ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА У РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ СТРЕССА
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Фотосинтез и изменения интенсивности фотосинтеза у растений в
условиях стресса 6
1.2 Влияние внутренних и внешних факторов на фотосинтез 14
1.3 Агроклиматические ресурсы региона 30
1.4 Климатические условия в годы проведения исследований 31
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 32
2.1 Объект исследования 32
2.2 Методы исследования 41
ГЛАВА 3. ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА В УСЛОВИЯХ СТРЕССА 44
3.1 Действие температурного стресса на рост и развитие растений
пшеницы 44
3.2 Изменение содержания пигментов у растений пшеницы в условиях стресса 46
3.3 Динамика изменения интенсивности фотосинтеза у пшеницы в условиях стресса 48
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 53
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Фотосинтез и изменения интенсивности фотосинтеза у растений в
условиях стресса 6
1.2 Влияние внутренних и внешних факторов на фотосинтез 14
1.3 Агроклиматические ресурсы региона 30
1.4 Климатические условия в годы проведения исследований 31
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 32
2.1 Объект исследования 32
2.2 Методы исследования 41
ГЛАВА 3. ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА В УСЛОВИЯХ СТРЕССА 44
3.1 Действие температурного стресса на рост и развитие растений
пшеницы 44
3.2 Изменение содержания пигментов у растений пшеницы в условиях стресса 46
3.3 Динамика изменения интенсивности фотосинтеза у пшеницы в условиях стресса 48
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 53
Актуальность исследования обусловлена тем, что температура, связанная с увеличением засушливого или холодного периода, вызывает радикальные изменения в фенологии пшеницы, следовательно, раннее цветение, длительный период налива зерна и поздний период созревания следует учитывать при отборе в условиях этих стрессов на фенологической основе.
Воздействие жары, засухи и холода благоприятно сказываются на не-которых качественных характеристиках, таких как зольность и белок, но отрицательно - на урожайности, поскольку качество и количество обратно пропорциональны друг другу.
Стресс от засухи является одним из основных ограничений роста рас-тений и вызывает во всем мире серьезные потери урожая, особенно зерновых. Засуха уже вызвала среднее снижение урожайности на 9-10% по всему миру в период с 1964 по 2007 г., и современные климатические модели пред-сказывают дальнейшее ухудшение этой ситуации. Следовательно, стрессо- устойчивость к засухе была признана главной целью будущих селекционных программ. Стресс от засухи ставит перед растениями дилемму: с одной стороны, им необходимо закрывать устьица, чтобы избежать чрезмерной потери воды, а с другой стороны, им необходимо держать устьица открытыми для охлаждения и поглощения ССК Соответственно, фотосинтетическая активность сильно снижается, когда растения вынуждены реагировать на засуху. Засухи, препятствующие фотосинтезу, были тщательно изучены. Однако относительная важность различных факторов, ограничивающих фотосинтез, все еще остается спорной. Ясно, что ограничение доступности СО2 из-за снижения устьичной проводимости обычно считается основной причиной снижения фотосинтеза при слабом или умеренном ограничении воды. Важно отметить, что в полевых условиях устьица закрываются особенно в полдень, когда интенсивность света становится максимальной, что приводит к избытку падающей энергии по отношению к доступному межклеточному СО2.
Следовательно, количество собранной световой энергии и генерируемой восстановительной мощности может легко превысить скорость ее потребления в цикле Кальвина-Бенсона-Бэсшема (СВВ), что вызывает избыток активных форм кислорода (АФК) и последующее повреждение клеток. Следовательно, растения используют ряд различных защитных механизмов для рассеивания избыточной энергии при сборе света в условиях ограничения выбросов СО2. Пшеница является одной из важных основных продовольственных культур в мире. Исследования показывают, что в большинстве регионов мира, где выращивается пшеница, наблюдаются периоды превышения оптимальных температур, приводящие к значительному снижению урожайности зерна. Кроме того, МГЭИК прогнозировала, что в будущем посевы будут сталкиваться с кратковременными периодами экстремальных температур, что усугубит негативное влияние температур на урожайность зерна.
Пшеница чувствительна к высокой температуре на репродуктивных стадиях по сравнению с вегетативными стадиями. Оптимальная температура для пшеницы на репродуктивных стадиях составляет от +15 до +20°С. Однако в регионах мира, где выращивается пшеница, ожидается повышенная частота высоких дневных температур (> +34°С). Если возникновение высоко-температурного стресса совпадает с чувствительными стадиями пшеницы, это окажет значительное негативное влияние на урожай зерна. У полевых культур повышение температуры на критических стадиях роста может привести к снижению урожайности на 2,5-10%.
