Аппликация из сухих листьев 2 класс: Презентация по технологии на тему "Аппликация из сухих листьев" (2 класс)

Содержание

Компостирование листового листа

Применение земли и заделка листьев на возделываемых землях

В дополнение к доставке листьев на обычные предприятия по компостированию листьев, муниципалитеты могут работать с местным фермером, который практикует компостирование листовых листьев как еще один метод переработки листьев. Этот учебник был создан, чтобы предоставить основную информацию муниципалитетам и фермерам, заинтересованным в практике «компостирования листовых листьев» (SLC). Обзор литературы по SLC был проведен, составлен и представлен на следующих страницах для использования в качестве руководства для заинтересованных лиц.

Компостирование листового листа представляет собой внесение и заделку листьев на пахотных землях, активно используемых для сельскохозяйственного производства, в качестве удобрения для почвы и мульчи. Исследования, сравнивающие стоимость обычного компостирования в валках и SLC, пришли к выводу, что SLC является значительно менее дорогим вариантом переработки листьев.

Наличие пахотных земель в октябре и ноябре, в течение большей части муниципального сезона сбора листьев, делает компостирование листьев жизнеспособным вариантом для многих муниципалитетов и фермеров. У муниципалитетов теперь есть возможность поддерживать местное сельское хозяйство через государственное/частное партнерство с фермерами по переработке листьев. Эти партнерские отношения могут быть взаимовыгодными, как указано ниже.

Пособия фермеру

Дополнительный доход за счет чаевых или контрактов
Улучшения возделываемых земель в плане обработки почвы, влагоудерживающей способности, структуры и питательных веществ
Дополнительная компенсация за использование пахотных земель, оборудования и рабочей силы, которые могут быть недоиспользованы в послеуборочный период
Вклад в устойчивое сельское хозяйство

Социальные пособия

Снижение затрат на утилизацию
Минимальные расходы на перевозку
Устранение ответственности и расходов, связанных с эксплуатацией, обслуживанием и управлением предприятием по производству листового компоста
Поддержка местных фермеров

Экологические преимущества

Уменьшение эрозии почвы в результате увеличения агрегации почвы и поверхностных остатков от практики компостирования листовых листьев
Улучшение способности почвы удерживать питательные вещества, что снижает проблемы с фильтратом и стоком
Снижение потенциальных экологических и неприятных проблем, иногда связанных с плохо эксплуатируемыми установками для компостирования

Сотрудничество муниципалитетов, сообществ и фермеров

Фермеры и муниципалитеты должны работать вместе, чтобы преодолеть препятствия, которые могут возникнуть при применении листьев на сельскохозяйственных угодьях.

Муниципалитет должен реагировать на потребности фермера и работать с перевозчиками и населением, чтобы на листьях не было мусора и других физических загрязнителей. Это будет постоянной заботой для фермера. Плата за чаевые должна быть адекватной, чтобы компенсировать дополнительное время и расходы, связанные с обработкой и включением отпусков.

Фермер должен обеспечить всепогодный доступ к полевым участкам, где будут применяться листья. Поле должно иметь достаточный доступ либо для непосредственного внесения листьев, либо достаточную площадь для временного хранения листьев перед внесением. Изменения в севообороте, планировке полей и зонах доступа могут быть необходимы, чтобы приспособиться к приходу листьев. Хорошо дренированная земля лучше всего подходит для доставки листьев в любых погодных условиях.

Соображения для фермера

Помимо труда и времени, связанных с распределением и заделкой листьев, другие факторы могут создавать проблемы для фермеров, занимающихся заделкой листьев. Потенциальные проблемы включают:

Удаление и утилизацию посторонних материалов, смешанных с листьями в процессе сбора
Координация наличия и доступа к земле
Наличие оборудования и рабочей силы для своевременного распределения и заделки листьев в поле.
Учет дополнительных удобрений, которые могут понадобиться, особенно в первый сезон [Мейнард (1)]
Снижение эффективности гербицидов для предпосевной обработки, поэтому может потребоваться рассмотрение других средств борьбы с сорняками при применении более 30 тонн (в пересчете на сухую массу) листьев на акр [Whitacre]

Муниципальные соображения

Муниципалитеты, желающие переработать свои листья, должны знать, что фермеры, принимающие листья, должны взимать с муниципалитета плату за обработку почвы, чтобы компенсировать расходы на заявку на землю и регистрацию. Муниципальные соображения:

Компенсация фермерам, принимающим листья
Обучение сборщиков листьев, перевозчиков и местного населения уменьшению количества посторонних материалов при сборе листьев
Планирование доставки и доступа к полевым фермам
Возделываемые земли не должны находиться в непосредственной близости от мест сбора листьев

Подготовка листьев

На листьях не должно быть мусора и других физических загрязнений, таких как стекло, бутылки, банки, пластик, большие ветки деревьев, мешки для сбора листьев и ветки.

Фермер может использовать листья только в агрономических нормах, которые не окажут неблагоприятного воздействия на сельскохозяйственные операции.

