СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ: ПРОБЛЕМА ВОДНОГО ДЕФИЦИТА 2

ВЛИЯНИЕ НЕДОСТАТКА ВОДЫ НА РАСТЕНИЕ 4

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕГРЕВА НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 5

ПРИСПОСОБЛЕНИЕ РАСТЕНИЙ К ЗАСУХЕ 6

ВВЕДЕНИЕ: ПРОБЛЕМА ВОДНОГО ДЕФИЦИТА

Около трети поверхности суши испытывает дефицит влаги (годовое количество осадков 250—500 мм), а половина этой площади крайне засушлива (годовые осадки ниже 250 мм и ис­паряемость более 1000 мм). Для развития растений существен­но, чтобы осадки относительно равномерно распределялись во время периодов активного роста. Однако в районах неустойчивого увлажнения часто бывают засушливые периоды именно в летние месяцы.

Засуха возникает как результат достаточно длительного от­сутствия дождей, сопровождается высокой температурой воз­духа и солнечной инсоляцией. Чаще она начинается с атмос­ферной засухи, характеризующейся низкой относительной влажностью воздуха. При длительном отсутствии дождей к ат­мосферной засухе добавляется почвенная засуха в связи с уменьшением (исчезновением) доступной для растений воды в почве. Во время суховея (атмосферная засуха, сопровождае­мая сильным ветром) почвенная засуха может не возникать. В условиях засухи растения испытывают значительный водный дефицит.

Развитие и выживание растений в любых условиях гораздо сильнее зависит от доступности воды, чем от какого-либо ино­го фактора внешней среды. Примерно '/з поверхности суши за­нимают области, где обнаруживается дефицит влаги; половина этой площади (около 12% поверхности Земли) является крайне засушливой. Районы с избытком осадков занимают менее 9% поверхности суши. Если годовые осадки превышают годовое испарение, то говорят о гумидной зоне, в обратном случае — об арпдноп. Многие сельскохозяйственные районы расположены в аридных зонах, где земледелие возможно только благодаря искусственному орошению.

На протяжении многих лет считалось доказанным, что в пересыхающей почве вода доступна растениям до тех пор, пока содержание влаги в ней не достигнет коэффициента устой­чивого завядания, когда в почве остается недоступная расте­нию вода. Согласно этой точке зрения физиологические про­цессы, рост и развитие растений на почве, подвергающейся иссушению, протекают нормально до достижения коэффи­циента завядания. Однако накоплено много данных, по­казывающих, что на обмен веществ, а следовательно, на рост и развитие растений влияет даже слабый водный дефицит. Та­кой внутренний водный дефицит возникает в тканях задолго до того, как содержание влаги в почве приблизится к уровню коэффициента завядания.

Растения, перенесшие только однократную сильную кратко­временную засуху, так и не возвращаются к нормальному об­мену веществ. Внутренний водный баланс растения зависит от комплекса факторов, связанных а) с самим растением (засухо­устойчивость, глубина проникновения и ветвление корней, фаза развития); б) с количеством растений на данной площади; в) с климатическими факторами (потери воды на испарение и транспирацию, температура и влажность воздуха, туман, ве­тер и свет, количество осадков и т. д.); г) с почвенными факто­рами (количество воды в почве, осмотическое давление почвен­ного раствора, структура и влагоемкость почвы и др.).

Дефицит влаги в растениях действует на такие процессы, как поглощение воды, корневое давление, прорастание семян, устьичные движения, транспирация, фотосинтез,, дыхание, фер­ментативная активность растений, рост и развитие, соотноше­ние минеральных веществ и др. Изменяя обмен веществ, недо­статок воды влияет на продуктивность, вкус плодов, плотность древесины, длину и прочность волокна у хлопчатника и т.д

Степень оводненности, необходимая для начала прораста­ния семян, сильно варьирует у разных видов. Между ско­ростью прорастания семян и скоростью поглощения воды су­ществует определенная корреляция. На скорость прорастания влияют также свойства семян и водоудерживающая способ­ность почвы.

Влияние водного дефицита на метаболические процессы в значительной мере зависит от длительности его действия. При устойчивом завядании растений увеличивается скорость распада РНК, белков и одновременно возрастает количество небелковых азотсодержащих соединений и отток их в стебель и колос (у злаков). В результате в условиях засухи содержание белков в листьях относительно уменьшается, а в семенах — уве­личивается.

Влияние водного дефицита на углеводный обмен выражает­ся вначале в снижении содержания моно- и дисахаридов в фотосинтезирующих листьях из-за снижения интенсивности фото­синтеза, затем количество моносахаридов может возрастать как следствие гидролиза полисахаридов листьев нижних яру­сов. При длительном водном дефиците наблюдается уменьше­ние количества всех форм Сахаров.

Длительный водный дефицит снижает интенсивность фото­синтеза и, как следствие, уменьшает образование АТР в про­цессе фотосинтетического фосфорилирования. Под влиянием почвенной и атмосферной засухи тормозится также отток про­дуктов фотосинтеза из листьев в другие органы.