Для пшеницы повышение минимальной или максимальной температуры на 1 °C в течение сезона сбора урожая может снизить мировое производство пшеницы на - 5,6%. Повышение прогнозируемой температуры на 1°С во время репродуктивных стадий может снизить урожай зерна на 21%. Мировое производство пшеницы будет снижаться на 6% при каждом повышении текущей средней температуры на 1°С и станет более изменчивым во времени и пространстве. Поэтому важно выводить генотипы, устойчивые к высокой температуре, для поддержания производства пшеницы.
Фотосинтез листьев серьезно страдает от высокочастотного стресса, влияющего на рост и развитие растений. Внутри хлоропласта фотосистема II, присутствующая в тилакоидных мембранах, очень чувствительна к высокой температуре, а повреждения тилакоидной мембраны снижают перенос фото-синтетических электронов, синтез аденозинтрифосфатфосфата и изменения в фотохимических реакциях. Кроме того, высокая температура увеличивает выработку активных форм кислорода (АФК), включая супероксидный радикал (О2 ), перекись водорода (Н2О2) и перекисное окисление липидов, что приводит к увеличению повреждения мембран. Высокотемпературный стресс также вызывает набухание тилакоидной мембраны и непроницаемость, что приводит к физическому отделению хлорофиллового комплекса II для сбора света от основного комплекса фотосистемы. Снижение скорости фотосинтеза при стрессе высоких температур у пшеницы является взаимосвязью между повреждением тилакоидной мембраны, липидным составом мембраны и окислительным повреждением клеточных органелл.
Цель и задачи исследований. Целью дипломной работы являлось изучение динамики изменения интенсивности фотосинтеза у растений пшеницы в условиях стресса.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
• исследовать процесс фотосинтеза и изменения интенсивности фотосинтеза у растений в условиях стресса;
• охарактеризовать влияние внутренних и внешних факторов на фотосинтез;
• проанализировать агроклиматические ресурсы региона;
• выявить изменение содержания пигментов у растений пшеницы в условиях стресса;
• проследить изменения интенсивности фотосинтеза у пшеницы в условиях стресса.
Воздействие жары, засухи и холода благоприятно сказываются на не-которых качественных характеристиках, таких как зольность и белок, но отрицательно - на урожайности, поскольку качество и количество обратно пропорциональны друг другу.
Стресс от засухи является одним из основных ограничений роста рас-тений и вызывает во всем мире серьезные потери урожая, особенно зерновых. Засуха уже вызвала среднее снижение урожайности на 9-10% по всему миру в период с 1964 по 2007 г., и современные климатические модели пред-сказывают дальнейшее ухудшение этой ситуации. Следовательно, стрессо- устойчивость к засухе была признана главной целью будущих селекционных программ. Стресс от засухи ставит перед растениями дилемму: с одной стороны, им необходимо закрывать устьица, чтобы избежать чрезмерной потери воды, а с другой стороны, им необходимо держать устьица открытыми для охлаждения и поглощения ССК Соответственно, фотосинтетическая активность сильно снижается, когда растения вынуждены реагировать на засуху. Засухи, препятствующие фотосинтезу, были тщательно изучены. Однако относительная важность различных факторов, ограничивающих фотосинтез, все еще остается спорной. Ясно, что ограничение доступности СО2 из-за снижения устьичной проводимости обычно считается основной причиной снижения фотосинтеза при слабом или умеренном ограничении воды. Важно отметить, что в полевых условиях устьица закрываются особенно в полдень, когда интенсивность света становится максимальной, что приводит к избытку падающей энергии по отношению к доступному межклеточному СО2.
Следовательно, количество собранной световой энергии и генерируемой восстановительной мощности может легко превысить скорость ее потребления в цикле Кальвина-Бенсона-Бэсшема (СВВ), что вызывает избыток активных форм кислорода (АФК) и последующее повреждение клеток. Следовательно, растения используют ряд различных защитных механизмов для рассеивания избыточной энергии при сборе света в условиях ограничения выбросов СО2. Пшеница является одной из важных основных продовольственных культур в мире. Исследования показывают, что в большинстве регионов мира, где выращивается пшеница, наблюдаются периоды превышения оптимальных температур, приводящие к значительному снижению урожайности зерна. Кроме того, МГЭИК прогнозировала, что в будущем посевы будут сталкиваться с кратковременными периодами экстремальных температур, что усугубит негативное влияние температур на урожайность зерна.
