Что такое адаптация растений?

Успех интродукции в первую очередь зависит от степени адаптации интродуцентов к новым экологическим условиям. Эта способность заложена в биологических особенностях, выработанных в процессе филогенеза интродуцируемых растений. Акклиматизация рассматривается как процесс воспитания не приживающихся в новых условиях растений.

Акклиматизация – это процесс приспособления растений к новым условиям жизни, приводящий к возникновению новых форм или видов с повышенной стойкостью и продуктивностью. К акклиматизации могут быть отнесены изменения растений, происходящие как при расселении растений, так и при глобальных сменах климатических условий, когда растения не меняют своих ареалов. Накопление растениями приспособительных изменений может приводить к эволюционным сдвигам, определяющим появление новых таксономических единиц.

Предметом акклиматизации является изучение динамики процесса приспособительной изменчивости растений-интродуцентов в целом ряде семенных поколений. Т.о. теоретической основой приспособления растений к новым природно-климатическим условиям, или процесса акклиматизации, являются представления о динамичности этого процесса, о сложных физиологических изменениях интродуцентов, происходящих при смене поколений на генетико-популяционном уровне.

Адаптивность обеспечивает выживание организма в новых условиях обитания, повышает коэффициент размножения и снижает коэффициент смертности. В период экологической адаптации создаётся новая интродукционная популяция.

Приспособления затрагивают многие морфолого-анатомические признаки и физиолого-биохимические функции растений, а в ряде поколений связаны с изменениями генетических структур на популяционном уровне.

Физиологическая адаптация растений к новым экологическим условиям может быть представлена как совокупность адаптивных реакций, которые независимо от уровней организации определяются свойствами мембранных систем, проявляемыми в виде переходов в новые стационарные состояния. К внешним проявлениям указанных переходов относятся соответствующие изменения физиолого-биохимических и физико-химических параметров растительного организма.

Для акклиматизации растений особое значение имеют климатические факторы. В новых условиях растения подвергаются воздействию непривычных условий: сезонных ритмов климата, фотопериода, спектрального состава света, амплитуды температур, режима увлажнения, свойств почвы, корнеобитаемой и эпифитной микрофлоры. По своему всеохватывающему действию определяющую роль в климате играет температурный фактор. Важнейшим фактором в развитии растений является не температура вообще, а сумма температур за вегетационный период. У каждого вида растений есть минимум климатических и метеорологических факторов, ограничивающих их распространение. Акклиматизированными можно считать те растения, которые без особого ухода за ними успешно произрастают в новой для них местности и приносят семена, из которых можно вырастить последующее поколение полноценных растений. Н.А. Кохно же считает, что главным признаком успешности интродукции растений следует считать сохранение способности размножаться любым способом.

Главным условием успешности интродукции в умеренные широты Российской Федерации является их зимостойкость. Зимостойкость интродуцента главным образом зависит от их географического происхождения. Она выше у растений из умеренных широт Евразии и Северной Америки, особенно из европейско-сибирской и североамериканской атлантической флористических областей.

В процессе акклиматизации растений могут быть выделены два основных уровня приспособительной изменчивости, характеризующихся различной протяжённостью по времени и неодинаковыми проявлениями адаптационных изменений.

1. фенотипическая – изменения интродуцентов в онтогенезе, происходящие в течение жизни одного поколения под влиянием смены комплекса природно-климатических условий. Они проявляются в изменении сезонной ритмики, в интенсивности физиологических процессов и биохимичесих реакций, в строение и форме морфологических структур. Данные изменения носят фенотипический характер, однако в ряде случаев допускается проявление модификационных и специфических микромутационных изменений. Проявляются на уровне особи.

2. генетическая – изменения которые закрепляются при смене поколений, т.е. наследственные. Генетические изменения растений-интродуцентов в филогенезе происходят на популяционном уровне.

Работы акклиматизационного порядка проводятся над видами интродуцируемых растений, которые в пункте интродукции не находят полного соответствия своим требованиям. Таковы, например, многие субтропические виды, которые вымерзают даже в умеренно суровые зимы.

Акклиматизируя растения в новых для них условиях, интродуктор исключает конкуренцию других растений, защищает их от вредителей и болезней. Он может способствовать успешному развитию интродуцента, противодействуя климатическим и химическим факторам среды, обеспечив оптимальные условия увлажнения и минерального питания, улучшив тепловой и световой режим и продлив вегетационный период. Переселяя растения из одной природной области в другую, он снимает действие факторов, препятствующих их естественному проникновению в данный район, – больших расстояний, водных и горных преград, периодически наступающих морозов и засух.

Способность растений адаптироваться к новым условиям зависит от генотипа данного вида и от условий его реализации, т.е. от тех условий в которые перенесён интродуцент.

