Биохимия плодовых и ягодных культур

) регулировать рост и  морфогенез изолированных тканей. Это приобретает все большее практическое значение, поскольку таким путем удается получить большое количество тканей, содержащих определенные лекарственные вещества, а также получить чистые линии (одного генетического потомства) в селекции;

) вызывать рост боковых  побегов, снимая апикальное доминирование;

) задерживать процессы  старения, повышать устойчивость  растений к неблагоприятным условиям;

) усиливать женскую сексуализацию растений.

3 (33). Вынужденный покой: физиолого-биохимические  изменения растений в период  подготовки к покою, биологическое  значение покоя

Рост растений не является непрерывным процессом. У большинства растений время от времени наступают периоды резкого замедления или даже почти полной приостановки ростовых процессов, периоды покоя.

Покой растений - такое состояние, при котором видимый рост их не происходит. Способность переходить в состояние покоя выработалась у растений в процессе эволюции. В покоящееся состояние может вступать как растительный организм в целом, так и отдельные его части (семена, корни, клубни). В некоторых случаях растительный организм может находиться в растущем состоянии, а отдельные почки - в покоящемся (спящем).

Однако покой - это не только защитная реакция организма против неблагоприятных условий. Растения переходят в покоящееся состояние и при наличии всех условий, необходимых для роста. Временная приостановка ростовых процессов характерна и для тропических растений, несмотря на благоприятные условия в течение целого года. Если растение не прошло периода покоя, в последующем темпы роста его снижаются, ухудшается плодоношение. После периода покоя рост растений усиливается. Таким образом, в период покоя происходят определенные изменения, подготавливающие последующий рост. Все сказанное позволяет считать, что период покоя - не только приспособление к неблагоприятным условиям, но и необходимое звено онтогенеза растений.

Вынужденный покой - покой растений, полностью обусловленный внешними факторами. Переход растения или его отдельных органов в покоящееся состояние, прежде всего, является приспособлением к перенесению неблагоприятных условий.

В большинстве районов земного шара наблюдается периодическое наступление времен года, неблагоприятных для растений. В этих случаях растение сохраняет жизнеспособность лишь при условии перехода в состояние покоя.

В безводный период на юге (летние засухи) растения переходят в покой. Он способствует перенесению растениями засухи. В средней полосе зимой снижается температура; растения на это также отвечают покоем, который в данном случае является формой перенесения растением неблагоприятных условий зимы.

Обычно вынужденный покой наступает у древесных растений в конце зимы, задолго до распускания почек. Вынужденный покой вызывается продолжающимися холодами, хотя растение уже готово к росту.

В период покоя большинство физиологических процессов в растении приостанавливается, а некоторые из них прекращаются. В то же время в растении происходят биохимические процессы, характерные для состояния покоя.

Переход в покоящееся состояние часто сопровождается утратой отдельных органов или даже целых побегов. Листопадные растения осенью сбрасывают листья или все надземные органы и переходят в состояние полного покоя. Корневая система, находясь в более благоприятных условиях температуры, продолжает расти до глубокой зимы, а иногда и дольше. Именно в таком состоянии многолетние растения переживают зимний период. Таким образом, переход растения в покоящееся состояние предохраняет его от гибели под влиянием мороза или сильной засухи. Как только этот фактор изменяется в благоприятном направлении, ростовые процессы возобновляются.

Период вынужденного покоя характеризуется отсутствием в клетках явления обособления протоплазмы, плодовые, ягодные и орехоплодные растения возобновляют рост при перенесении их в комнату. Этот период начинается с момента выхода растений из состояния глубокого покоя и продолжается до начала набухания почек. Однако растения в это время еще находятся в закаленном состоянии, хотя их реакция на повышение температуры воздуха резко возрастает.

В начале периода вынужденного покоя все еще наблюдается высокий уровень содержания различных комплексных соединений, способствующих связыванию воды, созданию более прочной структуры протоплазмы клеток и поддержанию их устойчивости к морозам. Однако дневное повышение температуры воздуха (особенно в солнечную погоду) резко снижает устойчивость растений. При одинаковом темпе повышения среднесуточной температуры воздуха скорость распада высокомолекулярных соединений на низкомолекулярные в пасмурную погоду меньше, чем в солнечную.