Пшеница чувствительна к высокой температуре на репродуктивных стадиях по сравнению с вегетативными стадиями. Оптимальная температура для пшеницы на репродуктивных стадиях составляет от +15 до +20°С. Однако в регионах мира, где выращивается пшеница, ожидается повышенная частота высоких дневных температур (> +34°С). Если возникновение высоко-температурного стресса совпадает с чувствительными стадиями пшеницы, это окажет значительное негативное влияние на урожай зерна. У полевых культур повышение температуры на критических стадиях роста может привести к снижению урожайности на 2,5-10%.
Для пшеницы повышение минимальной или максимальной температуры на 1 °C в течение сезона сбора урожая может снизить мировое производство пшеницы на - 5,6%. Повышение прогнозируемой температуры на 1°С во время репродуктивных стадий может снизить урожай зерна на 21%. Мировое производство пшеницы будет снижаться на 6% при каждом повышении текущей средней температуры на 1°С и станет более изменчивым во времени и пространстве. Поэтому важно выводить генотипы, устойчивые к высокой температуре, для поддержания производства пшеницы.
Фотосинтез листьев серьезно страдает от высокочастотного стресса, влияющего на рост и развитие растений. Внутри хлоропласта фотосистема II, присутствующая в тилакоидных мембранах, очень чувствительна к высокой температуре, а повреждения тилакоидной мембраны снижают перенос фото-синтетических электронов, синтез аденозинтрифосфатфосфата и изменения в фотохимических реакциях. Кроме того, высокая температура увеличивает выработку активных форм кислорода (АФК), включая супероксидный радикал (О2 ), перекись водорода (Н2О2) и перекисное окисление липидов, что приводит к увеличению повреждения мембран. Высокотемпературный стресс также вызывает набухание тилакоидной мембраны и непроницаемость, что приводит к физическому отделению хлорофиллового комплекса II для сбора света от основного комплекса фотосистемы. Снижение скорости фотосинтеза при стрессе высоких температур у пшеницы является взаимосвязью между повреждением тилакоидной мембраны, липидным составом мембраны и окислительным повреждением клеточных органелл.
Цель и задачи исследований. Целью дипломной работы являлось изучение динамики изменения интенсивности фотосинтеза у растений пшеницы в условиях стресса.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
• исследовать процесс фотосинтеза и изменения интенсивности фотосинтеза у растений в условиях стресса;
• охарактеризовать влияние внутренних и внешних факторов на фотосинтез;
• проанализировать агроклиматические ресурсы региона;
• выявить изменение содержания пигментов у растений пшеницы в условиях стресса;
• проследить изменения интенсивности фотосинтеза у пшеницы в условиях стресса.
Температура - один из ведущих факторов внешней среды, оказывающий многогранное воздействие на все живые организмы. Даже при относительно высоких среднесуточных температурах часто наблюдаются большие перепады среднесуточной температуры в ночное время или в ранние утренние часы. В таких случаях воздействие низких температур на растения носит кратковременный характер и ежедневно сменяется периодом оптимальных температур.
Низкие температуры вызывают стрессовую реакцию у организма растения, что приводит к активации системы адаптации к новым условиям существования. Защитные механизмы зачастую направлены на преодоление последствий окислительного стресса, который возникает под действием стрессора. Также, низкотемпературное воздействие приводит к снижению водного потенциала почвенного раствора, индуцируя развитие водного дефицита у растений. Изменения, происходящие на начальных стадиях роста, под действием низкотемпературного стресса, влияют впоследствии на протекании многих биохимических и физиологических процессов у растений.
Нет сомнений в том, что урожайность пшеницы должна заметно увеличиваться по мере роста населения планеты, поэтому подробная информация и лучшее понимание реакций и механизмов фотосинтеза могут помочь вывести новые культуры с более высокой урожайностью даже в условиях стресса.
Изучение этой проблемы имеет не только очевидное практическое значение, но и не менее важно теоретически, так как в течение вегетационного периода в естественных условиях растения наиболее часто подвергаются воздействию перепадов температуры в суточном цикле, чем постоянному её действию.
В ходе работы были получены следующие выводы:
1. Низкие положительные температуры угнетают ростовые процессы у растений яровой пшеницы сорта «Злата». Длина корня и побега уменьшалась на 15,6% и на 24,0% относительно контроля. Это можно объяснить тем, что растения в молодом возрасте наиболее чувствительны, так как в условиях стресса в первую очередь повреждаются те метаболические звенья, которые связаны с активным ростом. Стрессовое воздействие приводило к снижению содержания воды в клетках побега и уменьшению сухой массы корней.
