Тема 2. Тепло как экологический фактор.

Зависимость  от температуры отдельных физиологических процессов, происходящих  в высших растениях различна, и  кардинальные точки этих процессов обычно  не совпадают. Поэтому в природе, в естественном местообитании, по отдельным физиологическим  процессам почти невозможно судить  об общем развитии  растений.

Наибольшее значение изменения хода температур оказывает на следующие функции растений:

1.     Прорастание  семян.

На прорастание  семян температура может влиять двояко:

1)     низкие положительные  температуры могут снять  состояние покоя.

2)     Температура прямо определяет скорость прорастания.

Семена, у которых происходит снятие покоя низкими температурами, относятся обычно к популяциям из области с продолжительными холодными зимами.

Например,  у морошки Rubus chamaеmorus для единичного прорастания семян необходимо  воздействие на набухшие семена (стратификация) низких (+4-5С) температур в течение 5 месяцев, а для полного прорастания семена должны пройти стратификацию продолжительностью 9 месяцев.

Температурные  границы прорастания семян могут быть  использованы для характеристик и географического  происхождения видов. Обычно чем шире ареал вида, тем  шире температурный интервал  прорастания  семян этого вида.

В.Лархер (1938) указывает, что  семена тропических  видов лучше всего  прорастают при температуре 15-30⁰С.

Семена видов умеренной зоны при температуре 8-25⁰С, а высокогорных  видов 5-30⁰С.

Температура влияет  и на скорость прорастания  семян: как правило, она увеличивается с повышением температуры. Поэтому семена, прорастающие обычно  летом (у видов северных ареалов), плохо прорастают при  весенних понижениях температурах, когда субстрат еще «не готов» обеспечить  развитие проростков.

2.     Рост растений.

Кривая зависимости роста  от температуры имеет форму т.н. “оптимальной кривой”, т.е. существует какая-то температура, при которой рост идет лучше всего. А ниже и выше этой температуры он замедляется.

Минимум и максимум совпадает с пересечением кривой с осью абсцисс. Минимальные температуры, определяющие многие процессы, часто совпадают с температурой замерзания тканей, а максимальные лежат на несколько градусов ниже термальной точки смерти.

На положение кардинальных точек роста оказывают влияние многие факторы: минеральное питание, углекислота, кислород, свет, конкурентные отношения, систематическое положение и т.д.

3.     Влияние  температуры на фотосинтез – см. тему «Свет как экологический фактор», вопрос №4. Экология фотосинтеза.

4.     Процесс дыхания.

Дыхание – процесс «обратный» ф/с, т.е. процесс непрекращающейся потери вещества. Он идет днем и ночью. Кривая зависимости  дыхания от температуры также имеют оптимальную форму, но для неё характерна очень острая вершина, и она резко падает в области высоких температур.

Действие температуры на дыхание тесно связано  с фактором времени. При длительном  воздействии повышенных температур скорость дыхания падает.

Интенсивность дыхания сильно влияет на весь баланс питания растений.

У растений, произрастающих в областях, где температура выше,  интенсивность дыхания обычно ниже, что представляет  собой адаптацию для сохранения углеводов.

У растений более холодных областей (высоких широт, высокогорий) интенсивность  дыхания по сравнению с предыдущими видами выше, что  дает возможность регулировать интенсивность метаболизма  и позволяет  более улучшать  рост при низких температурах.

Б.А.Тихомиров (1963) отмечает, что растения  Крайнего Севера характеризуются  повышенной интенсивностью дыхания, а поэтому отличаются малой продуктивностью

В регулировке процесса  дыхание большое значение имеют низкие ночные температуры: чем холоднее ночь, тем слабее дыхание, поэтому  в  местообитаниях  с сильным ночным излучением потери углеводов на дыхание значительно меньше. По измерениям на поле овса было показано, что при снижении  ночной  температуры на 10⁰С урожай повышается  почти на 30% по сравнению  с тем, что было получено  при постоянной температуре 20⁰С.

В зимние периоды вместе с другими органами дышат  также и органы запаса (почки, клубни, луковица, корневица). Поэтому  особенно опасны зимние длительные повышения t, что ведет к большим потерям массы растениями.

В этих случаях для дальнейшего развития  играет роль  благополучие  предыдущего  вегетационного периода, т.е.  в каком состоянии, с какими запасами растение ушло в зиму.

5.     Связь  с температурой поступления питательных веществ из почвы через корни:

Быстрота  поглощения воды и питательных веществ во многом зависит  от проницаемости  для воды цитоплазмы.

Повышение температуры  до определенного предела увеличивает проницаемость цитоплазмы, но при высоких температурах поглощение  воды снижается.

При понижениях температуры с 20⁰ до 0⁰С поглощение воды корнями уменьшается на 60-70%.

Температура почвы вокруг  корней влияет и на поступление  питательных минеральных веществ, что сказывается на росте растений. При благоприятных условиях питания и других факторах изменение температуры корней мало отражается на росте наземных частей, но при неблагоприятных условиях низкие температуры могут подавлять рост.

Низкие температуры, видимо, не оказывают  существенного влияния на поглощение корнями азота. Однако они препятствуют  его передвижению по растению, а также восстановлению нитратов, т.е. переведению азота в органические соединения.

Многими исследованиями отмечено, что  для растений большое значение имеет смена давних  и ночных температур. Восход и заход солнца вызывают ритмические изменения факторов среды. После восхода уменьшается влажность воздуха, увеличивается освещенность  и температура. После полудня происходит обратные изменения. Большинство растений настолько приспособились к таким регулярным сменам, что для них совершенно необходима низкая ночная температура, типичная для умеренных широт.

Ответная реакция растений на ритмически ежедневные  смены температур,  выражающиеся  в стимуляции множества физиологических процессов называется термопериодизмом.

Например, А.А.Авакли (1936) показал, что томаты нормально цвели, завязывали плоды и давали  более крупные плоды, если дневная температура 26,5⁰С сменялась  ночной, равной 17⁰С.

В процессе  эволюции  большое значение имела и смена времен года. Она вызывала   ритмическое чередование бурного развития и почти полного замирания жизненных процессов (покоя). Даже в условиях тропиков многие растения  периодически  погружаются в состояние покоя.

Биологический смысл его в том, что при глубоком  покое  растения более устойчивы к неблагоприятным воздействиям.