Защитно-приспособительные возможности (реакции) растений против повреждающих воздействий

Защитно-приспособительные реакции растений против повреждающих воздействий. Клеточный, организменный и популяционный уровни.

В неблагоприятных условиях устойчивость и продуктивность растений определяются рядом признаков, свойств и защитно-приспособительных реакций. Различные виды растений обеспечивают устойчивость и выживание в неблагоприятных условиях тремя основными способами: с помощью механизмов, которые позволяют им избежать неблагоприятных воздействий(состояние покоя, эфемеры и др.); посредством специальных структурных приспособлений; благодаря физиологическим свойствам, позволяющим им преодолеть пагубное влияние окружающей среды. Однолетние сельскохозяйственные растения в умеренных зонах, завершая свой онтогенез в сравнительно благоприятных условиях, зимуют в виде устойчивых семян (состояние покоя). Многие многолетние растения зимуют в виде подземных запасающих органов (луковиц и корневищ), защищенных от вымерзания слоем почвы и снега. Плодовые деревья и кустарники умеренных зон, защищаясь от зимних холодов, сбрасывают листья. Защита от неблагоприятных факторов среды у растений обеспечивается структурными приспособлениями, особенностями анатомического строения (кутикула, корка, механические ткани и т.д.), специальными органами защиты (жгучие волоски, колючки), двигательными и физиологическими реакциями, выработкой защитных веществ (смол, фитонцидов, токсинов, защитных белков). К структурным приспособлениям относятся мелколистность и отсутствие листьев, воскообразная кутикула на поверхности листьев, их густое опушение и погруженность устьиц, наличие сочных листьев и стеблей, сохраняющих резерв воды, эректоидность или пониклость листьев. Растения располагают различными физиологическими механизмами, позволяющими приспосабливаться к неблагоприятным условиям среды. Это САМ-тип фотосинтеза суккулентных растений, сводящий к минимуму потери воды. Лучше всего растения переносят неблагоприятные условия в состоянии покоя. Первым сигналом для перехода к состоянию покоя является сокращение светового периода. При этом в клетках растений начинаются биохимические изменения, приводящие в конечном счете к накоплению запасных питательных веществ, снижению оводненности клеток и тканей, образованию защитных структур, накоплению ингибиторов роста. Пример – сбрасывание листьев в осенний период у многолетних растений, развитие запасающих органов у двулетних, образование семян у однолетних. Клеточный уровень. При сильном и быстро нарастающем действии стрессора, длительном повреждающем воздействии стрессора (физических или химических факторов) в клетках растений наблюдается ряд неспецифических реакций, приводящих обычно к следующим изменениям: уменьшению, а затем увеличению вязкости цитозоля; изменению проницаемости и заряда мембран клетки и, как следствие, изменению ионных потоков между средой и клеткой (повышение проницаемости мембран, деполяризация мембранного потенциала плазмалеммы); входу Са 2+ в цитоплазму (из клеточных стенок и внутриклеточных компартментов: вакуоли, ЭС, митохондрий); повышению сродства цитозоля к красителям, сдвигу рН цитоплазмы в кислую сторону; усилению выхода веществ из клеток и тканей; усилению активности Н + -помпы в плазмалемме, препятствующей неблагоприятным сдвигам ионного гомеостаза; возрастанию гидролитических процессов; активации синтеза стрессовых белков; усилению поглощения О₂Ю ускоренной трате АТФ, увеличению синтеза этилена и АБК, торможению физиологических и метаболических процессов, происходящих в обычных условиях. При действии неблагоприятных факторов в клетках возрастает содержание углеводов, пролина, стабилизирующих физико-химические свойства цитоплазмы. Организменный уровень. На организменном уровне к клеточным механизмам адаптации дополняются новые, отражающие взаимодействие органов в целом растении, усугубляются конкурентные отношения между органами за физиологически активные вещества вещества и трофические факторы, выражающиеся в характере донорно-акцепторных связей органов растения, в силе их аттрагирующего действия. При неблагоприятных условиях резко ускоряются процессы старения и опадения нижних листьев, а питательные вещества из них направляются в молодые органы (реутилизация). Уровень популяции. в условиях длительного и сильного стресса в природных условиях или в селекционном процессе на провокационных фонах гибнут те растения, у которых более узкая генетически обусловленная норма реакции на данный экстремальный фактор. В результате семенное потомство образуют лишь генетически более устойчивые растения и общий уровень устойчивости в популяции возрастает.

