Адаптация растений к засолениям почвы

 

• Анатомо-морфологическая характеристика галофитов.

Галофи́ты (также солелюбы) — растения, способные переносить высокие уровни засоления почвы (солянки, анабазис, полыни, бессмертники, тамариск и др.). Распространены на морских побережьях (морские марши), а также в местностях с сухим климатом — пустынях, полупустынях и даже степях на особых типах почвы — солонцах и солончаках. Нередко имеют суккулентный облик  — с толстыми стеблями и вздутыми листьями, что способствует сохранению труднодоступной влаги. В России галофиты произрастают на соляных куполах, выходах соляных отложений и засоленных понижениях вокруг соляных озёр Баскунчак, Эльтон.

Соотношение солей в засоленной почве является для растений определенным формообразующим фактором, который  в пределах вида может создавать  отдельные экотипы с характерными анатомо-морфологическими признаками. Галофитов особенно много в семействах маревых, свинчатковых, франкениевых, тамариско-вых и др. Типичными галофитами надо считать растения увлажненных и мокрых солончаков. В качестве примера можно рассмотреть однолетник солерос (Sali-cornia herbacea). Это сочное, суккулентное, безлистное растение. Функцию фотосинтеза выполняет вся зеленая поверхность побегов, чешуевидные листья срослись со стеблем. В соответствии с новой функцией (фотосинтеза) стебель имеет строение, напоминающее световой лист: тонкий эпидермис с устьицами, двухслойная палисадная паренхима, крупноклеточная внутренняя паренхима с большим содержанием воды, в; центре — центральный проводящий пучок. Подобный тип строения растения называют галоморфным.

В зависимости от накопляемых в  клеточном соке солей принято  различать галофиты — хлоридные, сульфатные, хлоридо-сульфатные. Соотношение  этих солей, типичное для данного  вида, остается постоянным, даже если его  культивировать на иной почве.

Характерные анатомо-морфологические  изменения растений, растущих на засоленных почвах, во многом обусловливаются  качеством засоления. Например, у  довольно солеустойчивого (но не галофита) хлопчатника при хлорздном засолении (по сравнению с сульфатным) обнаружены увеличение размеров клеток эпидермиса, уменьшение числа устьиц на единицу  площади листа, увеличение мощноссти  палисадной и губчатой паренхимы. Кроме того, при хлоридном засолении стимулируется растяжение клеток что увеличивает толщину коры. Иначе говоря, в условиях хлоридного. засоления проявляются признаки галосуккулентности, а в условиях сульфатного — галоксероморфизма. Однако суккулентность галофитов значительно отличается от суккулентности, свойственной ксерофитам; эти суккуленты имеют лишь внешние сходства.

У суккулентов-ксерофитов (кактусы  и др.) основная часть воды находится  в связанном состоянии за счет высокой вязкости цитоплазмы. У суккулентов-галофитов  водоудерживающие силы определяются в  основном высоким осмотическим давлением  клеточного сока и цитоплазмы; адаптация  к засолению ведет у них  к увеличению размеров клеток, а  не к их уменьшению, как при действии засухи. Однако у егалофитов, помещенных в условия засоления, иногда наблюдают  образование суккулентности, а также  уменьшение клеток. При очень высоких  концентрациях солей у галофитов  размеры клеток уже уменьшаются, что задерживает рост растения. К  тому же очень сильное засоление  почвы помимо подавления ростовых процессов  переводит растения (в особо неблагоприятные  периоды) в состояние частичного или кратковременного покоя, что  тоже ингибирует рост.

Несмотря на большое содержание солей в клеточном соке, они  обычно связаны с органическим веществом  и поэтому для растений безвредны. Такое связывание солей называют солеемкостью растения. Интересно, что  реакция клеточного сока у галофитов  обычно нейтральная или слабощелочная.

