Адаптация растений к свету

Ввиду основополагающей роли фотосинтеза в метаболизме растений свет является одним из наиболее важных экологических факторов. При этом физиологическое воздействие света может быть прямое и косвенное: прямое влияние на метаболизм осуществляется через фотосинтез, а косвенное – на рост и развитие. Контролирующие функции света проявляются на всех этапах онтогенеза: от прорастания семян до цветения.

Действие света зависит от его интенсивности, спектрального состава и продолжительности светлого и темного периодов. Разные растения обладают различным фотопериодизмом – реакцией на суточный режим освещенности, продолжительность светового дня и соотношение между темным и светлым временем суток (фотопериодами).

Фотопериодическая реакция видов и разновидностей растений тесно связана с их географическим происхождением. Например, теплолюбивые растения короткого дня происходят из тропических и субтропических стран, холодостойкие растения длинного дня происходят из умеренных широт. Каждому виду растений свойственна определенная амплитуда световой напряженности, за пределами которой он не может существовать. Выделяют три экологических группы растений по их отношению к свету: светолюбивые (гелиофиты), теневыносливые и тенелюбивые (сциофиты). Согласно К. А. Тимирязеву, у теневыносливых растений интенсивность фотосинтеза может достигать максимума примерно при 50 % от полного дневного освещения.

Световая адаптация происходит во время роста листа. Недостаток света может привести к гибели растения, а избыточная освещенность нередко оказывается причиной солнечного ожога, вызванного перегревом, и усыхания растения.

Продолжительность светового дня оказывает влияние на динамику роста и развития надземной и корневой систем растения, а многие виды реагируют на изменение длины светового дня ускорением или замедлением, а иногда и полной приостановкой формирования генеративных органов. На количественные и качественные показатели репродуктивного развития растений большое влияние оказывает интенсивность освещения.

К фотопериодическим реакциям относят цветение, клубне- и луковицеобразование, переход в состояние покоя и др. В зависимости от фотопериодической реакции выделены следующие группы растений: нейтральные (не обладающие фотопериодической чувствительностью и зацветающие почти одновременно при любой длине дня – конские бобы, гречиха); короткодневные (развитие замедляется при длине дня более 10-12 часов – просо, кукуруза, соя, перилла и др.): длиннодневные (развитие идёт наиболее интенсивно при 24-часовом освещении и замедляется при укорачивании дня – пшеница, ячмень, овес, горох, горчица и др.); промежуточные (стенофотопериодические, зацветают при средней длине дня и не зацветают ни на коротком, ни на длинном дне – подсолнечник, сафлор, нут); крайнедневные (амфифотопериодические, зацветающие как на коротком, так и на длинном   дне – мышей); коротко-длиннодневные (быстро зацветающие при выращивании их вначале на коротком, а затем на длинном дне); длиннокороткодневные (быстро зацветающие при выращивании их на длинном дне, а затем на коротком).

Продолжительность вегетационного периода у короткодневных растений убывает по мере продвижения к югу, а у длиннодневных – к северу. Однако такое деление не всегда четко выражено. Например, в условиях юга, где преобладают высокие дневные температуры, люцерна является растением длинного дня, тогда как при пониженных температурах она успешно развивается и в условиях короткого дня.

Показатель длины дня, оказывая большое влияние на рост и развитие растений, в отличие от других факторов внешней среды (температуры, влажности), относится к числу постоянных показателей и может надежно прогнозироваться при географическом размещении и районировании сельскохозяйственных культур.

Каждому виду или сорту растений свойственен свой «критический» фотопериод, а также особенности сезонной адаптации к световому режиму. Наибольшей потребностью в интенсивном освещении характеризуются репродуктивные органы, а наименьшей – стебель. При интенсивности освещения менее 1/30 полного дневного света цветения не происходит, а реакции фотосинтеза начинаются лишь тогда, когда интенсивность света достигает некоторого «критического» для каждого вида уровня. Отсутствие или недостаток света приводит к вытягиванию стеблей и этиоляции (уменьшению содержания хлорофилла), хотя у видов, приспособленный к затенению или открытым местообитаниям, она отсутствует.

Растения способны компенсировать дефицит света за счет уменьшения его отражения и лучшего поглощения. Теневыносливые растения обычно отличаются меньшей отражающей способностью вследствие более слабого развития кутикулы, отсутствия воскового налета и волосков, наличия хлоропластов в эпидермальных клетках, высокой концентрации хлорофилла.

К дефициту света растения адаптируются также за счет уменьшения интенсивности дыхания. Адаптивные формы растений в неблагоприятных условиях характеризуются более плавным ходом суточной кривой фотосинтеза и менее выраженной его депрессией в течение суток.

Обычно действие света на семена неспецифично, то есть они одинаково хорошо прорастают как в темноте, так и на свету. Однако у некоторых видов растений (салат) небольшие по рамеру семена (масса 1000 штук менее 1 г) прорастают только на свету, причем наиболее эффективным оказывается красный свет, тогда как инфракрасные лучи и темнота полностью ингибируют прорастание. С другой стороны, имеются виды (многие тыквенные), у которых в условиях освещения прорастание семян ингибируется. В семеноводстве необходимо учитывать специфичность действия света на прорастание семян каждого вида растений.

Использование сортов сельскохозяйственных культур с высоким фотосинтетическим потенциалом является одним из основных направлений в адаптивной интенсификации растениеводства.