Высокая температура окружающей средыи толерантность картофеля к жаре

Картофель - культура умеренно-прохладного климата. Результатом этого является более низкая продуктивность сортов, выращиваемых в условиях теплого и жаркого климата. Для большинства сортов оптимальная температура окружающей среды 17- 20 °С. У картофеля нормальное клубнеобразование происходит при температуре почвы не выше 18-19 °С. Каждые 5 °С, превышающие 20 °С, приводят к снижению фотосинтети- ческой активности растения на 25 % (Burton, 1981; Demagante, van der Zaag, 1988). Продолжительное воздействие высокой температуры тормозит развитие наземной части растений картофеля. В свою очередь неполноценные (низкорослые, слабо облиственные и мелколистые) растения не в состоянии обеспечить нормальное накопление урожая. В условиях жаркой погоды ботва растений картофеля продолжает активно расти и после инициации клубнеобразования, используя для роста продукты фотосинтеза из клубневого резервуара (van der Zaag, 1984). Таким образом, температура окружающей среды, превышающая 20 °С, негативно влияет на все составляющие процесса клубнеобразования, приводя к задержке инициации клубней и снижая скорость накопления урожая. При температуре свыше 29 °С практически происходит остановка клубнеобразования и значительно замедляется процесс накопления сухого вещества в виде ассимилянтов фотосинтеза (Ben Khedher, Ewing, 1985). Высокая температура в сочетании с длинным днем вызывает превращение столонов в надземные побеги и израстание клубней. Картофельное растение весьма чувствительно к резким изменениям температуры, которые вызывают снижение или временное прекращение клубнеобразования. При длительных простоях клубнеобразования на клубне появляется многослойное пробковое покрытие, и новый приток ассимилятов прорывает менее оп- робковелый участок глазков с образованием на клубне молодых клубеньков. Если такие смены происходят неоднократно, наблюдается неравномерный рост частей клубня, что приводит к выпячиванию тканей около глазков и к образованию клубней уродливых форм. Установлено, что даже непродолжительное воздействие высокотемпературного стресса на картофель может привести к образованию клубней с нетипичной формой, менее привлекательной для потребителя. Наиболее распространенные следующие нарушения: шишковатость (наросты в зоне глазков), грушевидность, ростовые трещины, израстание (прорастание клубней нового урожая еще до начала уборки), частичное изменение цвета кожуры, некрозы мякоти.
У клубней, рост и развитие которых проходят при высоких летних температурах, глубокое состояние покоя сокращается вследствие большой суммы температур. В результате может произойти сравнительно раннее прорастание картофеля в хранилище. Следующим негативным последствием является физиологическая старость таких клубней на момент посадки. Физиологическая старость посадочного материала является причиной слабого роста ботвы, снижение массы которой ведет к уменьшению прироста клубней.
Несмотря на вышеперечисленные проблемы, область производства и потребления картофеля постепенно расширяется в сторону экватора. Рост производства картофеля в странах, находящихся в субтропической и тропической климатических зонах, растет быстрее, чем любых других культур. В странах с жарким климатом, таких как Израиль, Египет, Филиппины, где дневная температура достигает 40 °С, продуктивность большинства сортов картофеля составляет только 23 т/га, что очень мало по сравнению с продуктивностью тех же сортов при оптимальном температурном режиме (до 90 т/га) (Burton, 1981). В последнее время в России производство товарного картофеля постепенно смещается на юг, в области с более теплым климатом. Фермеры Астраханской, Волгоградской, Ростовской и других южных областей все чаще отдают предпочтение картофелю. Таким образом, существует потребность в повышении толерантности культуры к высокой температуре. Существует несколько способов решения данной проблемы, среди которых увеличение урожайности с помощью агротехнических приемов и использование сортов, толерантных к жаре.
Одним из возможных агротехнических приемов являются смешанные посевы с затеняющими культурами, такими как кукуруза, сахарный тростник, фасоль, бобы. Данный прием позволяет снизить температуру почвы на 5 - 10 °С (Damagnate, van der Zaag, 1984). Несмотря на высокую температуру воздуха, снижение температуры почвы в области корневой системы картофеля является достаточным условием для формирования столонов, что является предпосылкой клубнеобразования (Struik, 1989).