2. В ходе опытов было установлено, что воздействие низких положительных температур увеличивает содержание пигментов. По сравнению с контролем содержание хлорофилла увеличилось на 10,8 %, каротиноидов - на 6,5 %. Их увеличение является одной из адаптивных физиологических реакций растений, в частности, каротиноиды защищают хлорофиллы от фото-деструкции и действия активных форм кислорода, образующегося при низко-температурном стрессе.
3. Кратковременное воздействие (1 ч) низкими положительными температурами приводило к снижению интенсивности фотосинтеза на 12,5% в опыте по сравнению с контролем. Длительное воздействие стрессора (24 ч) снижало интенсивность фотосинтеза на 76,8% в опыте по сравнению с контролем. Устранение стрессовой ситуации приводило к восстановлению интенсивности фотосинтеза (5,6 мг СО2/(дм2,ч) в контроле и 5,5 мг СО2/(дм2*ч) в опыте).
Низкие температуры вызывают стрессовую реакцию у организма растения, что приводит к активации системы адаптации к новым условиям существования. Защитные механизмы зачастую направлены на преодоление последствий окислительного стресса, который возникает под действием стрессора. Также, низкотемпературное воздействие приводит к снижению водного потенциала почвенного раствора, индуцируя развитие водного дефицита у растений. Изменения, происходящие на начальных стадиях роста, под действием низкотемпературного стресса, влияют впоследствии на протекании многих биохимических и физиологических процессов у растений.
Нет сомнений в том, что урожайность пшеницы должна заметно увеличиваться по мере роста населения планеты, поэтому подробная информация и лучшее понимание реакций и механизмов фотосинтеза могут помочь вывести новые культуры с более высокой урожайностью даже в условиях стресса.
Изучение этой проблемы имеет не только очевидное практическое значение, но и не менее важно теоретически, так как в течение вегетационного периода в естественных условиях растения наиболее часто подвергаются воздействию перепадов температуры в суточном цикле, чем постоянному её действию.
В ходе работы были получены следующие выводы:
1. Низкие положительные температуры угнетают ростовые процессы у растений яровой пшеницы сорта «Злата». Длина корня и побега уменьшалась на 15,6% и на 24,0% относительно контроля. Это можно объяснить тем, что растения в молодом возрасте наиболее чувствительны, так как в условиях стресса в первую очередь повреждаются те метаболические звенья, которые связаны с активным ростом. Стрессовое воздействие приводило к снижению содержания воды в клетках побега и уменьшению сухой массы корней.
2. В ходе опытов было установлено, что воздействие низких положительных температур увеличивает содержание пигментов. По сравнению с контролем содержание хлорофилла увеличилось на 10,8 %, каротиноидов - на 6,5 %. Их увеличение является одной из адаптивных физиологических реакций растений, в частности, каротиноиды защищают хлорофиллы от фото-деструкции и действия активных форм кислорода, образующегося при низко-температурном стрессе.
3. Кратковременное воздействие (1 ч) низкими положительными температурами приводило к снижению интенсивности фотосинтеза на 12,5% в опыте по сравнению с контролем. Длительное воздействие стрессора (24 ч) снижало интенсивность фотосинтеза на 76,8% в опыте по сравнению с контролем. Устранение стрессовой ситуации приводило к восстановлению интенсивности фотосинтеза (5,6 мг СО2/(дм2,ч) в контроле и 5,5 мг СО2/(дм2*ч) в опыте).
Подобные работы
- Влияние стрессовых условий на фотосинтетическую активность каллусных культур пшеницы
Магистерская диссертация, биология. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2016 - АДАПТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА И СОДЕРЖАНИЯ
ЛИПИДОВ РАСТЕНИЙ КРИОЛИТОЗОНЫ ЯКУТИИ
ПРИ ГИПОТЕРМИИ
Диссертация , биология. Язык работы: Русский. Цена: 5790 р. Год сдачи: 2017 - ДЕЙСТВИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СТРЕССА НА РОСТ, РАЗВИТИЕ И ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ
Дипломные работы, ВКР, биология. Язык работы: Русский. Цена: 4600 р. Год сдачи: 2023 - Сезонные особенности Zea maysв условиях их взаимодействия с грибами рода Trichoderma
Главы к дипломным работам, биология. Язык работы: Русский. Цена: 7300 р. Год сдачи: 2016