Анабіоз і стан спокою в світі рослин

У спекотний літній день в сосновому бору-беломошнікі під ногами з хрускотом ламається лишайник ягель (оленячий мох). На стовбурах сосен можна побачити лишайник темно-сірого кольору - пармелія. Він також абсолютно сухий і кришиться в пальцях. Але в дощовий день ягель пружно приминається під ногами, пар-Мелія також стає еластичною і, зірвана з дерева, вже не кришиться. В зоні степів, на солонцеватой грунті, зустрічаються якісь скоринки, які навіть і не нагадують рослина. Але після сильного дощу ці скоринки розбухають і набувають синьо-зеленуватий відтінок. Виявляється, це слизові колонії синьо-зелених водоростей носток комуні.

Відео: Бегонія (лат. Begonia) - рід рослин сімейства бегонієвих

Ці нижчі рослини здатні висихати до повітряно-сухого стану, не втрачаючи при цьому життєздатності. Деякі організми в висохлому стані здатні існувати довгі роки. У 1962 році американський вчений Камерон показав, що синьо-зелених водоростей носток, що пролежала 107 років в гербарії, цілком зберегла життєздатність і могла в сприятливих умовах продовжувати свою життєдіяльність.

Вперше це явище виявив знаменитий голландський вчений А. Левенгук в 1705 р., Тобто е. Більше двох з половиною століть тому. Він відкрив, що тварини коловертки здатні переносити висихання. Вчений дійшов висновку, що життя цих організмів при висиханні не переривається, а набуває приховану форму. Це було абсолютно вірно. У другій половині XIX ст. це явище назвали анабіозом при висиханні. Ця назва не точно, так як слово «анабіоз» буквально означає «оживання» або «воскресіння». Фактично ніякого «оживання» не відбувається, тому що життя під час анабіозу зберігається. Всі рослини, що впадають в анабіоз при висиханні, володіють однією особливістю: вони не регулюють свій водний режим, т. е. живуть від дощу до дощу. Пройде дощ - вони вберуть в себе вологу, а потім поступово її втрачають і висихають до повітряно-сухого стану. Так пристосувалися до життя багато мохів, лишайників і деякі водорості (наприклад, ті, які покривають зеленим нальотом нижні частини стовбурів ялин). У них висихання - нормальний процес. Але ж для більшості рослин втрата значної кількості води - загибель.

Що ж дозволяє рослинам виносити сильне зневоднення і впадати в стан анабіозу, при якому обмін речовин йде настільки повільно, що практично дорівнює нулю? При зневодненні у рослин, здатних впадати в анабіоз, не порушується процес дихання, він зберігає свою, як кажуть, енергетичну повноцінність. Іншими словами, при зневодненні у цих рослин продовжують утворюватися багаті енергією з`єднання, такі, як АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Енергія, яка утворюється в процесі дихання майже до повного висихання цих рослин, передається всім структурам клітини, і весь вміст клітини, зневоднення, переходить в драглистоподібного стан. У більшості ж рослин в цих умовах протопласт згортається і гине. У такому студнеобразная стані клітини можуть роками і навіть десятками років зберігати свою життєздатність.

Подібний процес відбувається і при дозріванні насіння. Не дивно тому, що багато насіння зберігає схожість протягом довгого часу (див. Т. 6 ДЕ, ст. «Насіння»). Деякі насіння зберігає її десятиліттями і навіть століттями. Так, зберегли схожість насіння лотоса, що пролежали в торф`яному болоті понад тисячу років. Але це швидше виняток, ніж правило.

Виникає питання: якщо деякі рослини здатні виносити без шкоди майже повне зневоднення, то чи не можна змусити рослину виносити і наднизькі температури, впадаючи в анабіоз? Відомо, що там, де бувають суворі зими, деревні рослини пошкоджуються під впливом кристалів льоду. Чи можна домогтися того, щоб кристали льоду взагалі не утворювалися в рослинах або принаймні не шкодили рослині? Виявилося, що дуже швидке вплив низьких температур (температура рідкого повітря - 190 ° і нижче) рослини переносять порівняно легко. Справа в тому, що при температурах -150-200 ° вода, дуже швидко охолоджуючись, застигає не в кристалічному, а в аморфному вигляді і цитоплазма в клітинах рослин не пошкоджується. Деякі дослідники вважають, що при цьому все ж таки утворюється кристалічний лід, але його кристали дуже дрібні і тому не пошкоджують вмісту клітини. Цей процес отримав назву вітрифікації (скління) цитоплазми, а зворотний перехід рослини з вітріфіцірованних стану в звичайне - девітріфікаціі. В одному з дослідів гілки смородини виносили зниження температури до -195 ° і після швидкого відтавання залишалися живими.

