Температурата е важен фактор за растежа на растенията aи тяхното развитие. Така както нивото на светлината, въглеродният диоксид, влажността на въздуха, водата и хранителните вещества влияят върху растежа на растенията и в крайна сметка върху добива, така и температурата влияе върху тях. Всички тези фактори следва да се намират в равновесие. Температурата също оказва влияние върху растенията както в краткосрочен, така и в дългосрочен план.
Не е изненадващ фактът, че се полага сериозна изследователска работа относно разработването на стратегии за постигане на подходяща температура с цел ефективно оранжерийно производство. Оптималната температура за едно растение обаче зависи от редица фактори. Реакцията на едно растение към атмосферната температура около него зависи от това в кой стадий от развитието си се намира то. Растенията притежават нещо като биологичен часовник, който определя тяхната чувствителност към температурата.
Разлики между температурата на въздуха и температурата на растенията
Повечето биологични процеси се ускоряват при наличие на по-висока температура и този факт може да има и положителен, и отрицателен ефект. Например по-бързият растеж и по-бързото плодоносене в повечето случаи представлява предимство. Прекомерното дишане обаче е вредно, защото означава по-малко енергия за растежа на плодовете и те стават по-дребни. Някои ефекти са краткотрайни, други дълготрайни. Поглъщателният баланс на растението, например, се влияе от температурата и му се въздейства незабавно. Индукцията на цъфтежа, от друга страна, зависи от климата през по-дълъг период от време.
Температурата на растенията и температурата на въздуха са две различни неща, защото растенията могат да се охлаждат чрез изпаряване и да се затоплят чрез излъчване. Растенията се стремят към оптималната си температура, важна роля за която има балансът между температурата на въздуха, относителната влажност и светлината. При изобилна светлина растението се загрява и резултатът е разлика между температурата на растението и тази на въздуха. За да се охлади, растението трябва да ускори транспирацията си. Подобно на температурата, скоростта на транспирацията зависи от външни условия, като например светлината, нивото на CO2 в атмосферата и относителната влажност, както и от вида на самото растение.
Растенията се състоят от различни части, които реагират различно на температурата. Температурата на плода е близка до тази на въздуха; когато температурата на въздуха се покачва, температурата на плода също се покачва и обратното. Все пак температурата на плода е по-постоянна от температурата на въздуха и затова плодът се загрява и охлажда по-бавно (понякога няколко часа по-бавно) от въздуха. Температурата на цветовете пък е по-висока от температурата на въздуха или температурата на листата, защото венчелистчетата транспирират много по-малко от листата. Температурата в горната част на растението варира повече в сравнение с долната му част. Връхната част се загрява по-лесно чрез излъчване и достига по-високи температури от въздуха при наличието на обилна светлина.
Дефицит на насищането
Относителната влажност на средата зависи от температурата и скоростта на вятъра. По-високите температури обикновено водят до ускорена транспирация. Това е така отчасти защото молекулите се движат по-бързо, но и защото топлият въздух може да побере повече водни пари. Когато въздухът около листата е неподвижен, той се насища с водни пари и забавя процеса на изпаряване. Ако въздухът е наситен от влажност, върху листата и около тях ще се кондензира тънък воден слой, предоставящ добра среда за патогени, които биха могли да нападнат растението.
Разликата в съдържанието на водни пари между въздуха и точката на насищане се нарича „дефицит на насищането“ (ДН). Колкото по-висок е той, толкова повече влага ще изпари растението чрез транспирация. Ако обаче ДН е твърде висок, растението може да преживее шок, понеже няма как да възстанови количеството вода, което губи чрез транспирация. В краткосрочен план това не води до проблеми – през нощта растението ще си набави достатъчно вода, за да се възстанови. Но ако ДН остане висок за по-дълъг период от време, растението няма да успее да се възстанови през следващата нощ и могат да възникнат необратими поражения като изгорели листа или венчелистчета.
Дебелината на листата ни дава визуална представа за потенциала на едно растение да се възстановява. Листата стават по-тънки през деня поради изгубената чрез транспирация вода, но когато стават по-тънки с всяка изминала нощ, това е признак, че растението не съумява да се възстанови. Затова идеята да се поддържа нисък ДН с цел избягване на пораженията може да ви се стори привлекателна, но при такива условия растението не е стимулирано да расте и да бъде активно, което пък може да доведе до негативни резултати, в случай че то се сблъска със стресови ситуации.