Методы повышения приспособленности интродуцента к новым условиям можно разделить на две группы:

1. Методы, связанные с фенотипическими изменениями, вызывающие онтогенетические адаптации.

2. Методы, связанные с изменением наследственных свойств, вызывающие генетические адаптации.

Первая группа методов направлена на максимальнуу реализацию адаптивных возможностей, скрытых в генотипе и делится на две подгруппы:

а) интродукция растений путём изменения самого растения, его ритма развития и др. свойств применительно к новым условиям:

- прививка на устойчивых подвоях;

- прививка с целью ускорения перехода в генеративную фазу развития;

- обрезка растений;

- полив;

- применение системы удобрений;

- применение химических веществ замедляющих или ускоряющих рост ауксины, гиббереллины, гормоны, стимуляторы роста, витамины).

б) интродукция путём изменения условий среды применительно к природе растения:

- искусственное создание благоприятного микроклимата (выращивание растений в защищённом грунте круглогодичное или сезонное: оранжереи, теплицы, траншеи и др.);

- агротехнические приёмы воздействия: разработка оптимальных режимов обработки почвы, удобрений и ирригации, мульчирования, борьбы с сорняками и вредителями;

- микробиологические: микоризное питание, применение азотфиксирующих бактерий, антибиотиков и др.;

- физиологические приёмы: закалка, фотопериодическое воздействие, яровизация семян и т.д.;

- ценотические (аллелопатические) приёмы: подбор компонентов в ценозе.

Вторая группа методов связана со значительными изменениями наследственных свойств организма растения и имеет больше перспектив для их акклиматизации, т.к. эти изменения направлены в сторону приспособления растений и его потомства к новым условиям.

К данной группе методов относятся следующие:

а. метод ступенчатой акклиматизации;

б. метод отдалённой гибридизации;

в. метод изменения плоидности;

г. метод воздействия мутагенными факторами.

Принцип формирования устойчивости при воздействии на растения факторов среды выражается в следующем. Мера воздействия фактора должна вызвать обратимое повреждение обмена, при этом периоды «нагрузки» должны чередоваться с периодами нормальных условий, в течение которых могут реализоваться защитные реакции организма. Каждая последующая мера должна увеличиваться, вплоть до максимально возможной. Такое ступенчатое увеличение нагрузки позволяет выявить норму реакции генотипа, приводит к возникновению пластичного организма с адекватной повышенной устойчивостью и высокой неспецифической физиологической активностью в нормальных и тем более в неблагоприятных условиях вегетации.

Применение названных методов сочетается с систематическим отбором стойких и продуктивных форм на всех этапах работы.

Ответная реакция организма на сумму факторов нового места оби­тания визуально определяется наличием или отсутствием повреждений.

Типы повреждений соответствуют определенному времени года и обусловлены физиологическим состоянием растений.

Зимой повреждаются многолетние ветви и стволы, основания ске­летных ветвей. Повреждение стволов над уровнем снежного покрова проявляется в виде трещин и морозобоин; повреждения оснований стволов состоят в выпревании корневой шейки.

Очень часто вымерзают и подмерзают однолетние побеги, цветочные и верхушечные почки.

Весной типичны повреждения годичных образований: подмерзание верхушечной почки однолетнего побега в период ее развертывания или расправления листочков, повреждение развернувшихся листьев, цветков весенними заморозками.

Летом может наблюдаться иссушение скелетных ветвей и корневых систем.

Осенью может быть преждевременное повреждение листьев.

Большинство зимних повреждений носит термический характер. Они объясняются или низкими температурами, или резкими колебаниями температур. Выпревание происходит у основания стволов под глубо­ким снежным покровом, в условиях сырой талой почвы. В основе этого повреждения лежат градиентные нарушения температуры и оводненности между большей частью ствола выше снежного покрова и его основанием. У растений обычно повреждаются камбий и живые клетки коры, т.е. те ткани, в которых обмен веществ протекает наиболее ак­тивно даже в зимнее время.

Весенние повреждения способствуют формированию древесных расте­ний в виде куста.

Большинство летних повреждений носит также термический характер и вызывается воздействием достаточно высоких температур, а также явно недостаточным водообеспечением.

Осенние повреждения происходят вследствие незавершения вегетацион­ного процесса из-за преждевременных заморозков.

Способность к регенерации, когда повреждения имеют обратимый ха­рактер, значительно облегчает процесс приспособления при интродук­ции.

В пределах вида у растений наблюдается значительная изменчивость большинства анатомо-морфологических и физиолого-биохимических признаков и свойств. Дифференциация особей по приспособительным свойствам, в частности по термостойкости, гидрофильности, светолюбию и др. показателям, может иметь большое значение при интродукции растений в новые условия существования.