Галофиты пропускают через себя много засоленной воды, но не превращаются при этом в солевую сосульку. Устьица галофитов продолжают работать даже при весьма высоких концентрациях солей. Засоленность (не чрезмерная) почвы стимулирует рост галофитов, т. е. они обращают себе на пользу отрицательный экологический фактор. Быстрый рост галофита на засоленной лочве способствует увеличению солеемкости растения, а отсюда i— уменьшению концентрации солей в клеточном соке. Однако дальнейшее повышение концентрации соли в почве (например при высыхании солончака) уже начинает угнетать рост. Но к этому времени увеличивается вязкость клеточного сока, что предохраняет галофит от чрезмерной потери воды через транспирацию. У других галофитов (Petrosimonia, Suaeda) имеются свободные несросшиеся листья, покрытые волосками. Эти солянки распространены на сухих солончаках. На сильно просыхающих солончаках растут, например, кокпек (Atriplex сапа) и лебеда. Их мясистые сочные листья густо опушены. Наконец, на еще более просыхающих солончаках растет, например, биюргун (Anabasis salsa), имеющий сросшиеся со стеблем листья, двухслойный эпидермис с погруженными устьицами. Все перечисленные морфологические черты прежде обычно связывали с так называемой ксероморфной структурой галофитов. Но к этому вопросу надо подходить иначе.

Растения солонцов обычно не обладают подобными галоморфными чертами. Это  более или менее типичные ксероморфные растения, т. е. ксерофиты по своему водному режиму. Сюда можно отнести  пустынные полыни, полупустынный  ромашник и другие. Их.корни доходят  до глубоких засоленных горизонтов солонцов, т. е. они тоже и солеустойчивы. Но достигают они солеустойчи вости  не путем галоморфизма, а способом ксерофитов, может быть даже — склерофитов. Их солеемкость в отличие от галофитов  намного ниже, содержание NaCl измеряется долями процента. У них тоже повышенное осмотическое давление, но не за счет накопления легкорастворимых солей, как у галофитов, а за счет накопления углеводов, как  у ксерофитов. Крино-галофиты имеют  обычное мезоморфное строение, и  признаки галоморфоза у них отсутствуют  или выражены слабо.

• Солевое закаливание семян агрокультур.

Изучение солестойких растений помогает человеку расширить посевы культурных растений за счет пустынь  и засоленных почв. Зная, как дикорастущее растение защищается от засухи и избытка  солей, можно повысить устойчивость растений к засухе и высокому содержанию солей в почве, т. е. увеличить  их солеустойчивость. Для этого путем  отбора выводят сорта различных  культурных растений, которые смогут противостоять вредному влиянию  засолению почвы. Применяют агротехнику  и мелиорацию (удобрения, гипсование солонцов и т. д.). Кроме того, в  известной мере к засухе и засолению  почвы можно заставить растение приспособиться.

Солестойкость растений, солеустойчивость растений, способность растений произрастать на засоленных почвах. Наиболее солеустойчивы галофиты, однако и они очень чувствительны к внезапному засолению. Любое растение приспосабливается к высокому содержанию солей в процессе онтогенеза в соответствии со своей наследственной природой. Адаптация растений зависит от вида засоления. При хлоридном засолении растения становятся мясистыми — суккулентами, при сульфатном — обычно приобретают ксероморфную структуру.

Основная причина повреждения  растений на засоленных почвах — токсичность  солей, а не высокое осмотическое давление, как считали до начале 20 в. солеустойчивость растений при  культивировании на почвах хлоридного, сульфатного и карбонатного (содового) засоления повышают путём адаптации  растений в соответствующих солевых  растворах (намачивание семян). При  такой "закалке" снижается проницаемость  протоплазмы для солей, повышается порог её коагуляции солями, меняется характер обмена веществ. На засоленных почвах у растений наблюдаются изменения нуклеинового, белкового, углеводного и фосфорного обмена.

При солевом  закаливании семена растений выдерживаются перед посевом несколько часов в солевых растворах. После этого они приобретают повышенную солеустойчивость и приносят больший урожай на засоленной почве, так как поглощают меньше вредных солей из почвы и проявляют пониженную чувствительность к ядовитому действию солей.

Так, используя природную способность  растительного организма приспосабливаться  к неблагоприятным условиям существования, можно существенно изменить свойства культурных растений и значительно  повысить их урожайность.

