Стійкість рослин до високих температур

19.02.2017

Стійкість рослин до високих температур

Читайте також:

Стійкість рослин до високих температур
Діапазон температур, що діють у природі рослини, досить широкий: від -77ºС до + 55°С, тобто становить 132°С. Найбільш сприятливими для життя більшості наземних організмів є температури +15 — +30°С. З квіткових рослин особливо стійкі сукуленти. Деякі кактуси і представники сімейства товстолисті (Crassulaceae) можуть витримувати нагрівання сонячними променями до +55 — +65°С. З культурних рослин жаростійкістю мають теплолюбні рослини південних широт — сорго, рис, бавовник, рицина. Найбільш стійкі до високих температур деякі синьо-зелені водорості і бактерії, що живуть у гарячих джерелах при температурі +70°С і вище. Для кожного виду є інтервал температур, коли інтенсивність фізіологічних процесів максимальна. Більшість рослин пошкоджується при температурі 35-40 °С. В покоящемся стані клітини можуть переносити екстремально високі температури. Стійкість рослин до високих температур

Рослини відносять до пойкилотермным (грец. poikilos — різний, therme — жар) організмам, у яких температура тіла змінюється залежно від температури навколишнього середовища. Проте в дійсності рослини є обмеженими пойкилотермами. оскільки здатні частково регулювати температуру своїх тканин за рахунок транспірації. Іноді температура тканин рослини може бути вище температури навколишнього повітря. Наприклад, вдень при нагріванні сонячними променями температура листя при безвітряній погоді зазвичай буває вище температури повітря 4-7°С. Деякі кактуси можуть нагріватися в сонячні літні дні до температури +50 — +57°С. Температура соковитих плодів рослин, освітлені яскравим сонцем, може досягати +50°С.

Організми залежно від їх температурного оптимуму можна розділити на термофільні (вище 50°С), теплолюбні (25-50°С), помірно теплолюбні (15-25°С) і холодолюбиві (5-15°С). Серед вищих рослин термофільних організмів немає.

Стійкість рослин до високих температур називають жаростійкістю , аботермотолерантностью . Жаростійкість, особливо в південних районах, означає стійкість до двом факторам: до високої температури і прямої сонячної радіації. Підвищена температура особливо небезпечна для рослин при сильному освітленні. Існує певний зв’язок між умовами життя рослин та їх жаростійкість. Чим сухіше місце, і чим вище температура повітря, тим більше жаростійкість організму.

За жаростійкі рослини можна розділити на 3 групи (Лосєва, 1988):

Стійкість рослин до високих температур

1) жаростійкі – головним чином нижчі рослини, наприклад, термофільні бактерії і синьо-зелені водорості. Ця група організмів здатна витримувати підвищення температури до 75-90°С;

Стійкість рослин до високих температур

2) жаровыносливые – рослини сухих місць проживання: сукуленти (витримують підвищення температури до 60°С) і ксерофиты (до 54°С);

Стійкість рослин до високих температур

3) нежаростойкие – мезофиты і водні рослини. Мезофиты сонячних місць проживання можуть переносити +40-47°С, затінених – близько +40-42°С; водні рослини, крім синьо-зелених водоростей, витримують підвищення температури до 38-42°С.

Вплив високих температур на фізіологічні процеси рослин. Температура впливає на швидкість дифузії і, як наслідок, на швидкість хімічних реакцій (пряме вплив). Крім того, вона викликає зміну структури білкових макромолекул (непряме вплив). Це призводить не тільки до зміни активності ферментів, але і до збільшення проникності мембран, порушення гомеостазу, зміни взаємодії між ліпідами, комплементарними ланцюгами нуклеїнових кислот, нуклеїновими кислотами та білками, гормонами і рецепторами. Денатурація білків і порушення структури мембран є першими ланками пошкодження клітин при високій температурі.

Безпосередньою реакцією на температурний вплив є зміна плинності мембран.Під впливом високої температури в мембранах збільшується кількість ненасичених фосфоліпідів. У результаті склад і структура мембрани змінюються і, як наслідок, відбувається збільшення проникності мембрани виділення з клітини водорозчинних речовин. Підвищена плинність мембранних ліпідів при високій температурі може супроводжуватися втратою активності пов’язаних з мембранами ферментів і порушенням роботи переносників електронів.

Від стану ліпідів у тилакоидах хлоропластів в значній мірі залежать фотохімічні реакції і фотофосфорилирование. Нагрівання хлоропластів, наприклад, шпинату, до +30°С викликає зниження інтенсивності фотофосфорилирования, а при температурі близько +40 °С пригнічується циклічне фотофосфорилирование. Найбільш чутлива до підвищеної температури фотосистема II, а головний фермент З3 -циклу — РуБФкарбоксилаза – стійкий до високої температури.

Завантаження.

