 

Закаленный

 

  

61

 

63

 

  

110

 

165

 

 

 

 

 

Предпосевное повышение жаро- и  засухоустойчивости.

 

И. В. Мичурин, пытаясь получить засухоустойчивые сорта плодовых, выращивал растения в условиях недостаточного водоснабжения. Растения, перенесшие небольшую засуху, повторно выдерживают ее с меньшими потерями, становятся более устойчивыми к обезвоживанию.

 

Разработаны методы предпосевного  закаливания к засухе. П. А. Генкель (1934) предложил закаливать наклюнувшиеся  семена, подвергая их подсушиванию от одного до трех раз. В результате повышается засухоустойчивость растений и увеличивается их урожайность в засушливых условиях (пшеница и другие культуры). Закаленные растения приобретают анатомо-мор-фологическую структуру, свойственную засухоустойчивым растениям, имеют более развитую корневую систему. Окислительное фосфорилирование у 4-, 8- и 11-дневных проростков кукурузы было у закаленных растений выше, чем у контрольных. Эффективность предпосевного закаливания по методу Генкеля повышается при замачивании семян в слабых растворах борной кислоты. Улучшает всхожесть и повышает жароустойчивость растений обработка семян цитокинином (О. Н. Кулаева, 1973).

 

 

 

Таблица .4 Урожай зерна   с закаленных и   незакаленных растений в ц/га

Сорт

 

  

Вариант опыта

 

  

1970г.

 

  

1971 г.

 

  

1974г.

 

  

1975 г.

 

  

1976 г.

 

 

 

 

 

  

Пшеница  озимая

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

 

Ростовчанка

 

 

 

Безостая 1

 

 

 

Кавказ

 

  

Незакаленная 

 

Закаленная

 

Незакаленная 

 

Закаленная

 

Незакаленная 

 

Закаленная

 

  

 —

 

 —

 

26,0 31,2

 

 —

 

 — 

7,4

 

12,4

 

 —

 

 —

 

9,8

 

13,5

 

  

34.0 38,0

 

—

 

—

 

—

 

— 

25,3 28,8

 

—

 

—

 

—

 

— 

—

 

—

 

—

 

—

 

—

 

—

 

 

 

  

Овес яровой

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

 

Артемовский

 

  

Незакаленный Закаленный

 

  

—

 

— 

—

 

— 

—

 

— 

16,0 21,8

 

  

—

 

—

 

 

 

  

Ячмень   яровой

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

 

Темп

 

  

Незакаленный Закаленный

 

  

—

 

— 

—

 

— 

40,0 43,7

 

  

—

 

— 

—

 

—

 

Одесский 36

 

  

Незакаленный Закаленный

 

  

—

 

— 

—

 

— 

30,3 33,6

 

  

—

 

— 

19,7

 

21,5

 

 

 

 

 

  

Просо

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

 

Саратовское 853

 

  

Незакаленное Закаленное

 

  

16,0 25,0

 

  

—

 

— 

—

 

— 

—

 

— 

—

 

—

 

 

Диагностика жаро и засухоустойчивости.

 

Для диагностики засухоустойчивости растений используют ряд полевых  и лабораторных методов. Сравниваемые сорта и виды растений выращивают в засушливых районах. Сорта, в меньшей степени снижающие урожаи, считаются более засухоустойчивыми. Испытания на засухоустойчивость в засушниках и суховейных установках дают возможность подвергать растения почвенной и атмосферной засухе в любой период их вегетации и оценивать сорта. Засушни-ки — это делянки, на которых исследуемые растения закрывают в период дождей пленкой. Для отвода воды с соседних делянок выкапывают стоковые канавы. При использовании суховейных камер растения выращивают в вегетационных сосудах и затем подвергают действию струй нагретого и высушенного воздуха.

 

Как показатель устойчивости растений к засухе можно использовать водоудерживающую способность растительной ткани,

 

а также вязкость цитоплазмы. У  засухоустойчивых растений эти показатели будут выше. В селекционной работе используют такой показатель, как содержание статолитного крахмала в корневом чехлике. Генетически обусловленным признаком засухоустойчивости растений является способность их вегетативных органов (особенно листьев) накапливать во время засухи пролин. При этом концентрация пролина увеличивается в 10—100 раз. В пролине запасается значительное количество азота, который используется для последующих метаболических реакций по окончании засухи.

Повышение засухоустойчивости культурных растений.