 

 

• Заключение

Удивительная гармония живой природы, ее совершенство создаются самой  природой: борьбой за выживание. Формы  приспособлений у растений бесконечно разнообразны. Растительный мир со времени своего появления совершенствуется по пути целесообразных приспособлений даже к самым сложным условиям обитания.

Аутэкология, раздел экологии, специализирующийся на изучении влияния факторов окружающей среды на отдельные организмы, популяции и виды, и выявляющий физиологические, морфологические и прочие приспособления (адаптации) видов к различным экологическим условиям: режиму увлажнения, высоким и низким температурам, засолению почвы, несомненно, способна предложить новые решения существующих проблем засоленных почв, основанные на экологичных принципах сосуществования природы и человека. Не допущение расширения ареала солончаков, рекультивация существующих, возникших в ходе хозяйственной деятельности человека, возможно при использовании сил самой природы, заложенной в основу высочайшей приспособляемости растений. Примером может служить использование фитомелиорантов. Показано, что некоторые виды растений способны поглощать NaCI из засоленных почв и тем самым эффективно улучшать их режим. Так, возделывание амаранта в течение 2—3 лет на засоленных в результате поливного земледелия почв приводит к их рекультивации, и они становятся пригодными для возделывания пшеницы. Дальнейшие изучение адаптационных механизмов растений может служить экономически взвешенному и экологически сбалансированному подходу к землепользованию.

 

 

• Словарь

Генотип - генетическая структура  отдельного организма, специфический  набор генов, который он несет.

Галофи́ты (также солелюбы) — растения, способные переносить высокие уровни засоления почвы.

Денатурация - характерное для белковых веществ изменение их строения и  естественных свойств при изменении  физических и химических условий  среды: при повышении температуры, изменении кислотности раствора и др. Обратный процесс называется ренатурацией.

Засоленность почв - Процесс засоления. Это накопление легкорастворимых солей в почвенных горизонтах.

Метаболизм - это обмен веществ, химические превращения, протекающие  от момента поступления питательных  веществ в живой организм до момента, когда конечные продукты этих превращений  выделяются во внешнюю среду.

Осморегуляция - это совокупность физико-химических и физиологических  процессов, обеспечивающих относительное  постоянство осмотического давления (ОД) жидкостей внутренней среды.

Протоплазма - содержимое живой клетки, включая её ядро и цитоплазму; материальный субстрат жизни, живое вещество, из которого состоят организмы.

Тилакоиды - ограниченные мембраной  компартменты внутри хлоропластов и  цианобактерий. В тилакоидах происходят светозависимые реакции фотосинтеза.

Устьице - щелевидное отверстие (устьичная  щель) в эпидермисе надземных органов  растений и две ограничивающие его (замыкающие) клетки.

Фотосинтез - образование органических веществ зелеными растениями и некоторыми бактериями с использованием энергии  солнечного света. В ходе фотосинтеза  происходит поглощение из атмосферы  диоксида углерода и выделение кислорода.

 

• Использованные информационные ресурсы при выполнении реферата

 

1. Строгонов Б. П., физиологические основы солеустойчивости растений (при разнокачественном засолении почвы), М., 1962
2. Матухин Г. Р., Физиология приспособления культурных растений к засолению почв, [Ростов н/Д.], 1963
3. Генкель П. А., Основные пути изучения солеустойчивости растений, "Сельскохозяйственная биология", 1970, т. 5, № 2.
4. Ахиярова Г.Р., Веселов Д. С.: " Гормональная регуляция роста и водного обмена при засолении" // Тезисы участников 6-ой Пущинской школы - конференции молодых ученых "Биология - наука XXI века", 2002.
5. Большой энциклопедический словарь. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. - 1456 с.: ил. Редакция Прохорова А.М. Гл. редактор Горкин А.П.
6. Вавилов П.П. Растениеводство, - 5-е изд. - М.: Агропромиздат, - 1986 г.
7. Вернадский В.И., Биосфера, т.1-2, Л., 1926 г.
8. Википедия: информационный портал http://ru. wikipedia.org