Дихання також ингибируются при високих температурах. Проте оптимальні температури фотосинтезу нижче оптимальних температур дихання. Це означає, що при перегріві, коли інтенсивність фотосинтезу різко падає, інтенсивність дихання ще продовжує рости. В цих умовах дихання може бути постачальником енергії для репарації пошкоджених органел і клітинних функцій. Подальше підвищення температури до +45-52°С, особливо якщо вона діє 3-6 год, призводить до роз’єднання окислення і фосфорилювання та зниження утворення молекул АТФ. При таких високих температурах клітка не має енергії для синтезу макромолекул і збереження структури мембран і органел. Правда, енергетичні потреби рослини в цих умовах теж знижуються, так як загальмовані зростання і відтік речовин.

При дії високої температури (гіпертермія) змінюється в’язкість цитоплазми: частіше збільшується, рідше зменшується, але цей процес звернемо навіть при дії температури +51°С протягом 5 хв. В основі зміни в’язкості цитоплазми при підвищенні температури лежить зміна цитоскелета.

Температура істотно впливає на водний статус рослин. Однією з найбільш швидких реакцій на дію високої температури є підвищення інтенсивності транспірації, що супроводжується виникненням у рослини водного дефіциту.

Висока температура порушує також запилення і запліднення, що призводить до недорозвинення насіння. У злаків високі температури в період закладення колосків і квіток призводять до зменшення їх числа. У багатьох рослин високі температури в період цвітіння викликають стерильність опадання квіток і зав’язей (Кузнецов, 2005).

Адаптація рослин до високих температур. В процесі еволюції формувалися і закріплювалися різні механізми адаптації,що роблять рослина більш стійким до високих температур. Вироблення таких механізмів йшла в кількох напрямках: зменшення перегріву за рахунок транспірації; захист від теплових пошкоджень (опушення листя, товста кутикула); стабілізація метаболічних процесів (більш жорстка структура мембран, низький вміст води в клітині); висока інтенсивність фотосинтезу і дихання. У випадках, якщо шкідливу дію високої температури перевищує захисні можливості морфо-анатомічних і фізіологічних пристосувань, включається наступний механізм захисту: утворюються так звані білки теплового шоку (БТШ). БТШ – це останній рубіж Стійкість рослин до високих температур
оборони» живої клітини, який запускається у відповідь на пошкоджувальну дію високих температур. Вони були відкриті в 1962 р. у дрозофіли, потім у людини, потім у рослин (1980 р.) і мікроорганізмів. БТШ допомагають клітині вижити при дії температурного стресора і відновити фізіологічні процеси після його припинення. БТШ утворюються в результаті експресії певних генів. Деякі з цих БТШ синтезуються не тільки при підвищеній температурі, але і при інших стрес-фактори, наприклад, при нестачі води, низьких температурах, дії солей. Показано, що після дії одного стресора клітини стають стійкими до інших. Так, томати після 48-годинної дії 38°С витримували температуру 2°З 21 добу.

БТШ в рослині ведуть себе так, як якщо б вони функціонували в ізольованою клітці, а не в складі многоклеточного організму. При цьому кожна клітина синтезує десятки тисяч копій різних молекул білків теплового шоку, потім кількість їх починає зменшуватися, т.тобто синтез БТШ має короткочасний (транзитний) характер. Тривалий синтез БТШ неможливий з-за вкрай високої потреби в енергії.

Транзитний характер новоутворення БТШ спостерігається лише при нелетальном підвищенні температури. При летальному підвищенні температури транзитність функціонування системи теплового шоку порушується, що свідчить про загибель організму. Отже, дія білків теплового шоку приурочено до початкового періоду відповіді рослин на підвищення температури. БТШ, тимчасово захищаючи організм від загибелі, тим самим створюють умови для його подальшої довготривалої адаптації.

В даний час виділяють 5 груп білків теплового шоку, які позначаються за молекулярним масам їх основних компонентів: БТШ-90, БТШ-70, БТШ-60, БТШ-20 і БТШ-8,5. Більшість цих білків дивно консервативні. Так, наприклад, БТШ-70 кукурудзи, дрозофиллы і людини ідентичні на 75%.Всі БТШ кодуються мультигенним родинами, що містять до 10 і більше генів. Головною відмінністю системи білків теплового шоку рослин порівняно з іншими організмами є багатокомпонентність і складність складу низькомолекулярних (15-30 кДа) поліпептидів, не гомологічних відповідним БТШ інших організмів. Саме з функціонуванням низькомолекулярних БТШ пов’язують захисну роль даної системи у рослинах. БТШ локалізуються в ядрі, цитозолі, клітинних органелах і функціонують в клітинах у вигляді високомолекулярних комплексів. Також є індивідуальні БТШ, що володіють протеолітичними властивостями, що свідчить про важливість даної системи для виживання організму в екстремальних умовах і створюють умови для формування більш досконалих долговременныхмеханизмов адаптації (Лозівська, 1982; Кузнецов, 2005).

Дата додавання: 2015-10-13 ; переглядів: 55 | Порушення авторських прав

Короткий опис статті: холодолюбиві рослини назви

Джерело: Стійкість рослин до високих температур

Також ви можете прочитати