Картофель для ассимиляции углерода не нуждается в интенсивной солнечной энергии. Однако затенение имеет и отрицательное воздействие на формирование урожая картофеля. В условиях затенения рост растений картофеля не прекращается, из-за чего задерживается начало интенсивного клубнеобразования и замедляется процесс накопления урожая (Demagante, van der Zaag, 1988).
Селекция на толерантность картофеля к жаре осложняется тем обстоятельством, что высокотемпературный стресс затрагивает три отдельных физиологических процесса: (1) фо- тосинтетическую активность, (2) рост ботвы, (3) инициацию клубнеобразования и распределение продуктов фотосинтеза между надземной частью растения и клубнями. Высокая температура воздуха снижает фотосинтетическую активность растений картофеля, в результате чего формируются низкорослые растения (Prange et al., 1990), в то время как для инициации клубнеобразования и накопления урожая нужны хорошо развитые фотосинтетически активные растения (van der Zaag, 1984). Высокая температура воздуха активирует синтез гибберелинов в растительных тканях. Изменение соотношения концентраций фитогормонов в пользу гибберелинов сдвигает развитие растений картофеля в сторону роста стеблей, формирования и роста столонов, но задерживает формирование клубней. Таким образом, удлиняется продолжительность роста ботвы и откладывается начало клубнеобразования, приводящее к уменьшению количества сформированных клубней. Продукты фотосинтеза расходуются для роста ботвы, хотя могли бы быть использованы для накопления сухого вещества в клубнях (Gawronska et al., 1992).
Для создания сортов, толерантных к высокой температуре окружающей среды, селекционерам необходимо подбирать исходный материал по двум не связанным друг с другом признакам: жаростойкости ботвы и способности к клубнеобразованию в условиях высокой температуры (Levy et al., 1991).
Рейнолдс и Ивинг (Reynolds, Ewing, 1989) показали, что между этими признаками нет корреляции. Многие дикие виды
Solanum показывают толерантность ботвы к высокой температуре (Л', berthaultii, S. chacoense, S. demissum, S. jamesii, S. kurtzianum, S. papita, S. spegazzinii, S. stoloniferum, S. sucrense). Растения данных видов в условиях высокотемпературного стресса сохраняют высокую фотосинтетическую активность. Однако, только часть из них способны к нормальному клубнеобразованию в жару (Reynolds, Ewing, 1989). Похожую картину можно наблюдать и в случае с коммерческими сортами картофеля (Ben Khedher, Ewing, 1985). При обратной схеме постановки эксперимента хорошее клубнеобразование исследуемых образцов в условиях жары незначительно совпадало с толерантностью данных растений к тепловому стрессу в полевых условиях. Сильное воздействие жары на листву картофеля в первую очередь приводит к снижению фотосинтетической активности растений (van der Zaag, Doombos, 1987; Demagante, van der Zaag, 1988). С помощью измерения флюоресценции хлорофилла in vivo (Prange et al., 1990) и в изолированных хлоропластах (Hetherington et al., 1983) было показано, что фотосинтетическая активность падает из-за снижения реакционной способности фотосистемы II (ФС II). В растениях, неспособных переработать фотосинтетически активную радиацию, энергия абсорбированная ФС II не трансформируется в ФС I с последующим выделением СО,,, а чаще всего преобразуется во флюоресценцию.
Толерантность к высокой температуре у картофеля долгое время связывалась с раннеспелостью. Некоторые из раннеспелых сортов, не являясь по настоящему термотолерантными, формируют высокие урожаи в условиях жаркого климата. Они избегают воздействия стрессовых условий с помощью быстрого накопления урожая, до наступления самой жаркой погоды или это воздействие бывает менее продолжительным и тем самым менее вредоносным. Так, номер DT-28 показал более высокую урожайность при относительно раннем начале клубнеобразования и последующем накоплении урожая. Однако наличие термотолерантности у сортов с более поздним сроком созревания показывает, что данный признак не связан с раннеспелостью. В настоящее время исследования, в основном, направлены на идентификацию, изучение и перенос в чувствительные к жаре сорта картофеля генов, способных повысить термотолерантность последних и тем самым обеспечить их продвижение в области жаркого климата.

Еще по теме Высокая температура окружающей средыи толерантность картофеля к жаре:

1. РАСТЕНИЯ И ВЫСОКАЯ ТЕМПЕРАТУРА
2. Влияние на насекомых низких и высоких температур
3. Общее действие высокой температуры на организм.
4. РАСТЕНИЯ-ИНДИКАТОРЫ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
5. Глава 10 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АГРОХИМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ. ПУТИ ВОЗМОЖНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ УДОБРЕНИЯМИ
6. О. П. Мелехова, Е. И. Егорова, Т. И. Евсеева. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование : учеб, пособие для сгуд. высш. учеб, заведений, 2007
7. Высокие плоские и высокие холмистые гряды
8. ГИГРОФАКТОР И ТЕМПЕРАТУРНАЯ ТОЛЕРАНТНОСТЬ
9. ТЕМПЕРАТУРНАЯ ТОЛЕРАНТНОСТЬ
10. ПРИЛОЖЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ВРЕДОНОСНОСТЬ БОЛЕЗНЕЙ И ВРЕДИТЕЛЕЙ КАРТОФЕЛЯ В РАЗРЕЗЕ ЗОН 124 КРАТКИЙ ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ НАИБОЛЕЕ ЧАСТО ВСТРЕЧАЮЩИХСЯ БОЛЕЗНЕЙ И ПОВРЕЖДЕНИЙ КАРТОФЕЛЯ ПО ВНЕТТТНЛ11 ЙР ЗЗНАКАМ 126 МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ЯДОХИМИКАТАМИ 135
11. МЕДОНОСНАЯ ПЧЕЛА И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
12. ПРИСПОСОБЛЯЕМОСТЬ РАСТЕНИЙ К ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
13. Можжевельник высокий (Juniperus excelsa)
14. ИНДУСТРИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ — ОСНОВА ВЫСОКИХ УСТОЙЧИВЫХ УРОЖАЕВ
15. ВВЕРХ ПО ВЫСОКИМ СТВОЛАМ
16. ГРАМПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ БАКТЕРИИС ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ Г+Ц
17. ХИМИЧЕСКИМ СОСТАВ ТОРФЯНИКОВ И СНЕГАЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ КАК ПОКАЗАТЕЛЬТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
18. КАРТОФЕЛЬ (Solanиш tuberosum L.)