Реферат: Сравнительная оценка засухоустойчивости мутантных и гибридных форм яблони

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. В результате в условиях засухи содержание белков в листьях относительно уменьшается, а в семенах — уве­личивается.(Генкель П.А. 1982 г.)

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 АТФ в про­цессе фотосинтетического фосфорилирования. Под влиянием почвенной и атмосферной засухи тормозится также отток про­дуктов фотосинтеза из листьев в другие органы. ( Шило А.А., 1997).

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.

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.

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, в том числе растений яблони.

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 экзосмоса 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. При этом потеря свойства полупроницаемости тонопласта (оцениваемая по выходу антоциана) вызывается лишь кратковременным действием очень высоких температур (57—64°С).

Процесс фотосинтеза более чувствителен к действию высо­ких температур, чем дыхание. Гидролиз полимеров, в частности белков, ускоряющийся при водном де­фиците, значительно активируется при высокотемпературном стрессе. Распад белков идет с образованием аммиака, который может оказывать отравляющее действие на клетки у неустой­чивых к перегреву растений. У жаростойких растений наблю­дается увеличение содержания органических кислот, связываю­щих избыточный аммиак. Еще одним способом защиты от перегрева может служить усиленная транспирация, обеспечи­ваемая мощной корневой системой. В других случаях (суккуленты) жаростойкость определяется высокой вязкостью цито­плазмы и повышенным содержанием прочно связанной воды. При действии высоких температур в клетках растений индуци­руется синтез стрессовых белков (белков теплового шока) (Гудковский В.А., 1999 г.)

В сельскохозяйственной практике для повышения жароу­стойчивости растений применяют внекорневую обработку 0,05%-ным раствором солей цинка.

Как уже отмечалось, не­благоприятное действие засухи состоит в том, что растения ис­пытывают недостаток воды или комплексное влияние обезво­живания и перегрева.

Растения используют три основных способа защиты:

1) предотвращение излишней потери воды клетками (избегание высыхания),

2) перенесение высыхания,

3) избегание периода засухи.

Наиболее общими являются приспособления для сохранения воды в клетках.

При этом на ранних этапах засухи, по-видимому, главную роль играет стремительное возрастание содержания ингибито­ров роста, поскольку даже в условиях сбалансированного во­доснабжения клеток срочные реакции закрывания устьиц у рас­тений осуществляются за счет ускоренного (в течение несколь­ких минут при водном дефиците 0,2 МПа) увеличения содержания АБК. Пороговые величины водного по­тенциала, вызывающие увеличение АБК у растений, могут зависеть от степени засухоустойчивости растений. Содержание гормо­на в тканях в среднем увеличивается на порядок со скоростью 0,15 мкг/г сырой массы в час. Закрывание устьиц уменьшает потерю воды через транспирацию. Кроме того, АБК способ­ствует запасанию гидратной воды в клетке, поскольку активи­рует синтез пролина, увеличивающего оводненность белков клетки в условиях засухи. АБК тормозит также синтез РНК и белков, накапливаясь в корнях, задерживает синтез цитоки­нина. Таким образом, увеличение содержания АБК при водном дефиците уменьшает потерю воды через устьица, способствует запасанию гидратной воды белками и переводит обмен ве­ществ клеток в режим «покоя».

В условиях водного стресса отмечается значительное выде­ление этилена. Выяснено, что водный стресс увеличивает актив­ность синтетазы 1-аминоциклопропанкарбоновой кислоты, ката­лизирующей ключевую реакцию биосинтеза этилена. При улуч­шении водного режима выделение этилена возвращается к норме. У многих растений при действии засухи (воздушной и почвенной) обнаружено также накопление ингибиторов роста фенольной природы (хлорогеновой кислоты, флавоноидов, фенолкарбоновых кислот).

Отмеченные выше изменения содержания фитогормонов-ингибиторов наблюдаются у растений при засухе. Снижение содержания гормонов-активаторов роста, в частности ИУК, происходит, по-видимому, вслед за останов­кой роста. Уменьшение ауксина в тканях при засухе может быть связано с низким содержанием его предшественника — триптофана, а также с подавлением транспорта ауксинов по растению. Обработка растений в усло­виях засухи растворами ауксина, цитокинина, гиббереллина усугубляет отрицательное действие засухи. Однако опрыскива­ние растений цитокинином в период восстановления после за­сухи значительно улучшает состояние растений. Кроме того, цитокинин увеличивает жаростойкость растений (в частности улучшает всхожесть семян). Как предполагает Л.И. Вигоров (1971), это защитное действие цитокининов может быть связа­но с их влиянием на структурное и функциональное состояние макромолекулярных компонентов клетки, в частности на мем­бранные системы.

Засухоустойчивость сельскохозяйственных растений повы­шается в результате предпосевного закаливания (П. А. Генкель, 1982). Адаптация к обезвоживанию происходит в семенах, которые перед посевом после однократного намачивания вновь высушиваются. Для растений, выращенных из таких семян, ха­рактерны морфологические признаки ксероморфности, корре­лирующие с их большей засухоустойчивостью.

Эффективное управление водообменном является важнейшим звеном продуктивности растений и определяется уровнем познания механизмов его регуляции.

Большую роль в формировании водного гомеостаза в тех или иных условиях играют не только структурные, адсорбционные и другие механизмы удерживания воды на организменном уровне, но и особенности диффузной и осмотической проницаемости клеточных мембран, которые в значительной мере должны определять эту способность. (Грязев В.А., 1992).

Не смотря на более чем вековую историю изучения физиологии водообмена очень мало прогресса наблюдается в использовании этой информации в селекции.

Пристальное давнее внимание исследователей к изучению водообмена растений обусловлено большой важностью и многогранностью функций, которые он выполняет, а именно:

1. является важнейшим регулятором водного статуса клеток и неотъемлемой частью их обмена веществ;

2. ведущим звеном во взаимодействии растения с водной фазой почвы и атмосферы;