Дата добавления: 2015-12-15 | Просмотры: 820 | Нарушение авторских прав

Защитные приспособительные реакции

Человек постоянно приспосабливается к изменяющимся условиям окружающей среды.

Защитные приспособительные реакции имеют три стадии:

нормальная физиологическая реакция (гомеостаз – поддержание стабильного состояния);

нормальные адаптационные изменения (привыкание к изменениям);

патологические адаптационные изменения (изменения на клеточно-тканевом уровне).

Гомеостаз и адаптация – два механизма поддерживающие функционирование организма при изменении внешних факторов.

Вмешательство внешних механизмов в состояние гомеостаза приводит к адаптивной перестройке для восстановления равновесия. Вначале происходит мобилизация организма, затем включается система адаптации (система привыкания) и обеспечивается необходимое повышение функциональной активности организма.

В безвыходных ситуациях, когда раздражитель чрезмерно силен, адаптация не формируется и сохраняется нарушение гомеостаза, в такой ситуации начинается развитие заболеваний.

В процессе трудовой деятельности человек расплачивается за адаптацию к производственным факторам. Расплата за эффективный труд носит название «цена адаптации», причем нередко расплата формируется в виде перенапряжения или длительного снижения функциональной активности механизмов нервной регуляции как наиболее легкоранимых и ответственных за постоянство внутренней среды.

Системы обеспечения безопасности

Веки. Глаза имеют веки – две кожно-мышечные складки, закрывающие глазное яблоко при смыкании. Веки несут функцию защиты глазного яблока, предохраняя орган зрения от чрезмерного светового потока и механического повреждения, способствуют увлажнению его поверхности и удалению со слезой инородных тел.

Система защиты от громких звуков.Уши при чрезмерно громких звуках обеспечивают защитную реакцию: две самые маленькие мышцы среднего уха резко сокращаются и три самых маленьких косточки (молоточек, наковальня и стремечко) перестают колебаться, наступает блокировка, и система косточек не пропускает во внутреннее ухо чрезмерно сильных звуковых колебаний.

Чихание относится к группе защитных реакций и представляет собой форсированный выдох через нос (при кашле – форсированный выдох через рот). Благодаря высокой скорости воздушная струя уносит из полости носа попавшие туда инородные тела и раздражающие агенты.

Слезотечение возникает при попадании раздражающих веществ на слизистую оболочку верхних дыхательных путей: носа, носоглотки, трахеи и бронхов. Слеза выделяется не только наружу, но и попадает через слезоносный канал в полость носа, смывая тем самым раздражающее вещество (поэтому «хлюпают» носом при плаче).

Боль возникает при нарушении нормального течения физиологических процессов в организме вследствие воздействия вредных факторов.

Движение. Еще один пример естественной системы защиты – движение. Активное движение нередко приглушает душевную и физическую боль. Это механизм бдительно стоит на страже нервного благополучия, готовый в случае надобности предохранить мозг от слишком большого горя и слишком большой радости.

Иммунитет. В организме человека функционирует система иммунной защиты. Иммунитет — это свойство организма, обеспечивающее его устойчивость к действию чужеродных белков, болезнетворных (патогенных) микробов и их ядовитых продуктов.

Тема 9.2 Защитно-приспособительные реакции растений против повреждающих факторов;

Цель:

—ознакомить с основными способами защиты растений против повреждающих факторов

План:

1 Приспособление растений к засухе

2 Механизмы защиты

1Приспособление растений к засухе. Как уже отмечалось, благоприятное действие засухи состоит в том, что растения ис­пытывают недостаток воды или комплексное влияние обезво­живания и перегрева. У растений засушливых местообита­ний — ксерофитов — выработались приспособления, позволяю­щие переносить периоды засухи.

