Зависимость роста от внешних факторов

Температура

Температура влияет на рост, регулируя активность ферментов и координируя их работу; источником энергии для ростовых процессов являются фотосинтез и дыхание.

Для каждого растения существуют, с одной стороны, температурные минимум и максимум, за пределами которых рост прекращается совсем, а с другой — оптимум, при котором рост идет наиболее интенсивно. В среднем минимальные температуры для роста — 5—15°С, оптимальные — 25—35, а максимальные — 45—55°С. Для северных растений максимальные температуры — 37—44°С, для южных — 44—50°С. У термофильных бактерий максимальный рост наблюдается при температуре 60 °C, а у водорослей полярных морей — при +ГС. Итак, максимальный рост происходит в пределах определенных температур. В результате кривая зависимости скорости роста растения от температуры по форме очень похожа на кривую зависимости активности ферментов от температуры (рис. 7.25). Это понятно, так как температурные минимумы, оптимумы и максимумы свойственны всем процессам обмена веществ, а значит и тем, от которых зависит рост.

Различные процессы имеют разные температурные оптимумы, например дыхание — более высокий, чем фотосинтез. Поэтому прохладная погода благоприятнее для прироста массы, так как при этих температурах ниже интенсивность дыхания. Максимальный рост обычно происходит при тех температурах, при которых лучше скоординированы скорости метаболических процессов, влияющих на рост.

Температурный оптимум для роста может не совпадать с температурным оптимумом для других физиологических процессов. Оптимальные температуры роста более высоки, чем оптимальные температуры фотосинтеза. Из этого следует, что в условиях высокой температуры может не хватать АТФ и восстановленных коферменгов (НАДН, НАДФН), что вызовет торможение синтеза органических веществ и, следовательно, роста. То же самое можно сказать и о максимальных температурах для разных процессов. При температуре 40—50°С скорость фотосинтеза сильно снижается, а скорость дыхания еще довольно высока. В этих условиях рост не только прекращается, но в некоторых случаях сухая масса растения может даже уменьшиться.

Рис. 7.25. Влияние температуры на рост корней гороха (/) и колеоптилей кукурузы (2)^1.

Кардинальные точки для различных растений неодинаковы (табл. 7.1). У теплолюбивых растений (кукуруза, огурец, дыня, тыква) все кардинальные точки смещены в сторону более высоких температур. Вместе с тем интервал между минимальной и оптимальной температурой всегда значительно больше, чем между оптимальной и максимальной: первый достигает 25—30°С, тогда как второй — лишь 5— 10 °C. Следовательно, сразу же после оптимума начинает сказываться вредное действие высоких температур.

Таблица 7.1

Кардинальные температурные точки для прорастания семян, °С²

• 1 Леопольд Л. Рост и развитие растений. М.: Мир, 1968. С. 403.
• 2 См.: Максимов Н. А. Краткий курс физиологии растений.

Отдельные ткани и органы тоже имеют разные кардинальные температурные точки. Температура — один из самых важных факторов, определяющих скорость прорастания семян. Так, у пшеницы прорастание семян начинается при 0 °C, рост листьев — при 6, а тычиночных нитей — при 15 °C. Следовательно, на протяжении вегетационного периода положение кардинальных точек меняется. Это объясняется тем, что в онтогенезе растений закреплена та смена температур, которая происходила в природе.

Зависимость скорости роста от температуры, так же как и зависимость активности ферментов, подчиняется правилу Вант-Гоффа: при увеличении температуры в зоне оптимальных значений на 10 °C скорость роста увеличивается в два-три раза. Увеличение скорости роста при повышении температуры сопровождается сокращением периода роста. Например, колеоптили овса при 20 °C прекращают расти через 30 ч, а при 10 °C — только через 60.

Растительный организм чутко реагирует на скорость перехода от одной температуры к другой. Если повышение температуры происходит быстро, даже в пределах ее оптимальных значений, рост замедляется. Это наблюдали у растений фасоли, выращиваемой в контролируемых условиях, и у других видов в природе. Известно, что высоко в горах, где неизбежны резкие суточные колебания температуры, распространены растения с укороченным стеблем и интенсивным накоплением сахарозы, а эти признаки характерны для медленно растущих жизненных форм.

До сих пор мало изучены вопросы о том, нужна ли разная температура для надземных и подземных органов и какая температура лучше для роста растений — постоянная или переменная. Возможно, что для большинства культур лучшей для роста является постоянная температура, так как в момент чередования температур происходит торможение фотосинтеза и стимуляция дыхания. Однако есть наблюдения о стимуляции роста низкими ночными температурами. Например, рост гороха тормозился на 20% при постоянной температуре, равной 10 °C, по сравнению с ростом при регулярной смене температур. Для растений томата наиболее благоприятны температуры днем +26°С, а ночью —1−17—19°С.

Заложение и рост органов зависят от соотношения температуры воздуха и почвы. Например, у сахарного тростника, если температура воздуха увеличивается с 13 до 23 °C, то при температуре почвы 16—17°С число дней, необходимых для образования одного междоузлия, уменьшается с 12 до 10 дней, а при температуре почвы 22 °C — до 7 дней.

Итак, требования к температурам неодинаковы не только у разных растений, но даже у отдельных органов одного и того же растения, изменяются с возрастом, сезоном.