Влијанието на факторите на животната средина врз дишењето на растенијата
Дишењето на растенијата е витален физиолошки процес кој им овозможува на растенијата да добијат енергија за различни животни активности, како што се раст, клеточна делба, апсорпција на хранливи материи, движење на супстанции во ткивата и поправка на оштетување на клетките. За разлика од фотосинтезата, која произведува хемиска енергија во форма на гликоза со помош на светлина, дишењето ги разградува органските соединенија (првенствено гликоза) за да произведе лесно употреблива енергија (ATP). Овој процес се одвива низ целото растение - корени, стебла, лисја, цветови и плодови - и продолжува во текот на денот и ноќта. Сепак, интензитетот на дишењето варира; тој е во голема мера под влијание на факторите на животната средина. Промените во температурата, достапноста на кислород, водата, светлината, па дури и условите на почвата можат да ја променат брзината на дишењето, што во крајна линија влијае на здравјето и продуктивноста на растенијата.
Накратко разбирање на дишењето на растенијата
Едноставно кажано, аеробното дишење кај растенијата може да се сумира во следната реакција:
Гликоза + Кислород → Јаглерод диоксид + Вода + Енергија (ATP)
Произведениот АТП се користи за метаболички процеси. Ако кислородот е многу ограничен, растенијата можат да подлежат на анаеробно дишење (ферментација), но ова дава многу помалку енергија и често произведува штетни нуспроизводи со текот на времето. Затоа, средина што ја поддржува достапноста на кислород и стабилните метаболички услови е клучна за ефикасноста на дишењето.
1. Температура: најдоминантен фактор што ја регулира брзината на дишење
Температурата е еден од факторите на животната средина што најсилно влијае на дишењето на растенијата. Дишењето е низа ензимски реакции; како и повеќето реакции што вклучуваат ензими, стапката на дишење има тенденција да се зголемува со зголемување на температурата - до одредена граница. Типично, зголемувањето на температурата од 10°C може да ја зголеми стапката на дишење за околу двојно (концепт Q10) кај многу видови, особено во умерениот температурен опсег.
Меѓутоа, кога температурите ги надминуваат оптималните вредности, респираторните ензими почнуваат да ја губат својата структура (денатурираат), клеточните мембрани се нарушени, а стапките на дишење може да се намалат или да станат неефикасни. На претерано високи температури, растенијата исто така можат да доживеат топлински стрес, што ги зголемува нивните енергетски потреби за одржување на стабилноста на клетките. Како резултат на тоа, јаглехидратите произведени со фотосинтеза брзо се трошат за дишење, забавувајќи го растот и намалувајќи ги приносите на земјоделските култури.
Обратно, на премногу ниски температури, ензимската активност се намалува, забавувајќи го дишењето. Ова може да го намали снабдувањето со енергија за метаболичките процеси и да го инхибира растот. Кај тропските растенија, ниските температури можат дури и да предизвикаат физиолошки оштетувања бидејќи нивните ензимски системи не се прилагодени на ниски температури.
2. Достапност на кислород: одредува аеробна или анаеробна
Кислородот е потребен во последните фази од аеробното дишење, особено во синџирот на транспорт на електрони во митохондриите. Доколку е достапен доволно кислород, растенијата релативно ефикасно произведуваат големи количини на АТП. Меѓутоа, под одредени услови на животната средина - како што се презаситена почва, набивање на почвата или лоша дренажа - дифузијата на кислород во почвата е драстично намалена. Корените кои немаат кислород потоа преминуваат на ферментација (анаеробно дишење).
Ферментацијата произведува значително помалку енергија, оставајќи ги растенијата со помалку АТП за активен транспорт и апсорпција на хранливи материи. Понатаму, нуспроизводите како што се етанол или млечна киселина можат да се акумулираат и да ги оштетат коренските клетки. Со текот на времето, корените скапуваат, апсорпцијата на вода и хранливи материи е нарушена, листовите пожолтуваат и растот запира. Затоа, соодветната аерација и дренажа на почвата се клучни за одржување на нормалното дишење на коренот.
3. Достапност на вода: директни и индиректни влијанија
Водата влијае на дишењето на растенијата и директно и индиректно. Во услови на недостаток на вода (сушен стрес), стомите имаат тенденција да се затворат за да го намалат губитокот на вода преку транспирација. Следствено, размената на гасови е намалена и снабдувањето со CO₂ за фотосинтеза се намалува. Кога фотосинтезата се намалува, снабдувањето со гликоза како „гориво“ за дишење исто така се намалува. Од друга страна, стресот од суша може да ги зголеми енергетските потреби за одбранбените механизми, како што се синтезата на осмолити и протеини на стрес. Како резултат на тоа, се јавува нерамнотежа: респираторните супстрати се намалуваат, но енергетските потреби се зголемуваат.
