Jaké jsou příčiny smrti rostlin při nízkých záporných teplotách?

Mrazuvzdornost rostlin je schopnost rostlin tolerovat negativní teploty. Dvouleté a víceleté rostliny rostoucí v mírných pásmech jsou periodicky vystavovány nízkým záporným teplotám. Různé rostliny mají různou odolnost vůči tomuto účinku.

Příčiny smrti rostlin mrazem:

1. Vliv nízkých záporných teplot závisí na stavu rostlin a zejména na hydrataci tělesných tkání. Suchá semena tedy snesou teploty až –196 °C (teplota kapalného dusíku). Hlavním škodlivým účinkem na rostlinný organismus je tvorba ledu. V tomto případě se led může tvořit jak v samotné buňce, tak mimo buňku. Při rychlém poklesu teploty dochází k tvorbě ledu uvnitř buňky (v cytoplazmě, vakuolách). S postupným snižováním teploty se tvoří ledové krystaly především v mezibuněčných prostorech. Plazmalema zabraňuje pronikání ledových krystalů do buňky. Obsah cely je v podchlazeném stavu. Smrt buňky a organismu jako celku může nastat v důsledku toho, že v mezibuněčných prostorech vzniklé ledové krystaly, které odčerpávají z buňky vodu, způsobí její dehydrataci a současně vyvíjejí mechanický tlak na cytoplazmu, poškozující buněčné struktury. To způsobuje řadu důsledků – ztrátu turgoru, zvýšenou koncentraci buněčné mízy, prudký pokles objemu buněk a posun hodnot pH nepříznivým směrem.

2. Jednou z prvních reakcí na ochlazení je oxidační stres. Ke zvýšené peroxidaci lipidů dochází v důsledku akumulace reaktivních forem kyslíku. Mění se poměr nenasycených a nasycených mastných kyselin. Možná je to začátek chladového poškození plazmalemy, membrán mitochondrií a chloroplastů a zvýšení jejich permeability. Zvyšuje se viskozita lipidové fáze membrán, narušují se funkce membránových proteinů a fungování buněčných transportních systémů. Plazmalema ztrácí semipermeabilitu. Je narušena práce enzymů lokalizovaných na membránách chloroplastů a mitochondrií a související procesy oxidační a fotosyntetické fosforylace. Snižuje se intenzita fotosyntézy, snižuje se odtok asimilátů. Právě změna vlastností membrány je první příčinou poškození buněk. V některých případech dochází při rozmrazování k poškození membrány. Pokud tedy buňka neprošla procesem tvrdnutí, cytoplazma koaguluje kombinovaným vlivem dehydratace a mechanického tlaku ledových krystalů vytvořených v mezibuněčných prostorech.

Adaptace rostlin na negativní teploty. Existují dva typy adaptace na účinky negativních teplot: vyhnutí se škodlivým účinkům faktoru (pasivní adaptace) a zvýšení přežití (aktivní adaptace).

Vyhýbání se škodlivým účinkům nízkých teplot se dosahuje především krátkou ontogenezí – to je únik v čase. U jednoletých rostlin končí životní cyklus před nástupem negativních teplot. Tyto rostliny mají čas produkovat semena před nástupem podzimního chladného počasí.

Většina trvalek přichází o své nadzemní orgány a přezimuje v podobě cibulí, hlíz nebo oddenků, dobře chráněných před mrazem vrstvou zeminy a sněhu – jde o prostorový únik před škodlivými vlivy nízkých teplot.

Kalení – tato reverzibilní fyziologická adaptace na nepříznivé vlivy, ke které dochází vlivem určitých vnějších podmínek, označuje aktivní adaptaci. Fyziologická podstata procesu kalení na negativní teploty byla odhalena díky práci I.I. Tumanov a jeho škola.

V důsledku procesu tuhnutí se prudce zvyšuje mrazuvzdornost těla. Ne všechny rostlinné organismy mají schopnost otužování, záleží na druhu rostliny a jejím původu. Rostliny jižního původu nejsou schopné otužování. U rostlin v severních zeměpisných šířkách je proces kalení omezen pouze na určitá stádia vývoje.