В природі немає таких низьких температур і процес вітрифікації цитоплазми не спостерігається. Але як же переносять зиму рослини, що не впадають в анабіоз? Ці рослини готуються до зими. Якщо влітку гілку ялини і сосни помістити в холодну камеру, вже при температурі -3 ° або -4 ° гілка загине. Взимку ті ж рослини переносять морози -40 ° і нижче без всякого ушкодження. У чому ж полягає підготовка рослин до зими?

Зміна стану цитоплазми в клітинах нирок смородини: зліва-клітини в період спокою, справа - під час росту.

З осені, коли температура повітря падає, рослина скорочує витрату речовин на процес дихання і починає посилено відкладати в запас вуглеводи (цукру, крохмаль), білки, жири. Одночасно воно починає переходити в стан спокою. При цьому зростання рослини припиняється, різко сповільнюється інтенсивність всіх фізіолого-біохімічних процесів, а у листопадних порід опадає листя. Так рослини проходять першу фазу загартовування (пристосування) до зими. Однак в цей час рослини ще не набувають високу стійкість до морозу. З першими морозами в -4 °, -5 ° рослина втрачає значну кількість води, в ньому відбуваються глибокі зміни внутрішнього вмісту. Це друга фаза загартовування. У процесі її рослина стає стійким до морозу, і ця стійкість все зростає протягом суворої зими. В цей же час відбувається і перехід рослини в глибокий спокій.

Влітку заморожені рослини гинуть тому, що швидко утворився в їх межклетниках лід тисне на цитоплазму і пошкоджує її. Взимку цього не відбувається. Справа в тому, що клітини рослинних тканин пов`язані один з одним особливими тяжами цитоплазми - плазмодесмамі, які проходять крізь пори з однієї клітини в іншу. При переході рослини в глибокий спокій плазмодесми втягуються всередину клітини, і цитоплазма втрачає зв`язок з оболонкою (відокремлюється). На її поверхні у деревних порід накопичуються жирові речовини.

Завдяки процесу відокремлення цитоплазми кристали льоду, що виникають в межклетниках, вже не чинять тиск на цитоплазму і не пошкоджують її. Усередині клітини у загартованих рослин лід утворюється при значно нижчих температурах. Однак в дуже суворі зими озимі та плодові насадження все ж частково гинуть. Чи можна боротися з ушкодженнями рослин від морозів і в якійсь мірі попереджати вимерзання рослин?

Без сумніву. Наші вчені-селекціонери створювали і створюють морозостійкі сорти плодових і озимих культур. Велике значення мають також агротехнічні заходи: своєчасна обрізка дерев, обробка грунту, внесення добрив, а також осінні поливи плодових садів.

Відео: Цілюща музика Рейки - гармонізація свідомості

Часом рослини гинуть від повернення холодів навесні, коли вони вже вийшли зі стану спокою і легко пошкоджуються невеликими морозами. У цьому випадку застосовуються різні способи захисту рослин.

Однак взимку рослини гинуть не тільки від морозу, але і від інших несприятливих умов. Так, озимі культури часто пошкоджуються і навіть гинуть від випрівання. Якщо сніг падає на незамерзаючих грунт або утворює надто товстий покрив, то рослини не вступають в стан спокою, інтенсивно дихають, витрачають запаси поживних речовин і гинуть до весни від виснаження.

Рослини південного походження (огірки, томати, бавовник, дині та ін.) Пошкоджуються не тільки низькими негативними температурами, але і низькими позитивними. Рослини огірка при температурі + 3 ° гинуть через 3-4 дні від порушення обміну речовин. Під впливом низької температури у них порушуються фізіолого-біохімічні процеси, зокрема процес дихання. Для підвищення стійкості південних рослин до холоду вдаються до передпосівному загартовуванню їх насіння, діючи на них змінною температурою (спочатку + 12 °, потім +3^про) протягом декількох днів. Загартовані змінними температурами рослини стають більш холодостійких, краще переносять низькі позитивні температури і навіть невеликі заморозки, підвищують врожайність.