Растения используют три основных способа защиты: 1) предотвращение излишней потери воды клетками (избегание высыхания), 2) перенесение высыхания, 3) избегание периода засухи. Наиболее общими являются приспособления для сохранения воды в клетках.

Группа ксерофитов очень разнородна. По способности пере­носить условия засухи различают следующие их типы (по П. А. Генкелю):

1. Суккуленты (по Н. А. Максимову — ложные ксеро­фиты) — растения, запасающие влагу (кактусы, алоэ, очиток, молодило, молочай). Вода концентрируется в листьях или сте­блях, покрытых толстой кутикулой, волосками. Транспирация, фотосинтез и рост осуществляются медленно. Они плохо пере­носят обезвоживание. Корневая система распространяется ши­роко, но на небольшую глубину.

2. Несуккулентные виды по уровню транспирации делятся на несколько групп.

а) Настоящие ксерофиты (эвксерофиты — полынь, вероника беловойлочная и др.). Растения с небольшими листьями, часто опушенными, жароустойчивы, транспирация невысокая, спо­собны выносить сильное обезвоживание, в клетках высокое ос­мотическое давление. Корневая система сильно разветвлена, но на небольшой глубине.

б) Полуксерофиты (гемиксерофиты — шалфей, резак и др.). Обладают интенсивной транспирацией, которая поддержи­вается деятельностью глубокой корневой системы, часто достигающих грунтовых вод.

Плохо переносят обезвожи­вание и атмосферную засуху. Вязкость цитоплазмы у них невелика.

в) Стипаксерофиты — степные злаки (ковыль и др.). При­способлены к перенесению перегрева, быстро используют влагу летних дождей, но переносят лишь кратковременный недоста­ток воды в почве.

г) Пойкилоксерофиты (лишайники и др.) не способны регу­лировать свой водный режим и при значительном обезвожива­нии впадают в состояние покоя (анабиоз). Способны перено­сить высыхание.

Эфемеры-растения с коротким вегетационным пе­риодом, совпадающим с периодом дождей (способ избегания засухи в засушливых местообитаниях).

Изучая физиологическую природу засухоустойчивости ксе­рофитов, Н. А. Максимов (1953) показал, что эти растения не являются сухолюбивыми: обилие воды в почве способствует их интенсивному росту. Устойчивость к засухе заключается в их способности переносить потерю воды.

Растения-мезофиты также могут приспосабливаться к засу­хе. Изучение приспособлений листьев к затрудненным условиям водоснабжения (В. Р. Заленский, 1904) показало, что ана­томическая структура листьев различных ярусов на одном и том же растении зависит от уровня водоснабжения, освещен­ности и т. д. Чем выше по стеблю расположен лист, тем мель­че его клетки, больше устьиц на единицу поверхности, а размер их меньше, гуще сеть проводящих пучков, сильнее развита па­лисадная паренхима и т. д. Такого рода закономерности изме­нений листового аппарата получили название закона Заленско­го. Было выяснено, что более высоко расположенные листья часто попадают в условия худшего водоснабжения (особенно у высоких растений), но обладают более интенсивной транспирацией. Устьица у листьев верхних ярусов даже при водном де­фиците дольше остаются открытыми. Это, с одной стороны, поддерживает процесс фотосинтеза, а с другой — способствует увеличению концентрации клеточного сока, что позволяет им оттягивать воду от ниже расположенных листьев. Поскольку сходные особенности строения свойственны ряду ксерофитов, такая структура листьев получила название ксероморфной. Сле­довательно, возникновение ксероморфной структуры листьев — одно из анатомических приспособлений к недостатку воды, так же как заглубление устьиц в ткани листа, опушенность, толстая кутикула, редукция листьев и др.

2Механизмы защиты.