Обычно переход из состояния глубокого покоя в вынужденный начинается у яблони 20-23 марта, у вишни, груши, сливы, смородины, крыжовника - 3-9 марта, а у малины - 25-28 февраля и продолжается у всех пород до 12-17 апреля. Продолжительность периода вынужденного покоя колеблется в пределах 20-23 дней (яблоня), 38-40 дней (вишня, груша, слива, смородина, крыжовник) и 45-50 дней (малина). Продолжительность вынужденного покоя весьма тесно связана с температурным режимом воздуха. В среднем выход плодовых и ягодных растений из состояния вынужденного покоя происходит при среднесуточной температуре воздуха 3-4°С, лишь у смородины при 2,5°С.

Регулирование процессов покоя имеет практическое значение в растениеводстве. Когда семена не прорастают из-за наличия твердой оболочки, то хорошие результаты дает механическое перетирание (с песком) или обработка сильными химическими реагентами (серная кислота, ацетон, спирт). Нарушение твердой оболочки семян с помощью различных воздействий называют скарификацией. Для того чтобы проросли семена, находящиеся в состоянии глубокого покоя, необходимо их подвергнуть определенным воздействиям, в частности выдержать при пониженной температуре (стратификация). При этом семена в большинстве случаев должны быть во влажном состоянии. Для семян некоторых растений необходимо подсушивание. Так, всхожесть семян кукурузы возрастает по мере того, как в них падает содержание воды. Подсушивание необходимо для прорастания семян томатов. Как уже упоминалось, семена некоторых растений требуют облучения светом. Особенное значение имеет красный свет. Показано, что понижение температуры и освещение красным светом повышают содержание гиббереллинов и цитокининов.

4 (47). Биохимические процессы, происходящие при послеуборочном  дозревании семян

Послеуборочное дозревание семян - это биохимический процесс, протекающий в свежесобранных семенах и ведущий к их физиологической зрелости, т.е. способности давать нормальные всходы. Свежесобранные семена не способны прорастать сразу же после уборки, если их не подвергнуть различной предпосевной подготовке. Послеуборочное дозревание сопровождается сложными биохимическими превращениями (завершение синтеза белков и др.) с участием ферментов. До окончания дозревания семена имеют пониженную всхожесть или не прорастают совсем. При правильном хранении в зерновой массе не происходят нежелательные физиологические процессы, а, напротив, в первый период хранения свежеубранного зерна происходит его дальнейшее дозревание, которое заключается в повышении жизнеспособности семян, их всхожести и энергии прорастания. Отмечается также улучшение технологических качеств в небольших пределах: повышается качество сырой клейковины в зерне пшеницы, увеличивается выход масла при переработке маслосемян. Комплекс сложных биохимических процессов в зерне и семенах при хранении, приводящих к улучшению их посевных и технологических качеств, и получил название послеуборочного дозревания.

Способность к прорастанию появляется у семян задолго до наступления технической спелости. У одних растений (рожь, рис) период послеуборочного дозревания семян укорачивается, у других (озимая пшеница, овёс ) - увеличивается. В первом случае послеуборочное дозревание семян тем быстрее, чем выше их спелость, во втором - наоборот. Послеуборочное дозревание семян ржи длится всего несколько суток после уборки, большинства хлебных культур - 2-6 недель, табака, хлопчатника и ряда сорных растений - 3-7 мес.

Длительность послеуборочное дозревание семян зависит от вида растений, от сорта с/х культуры, условий созревания, а также хранения и проращивания. Так, у озимой пшеницы в северо-западных районах страны она может колебаться от 12 до 60 дней, в южных - от 10 до 20 дней. Из полевых культур наиболее длительный период дозревания семян у овса, короче - у пшеницы, ячменя, ржи, наиболее короткий (почти не заметен) - у кукурузы. Зерно до окончания периода дозревания семян обладает также плохими хлебопекарными качествами. Установлено, что свежесобранные семена зерновых культур, льна и др. хорошо прорастают при низких температуpax. Так, при температуре 11-13°С семена ряда пшениц полностью прорастают сразу после сбора или после 2-недельного хранения, при 19-20°С - только после 3-4-недельного хранения, при 25°С - через 2-3 мес.