Като цяло сравнението с автомобилния оборотомер е подходящо. При увеличаване на двигателната скорост стрелката на оборотомера скача нагоре и влиза в червената зона. Двигателят няма да се повреди веднага, но и това ще стане, ако колата се движи в този режим за дълъг период от време. При повечето растения ДН трябва да бъде между 0.45 и 1.25 килопаскала (kPа – единицата за налягане), като оптималната стойност е около 0.85 kPa. ДН следва приблизително същата тенденция като тази при естествените нива на излъчване; сутрин с първите лъчи на слънцето се покачва, за да достигне максималната си стойност по обяд и отново да започне да спада. За да се изчисли ДН, първо трябва да се знаят температурата на въздуха, температурата на растението и относителната влажност.
Устици
Растенията могат да регулират процеса на транспирация и да се охлаждат посредством специализирани органи, наречени устици. Устиците са специализирани клетки в листата, които могат да се отварят и затварят, ограничавайки количеството отделени водни пари. При по-висока температура устиците се отварят и отделят повече пари. Трудно е да се измерят отворите на устиците и затова използваме ДН като мерна единица. Когато устиците са отворени по-широко, повече газове могат да влизат и излизат от листата.
Природните фактори влияят на скоростта, при която се случва този процес (проводимост на устиците) – например по-високата относителна влажност води до по-бърза проводимост на устиците, докато по-високите нива на въглероден диоксид понижават нивата им на проводимост. Проводимостта обаче се влияе не само от природни фактори, но и от такива, свързани с растителните хормони и цветът на светлината (дължината на вълните), които растението получава. Растителният хормон „абсцисна киселина“ регулира концентрацията на йони в устиците и предизвиква бързото им отваряне само за няколко минути. Светлина с по-къси дължини на вълните (около 400 – 500 нанометра (nm)), каквато е синята, води до по-широко отваряне на устиците в сравнение със светлина с по-дълги дължини на вълните (около 700 nm), каквато е червената.
Оптималните дневни и нощни температури
Различни процеси протичат в растението денем и нощем и оптималната температура за него варира според тях. Транспортирането на захари става предимно нощем и в повечето случаи към по-топлите части на растението. Листата изстиват по-бързо от плодовете и цветовете и затова повечето налична енергия отива към онези части на растението, които имат нужда да растат и да се развиват.
През 1949 г. комбинациите от оптимални дневни и нощни температури са изследвани в първата климатизирана оранжерия (фитотрон) в света в Калифорнийския технологичен институт. Експериментите показали, че доматените растения израстват по-високи при съчетание от високи температури по време на светлия период и по-ниски температури по време на тъмния, отколкото при постоянна температура. Тази способност на растенията да „разграничават“ температурните разлики денем и нощем се нарича „термопериодизъм“ и влияе върху цъфтежа, плодоносенето и растежа.
Количеството захар, транспортирано до израстващите тъкани, където енергията е нужна за по-високи нива на дишане, може да бъде ограничено при по-високи нощни температури, като по този начин се ограничава и растежът. Установено е също, че издължаването на стъблото настъпва при съчетание между високи дневни и ниски нощни температури. Ниската нощна температура подобрява водния баланс в растението, което е и главната причина за ускореното издължаване на стъблото. Така че температурата е инструмент за регулиране височината на растенията, а освен това ниските нощни температури пестят енергия. С термина „термоморфогенеза“ се описват термопериодичните ефекти върху морфологията на растенията.
Оптималната температура на въздуха зависи и от яркостта на светлината и от количеството въглероден диоксид във въздуха. Растенията функционират подобно на студенокръвните животни поради факта, че техният метаболизъм и темпо на фотосинтеза се ускоряват паралелно с температурата на въздуха. Когато температурите са много ниски (колко ниски зависи от вида на растението), почти няма фотосинтеза, колкото и ярка да е светлината. Фотосинтезата се ускорява с покачването на температурата на въздуха. Когато светлината и температурата са уравновесени, въглеродният диоксид в атмосферата е ограничаващият фактор. При наличието на достатъчно количество въглероден диоксид фотосинтезата се ускорява с покачването на температурата, въпреки че участват и други фактори, като например ензимът RuBisCo.