 

На засухоустойчивость влияют удобрения: калийные и фосфорные повышают ее, азотные, особенно в больших дозах, — снижают. Засухоустойчивость ряда сельскохозяйственных культур повышают микроэлементы (цинк, медь и др.). Устойчивости к засухе в полевых условиях способствует выращивание сельскохозяйственных культур с соблюдением зональных технологий их возделывания.

 

Существование различных типов  засухи, региональных ее особенностей сильно затрудняет селекцию сельскохозяйственных растений на засухоустойчивость, требует учета многих видовых,

 

структурно-анатомических и физиолого-биохимических  показателей растений. Так, засухоустойчивые сорта зерновых культур при значительном водном дефиците отличаются синтетической  направленностью работы ферментных систем, содержат больше связанной воды, имеют повышенную концентрацию клеточного сока, высокий температурный порог коагуляции белков, интенсивное накопление сухого вещества, устойчивую пигментную систему, более четкие признаки ксероморфности и др. Засуха в каждом географическом регионе имеет свои конкретные особенности: преимущественно почвенная или атмосферная, весенняя или летняя, продолжительность и глубина. Эти особенности также определяют выбор критериев для отбора растений.

 

Еще Н. А. Максимов (1952) отмечал среди  засухоустойчивых сортов яровой пшеницы наличие двух основных биотипов: один, свойственный главным образом Зауралью, где засуха наблюдается в начале лета (захватывает у пшениц период кущения), другой — Среднему и Нижнему Поволжью, где засуха случается обычно в конце вегетации пшеницы. Поэтому при культуре растений первого биотипа в Поволжье или второго биотипа в Зауралье они ведут себя как незасухоустойчивые сорта. При оценке и выведении засухоустойчивых сортов селекционеры используют совокупность всех рассмотренных ранее физиолого-биохимических и других признаков и показателей. Для регионов России и государств СНГ, подверженных засухе, научными учреждениями разработаны модели засухоустойчивых сортов основных сельскохозяйственных культур, включающие и физиологические показатели.

Орошение как радикальное средство борьбы с засухой.

 

Наиболее эффективным способом борьбы с засухой в аридных  регионах является орошение. Оно эффективно и в районах, где осадков выпадает достаточно, но распределение их не является оптимальным. Орошение дождеванием овощных, плодовых, кормовых культур и картофеля используют в Центральном Нечерноземье. Необходимо организовать полив растений таким образом, чтобы свести повреждаемость растений от засухи к минимуму и наиболее эффективно использовать поливную воду. Для определения сроков полива руководствуются наблюдениями за влажностью почвы, не допуская снижения предполивной влажности ниже оптимального уровня (60—70 % НВ).

 

На орошаемых полях возделывают  влаголюбивые растения с большой  листовой поверхностью, которые требуют больше влаги и в условиях засухи при нарушении водоснабжения снижают урожай сильнее по сравнению с растениями на богаре. Особенно важно обеспечить растения водой в критические периоды. Яровые и озимые злаки наиболее чувствительны к недостатку влаги в фазы выхода в трубку и колошения; кукуруза — в период цветения и молочной спелости; просо и сорго — в фазы выметывания и налива зерна; зернобобовые — в период цветения; картофель — цветения и формирования клубней; подсолнечник — образования корзинки и цветения; хлопчатник — в фазу цветения и заложения коробочек; бахчевые — в период цветения и созревания.

 

Для определения потребности растений в поливе используют также физиологические  показатели: содержание воды в листьях; степень открытости устьиц; интенсивность транспирации; водный потенциал тканей; концентрацию клеточного сока; градиент биопотенциалов (ЭП); интенсивность роста и др. (Н. А. Максимов, И. В. Красовская, Ф. Д. Сказкин, Н. С. Петинов, В. С. Шарда-ков, В. А. Лобов, О. Е. Шведова, М. Д. Кушниренко и др.). Оптимальные и критические уровни этих показателей установлены применительно к видам и сортам растений и содержатся в справочной литературе.

 

Полив, особенно дождеванием, повышает влажность приземного слоя воздуха, снижает его температуру, создает в стеблестое (и насаждении) более ровный микроклимат. Наиболее эффективны частые поливы небольшими нормами, а в засушливых регионах — в сочетании с влагозарядковым поливом. Наибольший эффект поливы обеспечивают на высоком агротехническом фоне при оптимальных дозах удобрений, выполнении всего комплекса необходимых агротехнических мероприятий, предусмотренных для данной сельскохозяйственной культуры.