Aby rostliny získaly schopnost otužovat, musí dokončit své růstové procesy. Signálem k zastavení růstu a stimulem pro změny hormonálního systému pro rostliny je snížení fotoperiody a pokles teploty. Syntéza IAA a giberelinů je oslabena, zpevněna.Další podmínkou pro získání schopnosti otužování je dokončení odtoku látek. Pokud během léta ještě nebyly dokončeny růstové procesy rostlin, může to způsobit masivní úhyn rostlin v zimě kvůli tvorbě ABA a ethylenu. To vede k inhibici růstových procesů.

Otužování rostlin probíhá ve dvou fázích:

První otužovací fáze probíhá na světle při mírně nižších teplotách nad nulou (cca 10°C přes den, cca 2°C v noci) a mírné vlhkosti. Během této fáze pokračuje další zpomalení až úplné zastavení růstových procesů.

Zvláštní význam při rozvoji odolnosti rostlin vůči mrazu během této fáze má akumulace kryoprotektivních látek, které plní ochrannou funkci: sacharóza, monosacharidy, rozpustné bílkoviny atd. Cukry se hromadí v buňkách, zvyšují koncentraci buněčné mízy a snižují vodní potenciál . Čím vyšší je koncentrace roztoku, tím nižší je jeho bod tuhnutí, takže akumulace cukrů stabilizuje buněčné struktury, zejména chloroplasty, aby nadále fungovaly. Proces fotofosforylace pokračuje i při teplotách pod nulou.

Během první fáze kalení se také snižuje obsah volné vody. Nadměrná vlhkost půdy (deštivý podzim) brání procesu otužování. Čím nižší je obsah vody v buňkách a tkáních, tím méně ledu se tvoří a tím menší je nebezpečí poškození. Zvyšuje se hladina fosfolipidů v membránách a mění se struktura fosfolipidů. Zvyšuje se obsah nenasycených mastných kyselin. To umožňuje zachování vysoké propustnosti membrán nutné pro transport vody. Dochází k restrukturalizaci enzymatických systémů dýchacího procesu, zvyšuje se alternativní cesta dýchání, což zvyšuje odvod energie ve formě tepla.

Mezi mechanismy adaptace na účinky nízkých teplot patří syntéza řady stresových proteinů, mezi které patří desaturázy, dehydriny – LEA proteiny, ale i proteiny studeného šoku – CHS. Tyto hydrofilní proteiny se vlivem nízkých teplot syntetizují v cytoplazmě a uvolňují se do buněčné stěny. BCS se nacházejí na povrchu ledových krystalků, zabraňují jejich růstu a inhibují tvorbu mezibuněčného ledu. BCS rozpojují oxidativní fosforylaci, což umožňuje využít energii oxidace ke zvýšení teploty rostlinných orgánů o 4-7°C nad okolní vzduch.

Na konci první fáze otužování se rostlinné buňky dostávají do klidového stavu. Dochází k procesu izolace cytoplazmy, což zase snižuje možnost jejího poškození ledovými krystaly vytvořenými v mezibuněčných prostorech. K restrukturalizaci metabolismu dochází zvláště intenzivně během druhé fáze otužování.

Druhá fáze vytvrzování nastává s dalším poklesem teploty (asi 0°C) a nevyžaduje světlo. V tomto ohledu se u bylinných rostlin může vyskytovat i pod sněhem. Během této fáze dochází k odtoku vody z buněk a také k restrukturalizaci struktury protoplastů. Pokračuje nová tvorba specifických proteinů odolných vůči dehydrataci. Důležitá je změna mezimolekulárních vazeb cytoplazmatických proteinů. Při dehydrataci, ke které dochází vlivem tvorby ledu, se molekuly bílkovin přibližují k sobě. Spojení mezi nimi jsou přerušena a nejsou obnovena ve své předchozí podobě kvůli příliš těsné blízkosti a deformaci molekul proteinu. V tomto ohledu má velký význam přítomnost sulfhydrylových a dalších hydrofilních skupin, které podporují zadržování vody a zabraňují blízkosti proteinových molekul. Restrukturalizace cytoplazmy pomáhá zvýšit její propustnost pro vodu. Díky rychlejšímu odtoku vody se snižuje riziko tvorby vnitrobuněčného ledu. Ne všechny rostliny vyžadují, aby procesy kalení probíhaly ve dvou fázích. U dřevin, které mají dostatečné množství cukrů, dochází okamžitě ke změnám, které odpovídají druhému.