Биохимические механизмы защиты предот­вращают обезвоживание клетки, обеспечивают детоксикацию продуктов распада, способствуют восстановлению нарушенных структур цитоплазмы. Высокую водоудерживающую способ­ность цитоплазмы в условиях засухи поддерживает накопление низкомолекулярных гидрофильных белков, связывающих в ви­де гидратных оболочек значительные количества воды. Этому помогает также взаимодействие белков с пролином, концентра­ция которого значительно возрастает в условиях водного стресса, а также увеличение в цитоплазме содержания моносахаридов.

Устойчивость растений к болезням ос­нована на разнообразных механизмах защиты. В целом эти ме­ханизмы подразделяют на: 1) конституционные, т. е. присут­ствующие в тканях растения-хозяина до инфекции, и 2) индуцированные, или возникшие в ответ на контакт с парази­том или его внеклеточными выделениями.

Конституционные механизмы включают в себя: а) особенности структуры тканей, обеспечивающие механиче­ский барьер для проникновения инфекции; б) способность к выделению веществ с антибиотической активностью (напри­мер, фитонцидов); в) создание в тканях недостатка веществ, жизненно важных для роста и развития паразита.

Индуцированные механизмы устойчивости характеризуются реакцией растения-хозяина на инфекцию: а) во всех случаях усиливаются дыхание и энергетический об­мен растения, б) накапливаются вещества, обеспечивающие об­щую неспецифическую устойчивость (фитонциды, фенолы и продукты их окисления — хиноны, таннины и др.), в) создаются дополнительные защитные механические барьеры, г) возникает реакция сверхчувствительности, д) синтезируются фитоалексины. Общая стратегия защиты растения состоит в том, чтобы не допустить воздействия паразита на свои клетки или локализовать инфекцию и привести патогена к гибели.

При этом реакции растения на поражение некротрофами и биотрофами будут неодинаковыми. Защитой против токси­нов и экзоферментов некротрофа служит дезактивация их в клетках растения. Устойчивость к биотрофам создается с по­мощью механизмов распознавания паразита, включения реак­ции сверхчувствительности для образования зоны некроза, ли­шающей патогена жизненно необходимых компонентов пита­ния, и последующего уничтожения его в этой зоне с участием синтезированных в ответ на инфекцию фитоалексинов.

Устойчивость к некротрофам обеспечивают следующие ме­ханизмы: 1) детоксикация токсинов паразита (например, вик­торина — токсина возбудителя гельминтоспориоза овса устой­чивыми растениями овса, райграса и сорго); 2) потеря устойчивыми растениями чувствительности к специализиро­ванным патотоксинам; 3) связывание токсина у восприим­чивых растений с рецептором в плазмалемме хозяина, в ре­зультате чего наступает гибель клетки (у устойчивого сорта нет рецепторов, способных связывать токсин, и повреждение не на­ступает); 4) инактивация экзоферментов неспецифическими инги­биторами типа фенолов; 5) задержка синтеза экзоферментов паразита устранением (маскировкой) их субстратов (например, синтез пектиназы и пектинметилэстеразы, осуществляемый не­кротрофами лишь в присутствии субстрата — пектиновых ве­ществ, при поражении не происходит из-за усиления суберини-зации и лигнификации клеточных стенок растения-хозяина в месте поражения, что маскирует пектиновые соединения); 6) повреждение клеточных стенок паразита ферментами растения-хозяина — хитиназой, глюканазой и т. д.; 7) возможно, что в ответ на гидролитические ферменты паразита растения синте­зируют белки-антиферменты к ним.

Литература:2, т.2, с.93-105

Контрольные вопросы:

1 Как можно повысить засухоустойчивость растений?

2 Какие вещества в растении в экстремальных условиях способствуют возникновению защитно-приспособительных реакций?

3 Почему для зимующих растений вредны зимнее — весенние оттепели?

Источники:

https://medlec.org/lek4-3468.html
https://studopedia.ru/4_152890_zashchitnie-prisposobitelnie-reaktsii.html
https://studopedia.su/13_52547_tema—zashchitno-prisposobitelnie-reaktsii-rasteniy-protiv-povrezhdayushchih-faktorov.html