Содержание

Введение

1. Аналитический обзор

1.1. Пониженная температура как экологический стрессор

1.2. Физиологические изменения в растениях при действии

тяжелых металлов

1.3. Биологическая характеристика кукурузы

2. Материалы и методы исследования

2.1. Объект (материал) для работы

2.2. Постановка эксперимента

3. Результаты и их обсуждение

Заключение

Список использованных источников

Введение

Развитие растений тесно связано с условиями окружающей среды. Температуры, характерные для данного региона, количество осадков, биотические параметры и даже состояние атмосферы – все эти условия, взаимодействуя между собой, определяют характер ландшафта и виды растений, являющихся его частью. Если изменения условий очень значительны, то растения, обладающие большой чувствительностью к таким изменениям, проявляют нарушение физиологических функций. Значительные изменения даже какого-либо одного параметра могут приводить к гибели растений [1].

Температура является одним из наиболее значительных лимитирующих факторов среды, определяющих географическое распространение и продуктивность растений. Тепловой режим среды обитания оказывает существенное влияние на интенсивность и направленность физиологических и биохимических процессов, рост и продуктивность растений [2].

Также важнейшим условием нормальной работы и развития растений является их оптимальная обеспеченность ионами металлов, принадлежащих к группе микроэлементов. Микроэлементы участвуют в разнообразных биохимических процессах и являются неотъемлемой составной частью жизнедеятельности растительного организма [3].

Однако при избыточном содержании в почве многие металлы начинают оказывать токсическое действие на растения [2].

Среди химических элементов тяжелые металлы (ТМ) являются наиболее токсичными, причем, чем меньше его содержание в земной коре, тем более токсичным он является [4].

Токсичность ТМ возрастает по мере увеличения атомной массы.

В организме токсичное действие ТМ определяется рядом механизмов, самым значительным из которых является влияние на проницаемость мембран, а также ТМ могут перевести значимые для организма метаболиты в неактивное состояние [4].

Любой ТМ вызывает окислительный стресс, может наблюдаться также ингибирование ферментов, хроническое отравление, мутагенный и тератогенный эффекты [4].

На уровне контактного растения реакцией на любое стрессовое воздействие является торможение роста. Поскольку рост интегральный процесс и один из основных потребителей энергии, его отключение расширяет энергетические возможности дальнейшей перестройки функционирования растительного организма [2]. Торможение роста на всех этапах онтогенеза приводит к значительным изменениям роста на уровне растения и его органов [2].

В естественных условиях стрессовые факторы не действуют по отдельности.

Совместное действие пониженных температур и тяжелых металлов недостаточно изучено. Можно предположить, что оно вызывает усиление ответных реакций в растениях, повреждающее действие двух стрессоров окажется более значительным, чем каждого стрессора в отдельности. Физиологические процессы в растениях при действии стрессоров претерпевают изменения в зависимости от силы стрессора, и длительности его действия.

На уровне клетки важное свойство – проницаемость ее мембран, оно регистрируется в виде резкого увеличения скорости утечки растворенных веществ из тканей растений, подвергнутых стрессовому воздействию [2].

Целью работы являлось изучение действия стрессовых факторов – пониженных температур и ионов Cu2+ - на физиологические процессы у растений кукурузы.

Исходя из поставленной цели, решали следующие задачи:

1. Изучить реакции прорастания семян и ростовые параметры при действии пониженных положительных температур.

2. исследовать влияние ТМ (ионов Cu2+) на ростовые характеристики кукурузы.

3. Выявить изменения свойств мембран листьев кукурузы при действии стрессовых факторов (ТМ, пониженные температуры).

1. Аналитический обзор

1.1. Пониженная температура как экологический стрессор

Повреждение растений температурой от 0 до 10оС называется Холодовым повреждением, а растения, чувствительные к этим температурам, называют теплолюбивыми [2]. Охлаждение таких растений приводит их к гибели или вызывает видимые повреждения, задерживает рост, снижает продуктивность. Холодоустойчивые растения, в отличие от теплолюбивых, в тех же условиях не обнаруживают признаков повреждения и не снижают продуктивность [5].

Повреждение растений холодом часто выражается в побелении и пожелтении листьев, что обусловлено разрушением хлорофилла [6], и в приобретении более мелкоклеточного строения [7].

При сильном резком охлаждении, не доходящем до замерзания, происходит потеря тургора и завядание, которые наблюдал Ю. Сакс еще во второй половине XIX века. Продолжительное охлаждение поврежденных растений влечет их гибель [6].

При охлаждении не все части растения повреждаются одновременно. У травянистых растений обычно более чувствительны к охлаждению старые части растения, а у древесных – молодые. У некоторых растений раньше повреждаются листья (огурец), у других стебель (кукуруза). Степень повреждения зависит от условий произрастания, увлажнения и питания [5].

При действии пониженных температур основными причинами повреждений являются внутренние физиологические нарушения. При охлаждении теплолюбивых растений наблюдали изменения ультраструктуры клеток [8].

Изменения ультраструктуры и физиологических процессов в клетке при охлаждении приводят к возрастанию проницаемости клеточных мембран, в результате чего в тканях теплолюбивых растений скорость утечки электролитов бывает резко повышена [9].

Проницаемость мембран является одним из первых звеньев реакции клетки на повреждающие внешние воздействия, а степенью изменения проницаемости характеризуется чувствительность растений [10]. Изменения проницаемости могут быть использованы как показатель устойчивости растений к повреждению пониженными температурами [9].

Выдерживание теплолюбивых растений в условиях пониженных температур приводит к нарушениям водного режима, минерального питания, фотосинтеза, дыхания и обмена веществ [2].

Водный режим. Охлаждение теплолюбивых растений приводит к потере воды, результирующей в сильном завядании [2]. В его основе лежат два основных фактора:

- быстрое снижение способности корней поглощать воду и транспортировать ее в побеги [2].

- Пониженная способность закрывать устьица в ответ на последующий водный дефицит [2].

Недостаточное снабжение водой листьев теплолюбивых растений, подвергнутых холодовому стрессу, приводит к быстрому падению водного и осмотического потенциала листьев [2]. При охлаждении в клетках уменьшается тургорное давление и изменяется соотношение свободной и связанной воды [2].

Нарушения водного режима во время охлаждения связаны с изменениями проницаемости мембран, которые допускают утекание воды в межклеточное пространство, откуда она легко испаряется [2].