Mrazuvzdornost je složitá vlastnost, naprogramovaná geneticky, ale projevuje se za určitých podmínek prostředí. Zvýšení teploty na jaře je doprovázeno opačnými změnami. Proto na jaře rostliny často hynou i mírnými mrazíky.

Velký praktický význam má zvýšení mrazuvzdornosti rostlin. Pro ochranu rostlin před poškozením mrazem je důležité správně organizovat jejich výživu na podzim. Zvýšená výživa fosforem zvyšuje odolnost rostlin proti mrazu, dusíkatá hnojiva, podporující růstové procesy, činí rostliny citlivějšími. Ošetření mikroelementy jako je zinek, molybden, kobalt má příznivý vliv na mrazuvzdornost. Velmi důležité je také šlechtění mrazuvzdorných odrůd rostlin. Probíhají pokusy vytvořit mrazuvzdorné transgenní rostliny zavedením genů kódujících enzymy pro syntézu kryoprotektivních látek, například prolin a betain.

Ivan Ivanovič [nar. 18(30).6.1894, vesnice Andreevo, Moskevská oblast], sovětský rostlinný fyziolog, člen korespondent Akademie věd SSSR (1953). V roce 1923 absolvoval Kyjevskou zemědělskou univerzitu. ústav V letech 1925–42 ve Všesvazovém institutu pěstování rostlin (Leningrad); od 1940 na Ústavu fyziologie rostlin Akademie věd SSSR (od 1947 profesor). Hlavní práce k problematice zimovzdornosti, odolnosti proti suchu, vodnímu režimu a plodnosti v zemědělství. plodiny Vyvinul laboratorní metody pro stanovení suchovzdornosti (metoda vadnutí) a mrazuvzdornosti ozimů a ovocných plodin. Odůvodněný koncept 3 fází vývoje mrazuvzdornosti rostlin; vyvinuté metody kalení, prokázaly možnost získání bezmrazých rostlin v laboratorním prostředí kalením a velmi rychlým ochlazením rostlin (vitrifikace (viz Vitrifikace) protoplastu). Pod vedením T. byl proveden návrh a konstrukce prvního Fytotronu v SSSR. Vyznamenán Řádem Lenina, Řádem rudého praporu práce a medailemi.

Práce: Fyziologické základy zimovzdornosti kulturních rostlin, M.-L., 1940; Hlavní úspěchy sovětské vědy ve studiu mrazuvzdornosti rostlin, M., 1951; Vliv plodnic na mateřskou rostlinu, „Sborník Ústavu fyziologie rostlin pojmenovaný po. K. A. Timiryazev”, 1951, sv. 7, století. 2 (společně s E.Z. Gareevem),

(z lat. Vitrum – sklo a facio – dělám, transformuji)

přechod kapaliny do skelného stavu při poklesu teploty. U rostlin a živočichů i v jejich izolovaných orgánech a pletivech dochází k V. při náhlém ochlazení (pod -20 °C). Tkáň, zmrazená ve formě amorfní sklovité hmoty, zůstává životaschopná po dlouhou dobu; Při pečlivém rozmrazení se obnoví životně důležitá činnost tkání a celých organismů.

Často se stává, že rostlina byla vysazena minulou sezónu a na jaře:

1. nenašli ho;
2. nalezený uschlý;
3. jakoby vytažený ze země.

Proč se to děje? Aby bylo možné přijmout vhodná opatření, je důležité včas zjistit, proč rostliny na vašem místě umírají. Důvodů smrti rostlin může být několik. Podívejme se na ty nejčastější, které se pojí především se zimou.

Hlavní příčiny smrti rostlin

• vypouklý,
• zmrazení,
• zvlhnout,
• tlumení vypnout.

vypouklý

K vyboulení rostlin dochází brzy na jaře a pozdním podzimu, kdy se střídají mrazy s táním. Trpí pozdě vysazené a špatně zakořeněné rostliny. Vrchní vrstva půdy zmrzne, voda se roztáhne a rostliny se zvednou ledovou krustou.

Když dojde k tání, led taje, ale rostlina zůstává zvednutá nad zemí. Proto se doporučuje vysazovat bylinné trvalky na jaře nebo v polovině srpna.

Jak se vyhnout vyboulení rostlin

Sazenice vysaďte na jaře nebo v srpnu, pak stihnou před mrazem dobře zakořenit. Pro jistotu si ho můžete nahrnout a vytvořit zimní úkryt. Nad rostlinu umístěte hromadu suché rašeliny nebo zeminy o výšce 10-15 cm.

