Стійкість рослин до підвищених температур

Стійкість видів рослин до підвищених температур залежить від їхнього географічного ареалу і походження. У теплолюбних рослин тропічного і субтропічного кліматичних поясів вона вища, а в рослин помірного і холодного поясів – нижча. Рослини сухих, світлих місцезростань більш стійкі до жари, ніж тіньолюбні. Наприклад, температурний максимум у тіньолюбних знаходиться на рівні: у кислиці 40,5– 42 °С; у гравілату, чистотілу, папороті 45–46 °С; у світлолюбивих гвоздики і коров'яку – до 48 °С; у мезоморфних куколя, дурману і пасльону чорного до 44-49,5°С; у сукулентів очитку і кактусів – до 54°С.

Загальний рівень теплолюбності рослин оцінюють так званою сумою біологічно ефективних температур. їх знаходять як суму середніх добових температур за період вегетації цього виду і сорту рослини.

Жаростійкість значною мірою визначається тривалістю періоду впливу високих температур і їх абсолютними значеннями. Короткочасна дія дуже високих температур (40-45 °С) може бути так само згубною, як і тривала дія нижчих, але таких, що перевищують їх оптимальні значення. Для багатьох рослин високі температури особливо небезпечні в період цвітіння, оскільки викликають стерильність квіток і опадання зав'язей.

Більшість рослин помірного кліматичного поясу зазнають стресу при підвищенні температурило 35–40 °С. При цих і вищих температурах нормальні фізіологічні функції рослини гальмуються. Це явище називають, як зазначалося, тепловим шоком, або тепловим стресом. Особливо чутливий до цього типу стресу фотосинтез. У результаті теплового шоку на листках з'являються некротичні плями – опіки, які називають “запалом”.

Надмірне підвищення температури викликає в клітин і тканин рослин внаслідок теплової денатурації білкових молекул незворотні зміни структури біологічних мембран, порушення діяльності ферментів, різке посилення гідролітичних процесів, перевитрату органічних речовин на дихання та ін. Різні білки-ферменти денатурують за різної температури. Проте навіть часткова денатурація деяких найбільш термічно нестійких ферментів призводить до порушення узгодженості процесів обміну. Накопичуються розчинні азотисті сполуки й інші отруйні проміжні продукти обміну, через що клітини гинуть. Якщо ушкоджувальна дія високої температури перевищує захисні можливості морфоанагомічних і фізіологічних пристосувань, спрацьовує механізм захисту: синтезуються білки теплового шоку, які є одним з основних елементів адаптації до теплового стресу.

Фактичний поріг стресової дії високої температури на рослину залежить від процесу транспірації. Температура транспіруючого листя зазвичай на 10-15 °С нижча за температуру повітря .Тому транспірація є механізмом самоохолодження рослин і виконує роль захисту від перегрівання. Водний дефіцит, який виникає у разі нестачі води, збільшує несприятливу дію підвищених температур.

Своєрідну форму захисту процесу фотосинтезу від теплового стресу становить активне переміщення хлоропластів до бічних стінок клітин, що дозволяє їм уникати прямої дії сонячних променів.

Для жаростійких рослин характерний цілий комплекс біохімічних адаптацій. У нього входять:

а) висока в'язкість протопласта клітин, пов'язана з накопиченням більшої кількості зв'язаної із білками води;
б) здатність підгримувати нормальний рівень дихання у разі підвищення температури, що забезпечує метаболічні процеси необхідною енергією;
в) підвищена концентрація осмотично активних речовин: вуглеводів, іонів калію та ін.;
г) синтез значної кількості органічних кислот, які швидко зв'язують отруйний аміак, що утворюється при розпаді аміно кислот;
д) високий рівень антиоксидантного захисту;
е) швидке включення механізму синтезу захисних білків теплового шоку вже за температури, яка є на 5– 10 °С вищою за середню норму.

Крім того, існує ціла низка морфологічних пристосувань, що захищають рослини від теплових ушкоджень. Це світле забарвлення поверхні пагонів, складання і скручування листків, опушування, яке захищає тканини від перегрівання, наявність шарів пробкової тканини, велика товщина кутикулярного шару та ін.