Во услови на прекумерно наводнување (презаситеност со вода), примарниот проблем не е самата вишок вода, туку недостатокот на кислород, како што беше претходно објаснето. Презаситената почва предизвикува анаеробно дишење во корените и ја намалува ефикасноста на производството на енергија.
4. Светлина: индиректна, но многу влијателна
Дишењето не бара директно светлина, но светлината влијае на дишењето преку фотосинтезата. Во текот на денот, фотосинтезата произведува гликоза, која може да се користи како супстрат за дишење. Повисокиот интензитет на светлина (до оптимално ниво) генерално ја зголемува фотосинтезата, со што се достапни повеќе јаглехидрати за дишење и раст.
Сепак, претерано високиот интензитет на светлина може да предизвика и светлосен стрес и да го зголеми формирањето на слободни радикали. За да го надминат оксидативното оштетување, на растенијата им е потребна дополнителна енергија, па затоа нивната стапка на дишење може да се зголеми како одговор на стресот. Понатаму, ноќе, кога фотосинтезата е отсутна, растенијата целосно се потпираат на резервите на јаглехидрати за дишење. Така, светлосната средина, исто така, ги одредува стратегиите за складирање и искористување на енергијата.
5. Концентрација на јаглерод диоксид (CO₂) и рамнотежа на супстратот
Иако CO₂ е производ на дишењето, неговата концентрација во животната средина може да влијае на метаболичката рамнотежа на растенијата. Во стаклениците, покаченото ниво на CO₂ често ја зголемува фотосинтезата, зголемувајќи ги резервите на јаглехидрати, што пак може да го зголеми дишењето за да го поддржи брзиот раст. Сепак, под одредени услови, високата акумулација на CO₂ во затворени простори може да ја наруши размената на гасови и да влијае на pH вредноста на ткивото или метаболичките стапки. Ефектите варираат во зависност од видот и другите услови на животната средина, како што се температурата и достапноста на вода.
Најважна е врската помеѓу фотосинтезата и дишењето: кога супстратот (гликозата) е изобилен, дишењето може да продолжи поинтензивно; кога супстратот е исцрпен, дишењето се намалува или растението почнува да користи други резерви како што се скроб, масти, или дури и ги разградува протеините под услови на силен стрес.
6. Хранливи материи и услови на почвата: влијаат на метаболизмот на коренот
Минералните хранливи материи како што се азотот, фосфорот и калиумот влијаат врз дишењето бидејќи се вклучени во формирањето на ензими, АТП и молекули што носат енергија. Недостатокот на фосфор, на пример, го инхибира формирањето на АТП, правејќи ги енергетските процеси неефикасни. Недостатокот на азот ја инхибира синтезата на протеини, вклучувајќи ги и респираторните ензими, што може да ја намали стапката на дишење и да го забави растот.
Покрај достапноста на хранливи материи, pH вредноста на почвата и соленоста, исто така, влијаат на дишењето. Почвата што е премногу кисела или премногу алкална може да го инхибира апсорбирањето на хранливите материи и да ја потисне активноста на коренот. Високата соленост предизвикува осмотски стрес; на растенијата им е потребна дополнителна енергија за да ја одржат рамнотежата на јоните и водата, што може да го зголеми дишењето, но растот често останува намален бидејќи повеќе енергија се користи за преживување отколку за градење биомаса.
Влијание на промените во дишењето врз растот и приносот
Кога факторите на животната средина претерано го зголемуваат дишењето - на пример, високи температури или стрес од соленост - растенијата можат да доживеат „отпад“ од јаглехидрати, бидејќи енергијата наменета за раст се користи за одржување. Спротивно на тоа, претерано ниското дишење поради ниски температури или недостаток на кислород го намалува снабдувањето со АТП за виталните активности. И двете крајности се штетни. Оптималната рамнотежа помеѓу фотосинтезата (внес на енергија) и дишењето (трошење на енергија) е клучна за продуктивноста на растенијата.
Затворање
Дишењето на растенијата е процес кој е во голема мера зависен од околината. Температурата ја одредува брзината на ензимските реакции; кислородот ја регулира ефикасноста на производството на енергија; водата влијае на достапноста на кислород и физиолошките услови; светлината го одредува снабдувањето со супстрати преку фотосинтеза; додека CO₂, хранливите материи, соленоста и pH вредноста на почвата придонесуваат за целокупните метаболички услови. Разбирањето на влијанието на факторите на животната средина врз дишењето ни помага да имплементираме посоодветни практики на одгледување, како што се управување со наводнување и дренажа, балансирано ѓубрење, регулирање на температурата во стаклена градина и избор на адаптивни сорти. На овој начин, растенијата можат ефикасно да го спроведуваат дишењето и да постигнат оптимален раст и продуктивност.