Na struktuře půdy se doporučuje pracovat po celou sezónu. Výběžek kořenů je menší, čím více je v půdě hrubých nečistot. Pamatujte, že při hluboké výsadbě není vyboulení problém. Cibulovité rostliny tedy nikdy netrpí vyboulením. Řízky sázejte šikmo – snížíte tím efekt vyboulení.

Zmrazování rostlin

Vymrznutí je smrt rostlin z nízkých teplot, k čemuž často dochází u druhů a odrůd, které milují teplo. Horní části rostliny odumírají jako první, podzemní orgány jsou životaschopnější. Rostliny bez sněhové pokrývky často vymrzají. Vymrznout mohou i staré trsy vysokohorských rostlin a poupata slabě zimovzdorných odrůd kosatců vousatých. Když dojde k zamrznutí, trpí horní část rostliny.

Jak chránit rostliny před mrazem

• pro výsadbu vyberte zimovzdorné trvalky, které jsou přizpůsobeny zimním podmínkám vašeho klimatu;
• provádět zadržování sněhu; nainstalujte vertikální štíty, které budou hromadit sníh. Chraňte své květinové výsadby před převládajícími zimními větry pomocí korunových výsadeb zimovzdorných stromů a keřů. V zimě zakryjte holá místa sněhem;
• K ochraně rostlin před mrazem použijte dřevěné bedny, rašelinu a smrkové větve.

Smáčecí rostliny

K vlhčení rostlin dochází brzy na jaře, když taje sníh. Hlavním faktorem je hladina podzemní vody. Za vlhka je rostlina poškozena zespodu. Přebytečná vlhkost v půdě a vysoké teploty vzduchu to rostlině znesnadňují. Vypořádat se se zmoknutím je poměrně obtížné.

Jak zabránit navlhnutí rostlin

• v jílovitých oblastech je nutné instalovat systém odvodu vody z taveniny;
• rostliny citlivé na přemokření umístěte do vyšších oblastí;
• v nízkých polohách vysazujte rostliny odolné proti přemokření – plavky, kosatce bahenní a sibiřské, hybridní a druhové denivky.

Rostliny vlhnou během chladné zimy s malým množstvím sněhu

Někdy dochází k promáčení v důsledku hlubokého zmrznutí půdy v zimě. Na některých místech je dokonce oblíbené rčení: „Nízký sníh – velká voda“. Pokud bylo přes zimu málo sněhu a velké mrazy, půda promrzá do větší hloubky.

Na jaře vrchní vrstva půdy rozmrzne a pod ní je „nepromokavá“ vrstva ledu. Namísto prosakování do spodních půdních horizontů (jak by tomu mělo být u „vysokého sněhu“) proudí voda z tání po povrchu a způsobuje vlhčení horních částí rostlin.

Tento efekt je zvláště důležitý v oblastech s permafrostem, ale ve středním Rusku se někdy vyskytuje takové „smáčení shora“. Například i ve vyvýšených polohách a na písčité půdě se kořeny čemeřic na jaře 2003 namočily, když půda po zimě nestihla rozmrznout. Určitou zárukou v tomto případě může být mírný sklon pozemku v kombinaci se systémem odvodnění vody.

Rozpad rostlin

Tlumení ničí rostliny, pokud jste je nezakryli správně nebo pokud jste s nástupem teplého počasí nestihli kryt odstranit. Důvodem je to, že se rostliny ocitnou v atmosféře bez kyslíku a udusí se.

1. Vlhčení ohrožuje především výsadby pokryté na zimu hnojem, slámou, pilinami, listím a dalšími materiály, které se mohou lepit a jsou náchylné k hnilobě. Zvláště nebezpečné je, když tyto materiály zakrývají místa růstu slabě zimovzdorných druhů. Nikdy je nepoužívejte jako kryt. Optimální smrkové větve (smrkové větve), suché dubové listí nebo bílá netkaná polymerová hmota.
2. Zvláštní pozornost věnujte přístřeškům s plastovou fólií. Za slunečného počasí teplota pod fólií prudce stoupá a rostliny vlhnou. Tomu pomůže předejít předjaří větrání přístřešků ze stran. Je důležité film odstranit včas.

Reference: “Trvalky do krajinářské zahrady”, Vladimír Chub.