RuBisCo е особено важен за фотосинтезата. В някои случаи възниква процес, наречен „фотореспирация“. Това се случва, когато ензимът RuBisCo се свърже с кислорода вместо с въглеродния диоксид, както е при нормалната фотосинтеза. Нивото на въглероден диоксид и оптималната температура ще са по-ниски при оскъдна, отколкото при ярка светлина, а активността на ензимите също се увеличава при по-високи температури.
Спад и топлинна интеграция (СТИ)
Понятието „спад и топлинна интеграция“ (СТИ) засяга взаимовръзката между дневните и нощните температури. Ефектите от смяната на дневните температури върху издължаването на стъблата зависи от разликата между дневните и нощните температури (която се изчислява чрез изваждане на нощната от дневната температура), отколкото от отделни и независими реакции към дневните и нощните температури. С други думи, важна е именно тази температурна разлика, както и коя температура е по-висока – дневната или нощната.
Растежът на листата не се влияе особено от СТИ за разлика от растежа на стъблото между възлите. Растения, отглеждани при позитивен СТИ, са по-високи от отгледаните при нулев СТИ, а те от своя страна са по-високи от отгледаните при отрицателен СТИ. Други важни морфогенетични реакции към отрицателния СТИ (когато дневната температура е по-ниска от нощната) са наличие на по-къси дръжки на листата, както и по-къси стъбла, цветни стъбълца и листа.
Разликите в издължаването на междувъзлията и разширяването на листата се дължат на разликите в процесите на клетъчно издължаване и/или деление. При отрицателен СТИ и двата процеса са забавени, което вероятно се дължи на понижена гиберелинова активност в подапикалната меристема (растителната тъкан, отговаряща за растежа). Гиберелинът е растителен хормон, който стимулира растежа. СТИ има основно влияние върху издължаването на стъблото по време на бързия растеж, така че разсадите са по-чувствителни от възрастните растения към температурните амплитуди денем и нощем. Поради това отрицателният СТИ в ранния етап от издължаването на стъблото е важен, за да се ограничи височината на растението.
Издължаването на стъблото може да се постигне и чрез кратък температурен спад (около два часа) по време на 24-часовия дневен цикъл на растеж, обикновено малко преди първата дневна светлина, но по време на тъмния период. Реакциите към температурните промени изглеждат най-силни през първите часове на светлия период при дългодневните, краткодневните и неутралните растения. По този начин един температурен спад през последните два часа на нощта ще повлияе върху височината на растенията. Това обикновено се постига лесно в оранжерийни условия през есента в райони с хладен климат поради естествено ниските нощни температури там.
Изменението в чувствителността на издължаването на стъблото към дневните и нощните температури може да се контролира чрез ендогенен ритъм на растеж. Циркадният ритъм (продължаващ около 24 часа) е открит през 1994 г. в хризантемите. Издължаването на стъблото не е постоянна величина по време на 24-часовия светъл и тъмен цикъл. И краткодневните, и дългодневните растения, отглеждани в условия на стимулирано цветообразуване, се издължават по-бързо през нощта, отколкото през деня. Орхидеите се нуждаят от период на ниска нощна температура, за да разцъфтят.
Топлинната интеграция е една от стратегиите, използвани от земеделците. Определя се минималната и максималната температура на посева и се допуска температурата да варира, стига да се поддържа средната температура за по-дълъг период от време. Тази стратегия оползотворява естествената топлина възможно най-ефективно.
Температурата на въздуха е първостепенният природен фактор, който влияе върху развитието на растенията и темпото им на растеж. Тя обаче никога не е единственото условие. Всеки фактор при растежа на растенията е взаимносвързан с всички останали и предизвикателството е да се открие всяко слабо звено във веригата. В тази статия се разгледаха много от тези фактори, но има и други не по-малко важни, като например водният баланс, който влияе непряко върху транспирацията. Всичко, което се случва или ще се случи в едно растение, е под контрола най-вече на температурата на въздуха; разбирането на този факт е първата стъпка по дългия път към успешното растениевъдство.