 

 

ТИПЫ РАСТЕНИЙ ПО ОТНОШЕНИЮ К  ВОДНОМУ РЕЖИМУ: КСЕРОФИТЫ, ГИГРОФИТЫ  И МЕЗОФИТЫ

 

Растения засушливых областей называются ксерофитами (от греческого хеrоs — сухой). Они способны в процессе индивидуального развития приспосабливаться к атмосферной и почвенной засухе. Характерные признаки ксерофитов — незначительные размеры их испаряющей поверхности, а также небольшие размеры надземной части по сравнению с подземной. Ксерофиты — это обычно травы или низкорослые кустарники. Их делят на несколько типов. Приводим классификацию ксерофитов по П. А. Генкелю.

 

Суккуленты — очень стойкие  к перегреву и устойчивые к обезвоживанию, во время засухи они не испытывают недостатка воды, потому что содержат большое количество ее и медленно расходуют. Корневая система у них разветвлена во все стороны в верхних слоях почвы, благодаря чему в дождливые периоды растения быстро всасывают воду. Это кактусы, алоэ, очиток, молодило.

 

Эвксерофиты — жаростойкие растения, которые хорошо переносят засуху. К этой группе относятся такие  степные растения, как вероника сизая, астра мохнатая, полынь голубая, арбуз  колоцинт, верблюжья колючка и др. У них незначительная трансперация, высокое осмотическое давление, цитоплазма отличается высокой эластичностью и вязкостью, корневая система очень разветвлена, и основная ее масса размещена в верхнем слое почвы (50—60 см). Эти ксерофиты способны сбрасывать листья и даже целые ветви.

 

Гемиксерофиты, или полуксерофиты,—  это растения, которые неспособны переносить обезвоживание и перегрев. Вязкость и эластичность протопласта  у них незначительная, отличается высокой транспирацией, глубокой корневой системой, которая может достигать подпочвенной воды, что обеспечивает бесперебойное снабжение

 

растения водой. К этой группе относятся  шалфей, резак обычный и др.

 

Стипаксерофшпы — это ковыль, тырса и другие узколистные степные  злаки. Они устойчивы к перегреву, хорошо используют влагу кратковременных дождей. Выдерживают лишь кратковременную нехватку воды в почве.

 

Пойкилоксерофиты — растения, не регулирующие своего водного режима. Это в основном лишайники, которые  могут высыхать до воздушно-сухого состояния и снова проявлять жизнедеятельность после дождей.

 

Гигрофиты (от греческого hihros — влажный). У растений, относящихся к этой группе, нет приспособлений, ограничивающих расход воды. Для гигрофитов характерны сравнительно большие размеры клеток, тонкостенная оболочка, слабоодревесневшие стенки сосудов, древесных и лубяных волокон, тонкая кутикула и малоутолщенные внешние стенки эпидермиса, большие устьица и незначительное количество их на единицу поверхности, большая листовая пластинка, плохо развитые механические ткани, редкая сеть жилок в листе, большая кутикулярная транспирация, длинный стебель, недостаточно развитая корневая система. По строению гигрофиты приближаются к теневыносливым растениям, но имеют своеобразную гигроморфную структуру. Незначительный недостаток воды в почве вызывает быстрое завядание гигрофитов. Осмотическое давление клеточного сока в них невысокое. К ним относятся манник, багульник, брусника, лох.

 

По условиям произрастания и  особенностям строения к гигрофитам очень близки растения с частично или полностью погруженными в воду или плавающими на ее поверхности листьями, которые называются гидрофитами.

 

Мезофиты (от греческого mesos — средний, промежуточный). Растения этой экологической  группы произрастают в условиях достаточного увлажнения. Осмотическое давление клеточного сока у мезофитов 1—1,5 тыс. кПа. Они легко завядают. К мезофитам относятся большинство луговых злаков и бобовых — пырей ползучий, лисохвост луговой, тимофеевка луговая, люцерна синяя и др. Из полевых культур твердые и мягкие пшеницы, кукуруза, овес, горох, соя, сахарная свекла, конопля, почти все плодовые (за исключением миндаля, винограда), многие овощные культуры (морковь, помидоры, капуста и др.).

О природе приспособительных реакций  к недостатку воды у разныхгрупп растений.

 

Транспирирующие органы — листья — отличаются значительной пластичностью; в зависимости от условий произрастания  в их строении наблюдаются довольно большие отличия. Даже листья одного растения при разном водоснабжении  и освещении имеют различия в строении. Установлены определенные закономерности в строении листьев в зависимости от расположения их на растении.