В условиях оптимального водоснабжения наблюдается по­ложительная корреляция между интенсивностью дыхания и ко­личеством фосфорилированных продуктов. Водный дефицит по-разному сказывается на дыхании листьев разного возраста:

в молодых листьях содержание фосфорилированных продуктов резко падает, как и интенсивность дыхания, а у листьев, закон­чивших рост, эта разница четко не проявляется. При дефиците воды снижается дыхательный коэффициент.

Необходимо отметить, что в условиях водного дефицита верхние листья, в которых за счет некоторого усиления гидролитических процессов увеличивается содержание осмотически активных веществ, оттягивают воду от нижних листьев и дольше сохраняют ненарушенными синтетические процессы, а нижние листья в этих условиях засыхают раньше верхних; Очевидно, в аридных и близких к ним зонах для сельскохозяйственных культур важно знать физиологические показатели, характеризующие водный режим тканей, и, пользуясь ими, определять срок полива и его продолжительность.

ВЛИЯНИЕ НЕДОСТАТКА ВОДЫ НА РАСТЕНИЕ

Недостаток воды в тканях растений создается, когда расход воды при транспирации превышает ее поступление. Водный дефицит может возник­нуть в жаркую солнечную погоду к середине дня, при этом уве­личивается сосущая сила листьев, что активирует поступление воды из почвы. Растения регулируют уровень водного дефици­та, меняя отверстость устьиц. Обычно при завядании листьев водный дефицит их восстанавливается в вечерние и ночные часы (временное завядание). Глубокое завядание наблюдается при отсутствии в почве доступной для растения воды. Это завядание чаще всего приводит растения к гибели.

Характерный признак устойчивого водного дефицита — со­хранение его в тканях утром, а также прекращение выделения пасоки из срезанного стебля. Действие засухи в первую очередь приводит к уменьшению в клетках свободной воды, что изме­няет гидратные оболочки белков цитоплазмы и сказывается на функционировании белков-ферментов. При длительном завяда­нии снижается активность ферментов синтеза и активируются гидролитические процессы, в частности протеолиз, что ведет к увеличению содержания в клетках низкомолекулярных бел­ков. В результате гидролиза полисахаридов в тканях накапли­ваются растворимые углеводы, отток которых из листьев за­медлен. Под влиянием засухи в листьях снижается количество РНК вследствие уменьшения ее синтеза и активации ри-бонуклеаз. В цитоплазме наблюдается распад полирибосомных комплексов. Изменения, касающиеся ДНК, происходят лишь при длительной засухе. Из-за уменьшения свободной воды воз­растает концентрация вакуолярного сока. Изменяется ионный состав клеток, облегчаются процессы выхода из них ионов.

В большинстве случаев суммарный фотосинтез при недо­статке влаги снижается, хотя иногда на на­чальных этапах обезвоживания наблюдается некоторое увели­чение его интенсивности. Снижение скорости фотосинтеза может быть следствием: 1) недостатка СОз из-за закрывания устьиц, 2) нарушения синтеза хлорофиллов, 3) разобщения транспорта электронов и фотофосфорилирования, 4) изменений в фотохимических реакциях и реакциях восстановления СОз, 5) нарушения структуры хлоропластов, 6) задержки оттока ассимилятов из листьев при длительном водном дефиците.

При обезвоживании у растений, не приспособленных к засу­хе, значительно усиливается интенсивность дыхания (возмож­но, из-за большого количества субстратов дыхания — Сахаров), а затем постепенно снижается. У засухоустойчивых растений в этих условиях существенных изменений дыхания не наблю­дается или отмечается небольшое усиление.

В условиях водного дефицита быстро тормозятся клеточное деление и особенно растяжение, что приводит к формированию мелких клеток. Вследствие этого задерживается рост самого растения, особенно листьев и стеблей. Рост корней в начале за­сухи даже ускоряется и снижается лишь при длительном недо­статке воды в почве. Корни реагируют на засуху рядом за­щитных приспособлений: опробковением, суберинизацией экзо­дермы, ускорением дифференцировки клеток, выходящих из меристемы, и др.

Таким образом, недостаток влаги вызывает значительные и постепенно усиливающиеся изменения большинства физиоло­гических процессов у растений.

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕГРЕВА НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Во время засухи наряду с обезвоживанием происходит перегрев растений. При действии высоких температур (35 °С и выше) наблюдают­ся два типа изменения вязкости цитоплазмы: чаще увеличение, реже снижение. Возрастание вязкости цитоплазмы замедляет ее движение, но процесс обратим даже при 5-минутном воздействии температуры 51 °С. Высокая температура увеличи­вает концентрацию клеточного сока и проницаемость клеток для мочевины, глицерина, эозина и других соединений. В ре­зультате экзоосмоса веществ, растворенных в клеточном соке, постепенно снижается осмотическое давление. Однако при тем­пературах выше 35 °С вновь отмечается рост осмотического да­вления из-за усиления гидролиза крахмала и увеличения содер­жания моносахаров. Как следует из рис. 14.2, у листьев традесканции выход электролитов индуцируется под влиянием температуры более высокой по сравнению с температурой, ме­няющей вязкость цитоплазмы и ее движение. При этом потеря свойства полупроницаемости тонопласта (оцениваемая по выходу антоциана) вызывается лишь кратковременным действием очень высоких температур (57—64°С).

1	2	3