Для районов с влажной осенью предпочтительны сорта с длительным периодом послеуборочного дозревания семян, т.к. они устойчивы к прорастанию в поле. Послеуборочное дозревание семян проходит наиболее успешно в сухих условиях, особенно с применением кратковременного прогревания при температуре 30-40 °С. Сырая и холодная погода, например, в Сибири, часто затрудняет послеуборочное дозревание семян. Установлено, что в период послеуборочного дозревания в них снижаются кислотность и энзиматичная активность, а простые углеводы и азотистые вещества переходят в более сложные. В процессе послеуборочного дозревания происходят уменьшение содержания в зерне водорастворимых веществ, постепенное снижение активности ферментов, сокращение интенсивности дыхания, а также синтез сложных химических веществ (белков, крахмала, жиров). В результате зерно становится физиологически зрелым и вступает в состояние покоя, приобретая повышенную устойчивость при хранении.

Послеуборочное дозревание происходит только в том случае, если синтетические процессы в семенах преобладают над гидролитическими. А для этого необходимо, чтобы зерно находилось в сухом состоянии (с влажностью ниже критической). Это главное условие для нормально протекающего процесса дозревания. В свежеубранном зерне с повышенной влажностью преобладание процессов гидролиза приводит не к уменьшению физиологической активности, а к ее дальнейшему росту. Семена не только не улучшают своих посевных качеств, но могут и снизить их. Послеуборочное дозревание в таких партиях зерна не происходит.

Прохождение закаливания растениями как процесс приспособления к перенесению неблагоприятных условий среды

растение физиология семя

Закаливание - это обратимое физиологическое приспособление к неблагоприятным воздействиям, происходящее под влиянием определенных внешних условий.

В результате процесса закаливания морозоустойчивость организма резко повышается. Способностью к закаливанию зависит от вида растения, его происхождения. Растения южного происхождения вообще к закаливанию не способны. У растений северных широт, переживающих значительное понижение температуры, процесс закаливания приурочен лишь к определенным этапам развития. Так, для приобретения способности к закаливанию древесины растения должны закончить процессы роста. Одновременно должен произойти отток различных веществ из надземных органов в корневые системы. Если в течение лета у древесных растений процессы роста не успели закончиться, то это может вызвать массовую гибель растений зимой. Аналогичная картина характерна для растений, выращенных при несоответствующем фотопериоде, не успевших завершить летний рост и поэтому неспособных к закаливанию. Исследования показали, что яровые злаки по сравнению с озимыми растут при более пониженных плюсовых температурах, из-за этого в осенний период они почти не снижают темпов роста и не способны к закаливанию. Способность к закаливанию утрачивается весной в связи с началом ростовых процессов. Таким образом, устойчивость растений к морозу, способность пройти процессы закаливания тесно связаны с резким снижением темпов роста, с переходом растений в покоящееся состояние. Показано, что к закаливанию способен лишь организм в целом, при обязательном наличии корневой системы. Всякое нарушение процессов оттока (кольцевание) препятствует закаливанию. Собственно процесс закаливания требует определенного комплекса внешних условий и проходит в две фазы.

Первая фаза закаливания проходит на свету при несколько пониженных плюсовых температурах (днем около 10°С, ночью около 2°С) и умеренной влажности. В эту фазу продолжается дальнейшее замедление и даже полная остановка ростовых процессов. Особенное значение в развитии устойчивости растений к морозу в эту фазу имеет накопление сахарозы и других олигосахаров. В этих условиях образование сахаров в процессе фотосинтеза идет с достаточной интенсивностью. Вместе с тем пониженная температура сокращает их трату как в процессе дыхания, так и в процессах роста. Более морозостойкие виды и сорта характеризуются большей способностью к накоплению сахаров именно при пониженной температуре. Показано, что накапливающиеся в процессе закаливания сахара локализуются в разных частях клетки: не только в клеточном соке, но и в цитоплазме, органеллах (особенно хлоропластах). Благодаря такому распределению часть сахаров прочно удерживается в клетках.

Влияние сахаров на повышение морозоустойчивости растений многосторонне. Накапливаясь в клетках, сахара повышают концентрацию клеточного сока, снижают водный потенциал. Чем выше концентрация раствора, тем ниже его точка замерзания, поэтому накопление сахаров стабилизирует клеточные структуры, в частности хлоропласты, благодаря чему они продолжают функционировать. Процесс фотофосфорилирования продолжается даже при отрицательных температурах. Особенное значение имеет защитное влияние сахара на белки, сосредоточенные в поверхностных мембранах клетки. Защитное действие сахаров проявляется только в том случае, если происходит при одновременном понижении температуры. Имеются данные, что сахара повышают устойчивость именно специфических белков, образующихся при пониженной температуре.