How air temperature affects plants

Как влияе температурата на въздуха върху растенията

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.

Автор: Отдел “Научни изследвания” на CANNA

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.

Как влияе температурата на въздуха върху растенията
Нека си представим този процес, използвайки метафората за трафика по магистрала. Устиците са изходните отбивки от магистралата. Когато пред даден изход са се скупчили много коли, те трябва да намалят и се получава задръстване. Когато колите са по-малко, движението може да се забърза. Същото се случва с въздушните молекули и с молекулите на водните пари във въздуха. Ако има висока концентрация от тях в близост до устиците (изходните отбивки), тогава те излизат от тях по-бавно и се получава задръстване. Това се случва, когато има голям дефицит на насищането (ДН). Това означава, че растението се охлажда по-неефективно, което води до стрес. Освен това водата се кондензира и оформя тънък филм върху повърхността на листа, което е съвършената среда за патогени.

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.

Как влияе температурата на въздуха върху растенията
Дефицитът на насищането (ДН) може да се сравни с автомобилен оборотомер. При увеличаване на скоростта на двигателя 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. Същото важи и за растенията: когато ДН е твърде висок за дълъг период от време, растението не може да се възстанови през нощта и могат да настъпят необратими поражения (изгорени листа или венчелистчета).

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.

Как влияе температурата на въздуха върху растенията
Повечето вода в атмосферата е под формата на водни пари. Те са невидими, но усещаме наличието им по това колко удобно се чувстваме (по-високата влажност ни кара да се чувстваме потни и лепкави). Видимостта зависи и от количеството водни пари във въздуха. Облаците са видими, защото водните пари в тях са се охладили до такава степен, че водните молекули са започнали да се кондензират и да образуват малки капчици вода или дори ледени кристалчета във въздуха. Виждаме тези явления като облаци.

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.

Как влияе температурата на въздуха върху растенията
ова е цветно изображение от сканиращ електронен микроскоп (СЕМ) на долната страна на лист от градинска роза, на което се вижда отворена устица. Устицата е миниатюрна пора, оградена от две предпазни клетки с формата на бъбрек. Отварянето на пората позволява на газовете да влизат и излизат от листните тъкани, което е крайно необходимо за фотосинтезата. Пората се затваря нощем или по време на сухи периоди, за да предотврати загубата на вода.

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.

Как влияе температурата на въздуха върху 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.

Как влияе температурата на въздуха върху растенията

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.

Rate this article: 
No votes yet