Обучение

Обучение всех участников имеет решающее значение для успеха операции компостирования листового листа. Фермеры и муниципалитеты должны достичь взаимопонимания относительно ответственности каждой стороны. Муниципалитеты должны иметь участок в непосредственной близости от источника листьев, доступный при любых погодных условиях. Общественность должна быть образована, чтобы понять важность недопущения попадания мусора и мусора в сбор листьев. Сгребая листья на обочину для сбора, общественность должна учитывать потребности фермера и работать над тем, чтобы свести загрязнение к минимуму. Перевозчики и сборщики должны учитывать потребности фермера. Коммуникация между участниками имеет решающее значение для достижения взаимовыгодного государственно-частного партнерства.

Требования к контракту

Контракт между сторонами, участвующими в процессе листового компостирования, имеет важное значение. Контракт должен содержать очень конкретные требования как к фермерам, так и к муниципалитету, доставляющему листья. Контракт должен включать, но не ограничиваться следующими пунктами:

Плата за чаевые и способ оплаты
Количество листов, которые будут приняты
Особые требования к доставке листьев без физических загрязнений
Сроки и места доставки листьев на ферму
Процедуры и лица, ответственные за обработку и утилизацию неприемлемых материалов, доставленных на ферму
Ведение учета
Положения о пересмотре и изменении договора по мере изменения условий
Другие эксплуатационные и специфичные для площадки требования

Требования DEEP

Раздел 22a-208i(a)-1(g) Постановлений Агентств штата Коннектикут (RCSA) относительно компостирования листьев относится конкретно к компостированию листовых листьев. Постановление требует, чтобы:

Лицо, практикующее SLC, должно иметь Разрешение на освобождение от налога с продаж сельскохозяйственной продукции, выданное в соответствии с главой 219 Общего устава Коннектикута.
Лицо, практикующее SLC, должно соблюдать требования к отчетности для предприятий по переработке в соответствии с разделом 22a-208e(c) Общего устава Коннектикута.
DEEP необходимо уведомить за 30 дней до принятия отпусков для SLC. Была разработана специальная форма уведомления, которая доступна в рамках программы DEEP Recycling Program.

Для SCL нельзя использовать никакие другие материалы, кроме листьев.
SLC должен проводиться только на землях, активно предназначенных для сельскохозяйственного производства.
Листья должны доставляться на сельскохозяйственные угодья неупакованными.
Перед внесением листьев в землю любой нелистовой материал, смешанный с листьями, должен быть удален и надлежащим образом утилизирован.
Листья должны быть нанесены на землю в течение четырнадцати (14) дней после доставки и должны быть разложены слоем не выше шести дюймов.
Ни одна земля не может получить в результате SLC более шести дюймов листьев в течение любых 12 месяцев. По оценкам DEEP, это эквивалентно примерно 800 кубическим ярдам или 200 тоннам листьев на акр.

Все листья, внесенные в землю, должны быть заделаны в почву не позднее следующего сезона обработки почвы, следующего за временем внесения листьев, за исключением случаев, когда листья предназначены для мульчирования почвы.

Любой, кто заинтересован в компостировании листовых листьев, должен ознакомиться с этим положением.

Управление питательными веществами

Тщательное перемешивание и внесение листьев в почву имеет решающее значение для ускорения минерализации листьев и предотвращения дисбаланса азота и углерода в почве. Листья, собранные и использованные осенью, имеют соотношение углерода и азота от 40:1 до 80:1. Когда соотношение углерода и азота в почве превышает 30:1, скорость деградации листьев замедляется, а азот, доступный для роста растений, уменьшается [Петерсон (1)].

Большинство исследований показывают, что снижение урожайности из-за неподвижности азота может произойти на землях, где было применено большое количество (более 10-20 тонн сухих тонн на акр) листьев. Норма внесения азота должна быть увеличена, чтобы компенсировать неподвижность азота, ожидаемую из-за обильного внесения листьев [Nally, Maynard (1)]. Скорость минерализации можно ускорить, а неподвижность азота предотвратить, если во время заделки листья тщательно перемешать с почвенным профилем, засеяв листья почвенными микроорганизмами [Петерсон (2)].

Агрономические преимущества для фермеров, применяющих листья на пахотных землях, будут варьироваться в зависимости от существующего плодородия почвы, методов управления, типа почвы и выращиваемой культуры. При расчете нормы внесения листьев на землю стандартом была норма пересчета 4 кубических ярда на тонну. Однако фактическая скорость преобразования будет зависеть от содержания влаги и плотности листьев при доставке. Свободные, сухие листья могут иметь вес 10 кубических ярдов на тонну, а плотно упакованные влажные листья могут иметь вес 2 кубических ярда на тонну.

Анализ питательных веществ листьев на сухую тонну обычно может варьироваться от 15 до 18 фунтов азота, от 4 до 5 фунтов фосфора и от 10 до 12 фунтов калия. Фактические питательные вещества, доступные для роста растений, высвобождаются довольно медленно. Подобно другим почвенным удобрениям, доступность азота, фосфора и калия, присутствующих в листьях, зависит от температуры почвы, pH, типа почвы, остатков предыдущего урожая, влажности и других факторов. Необходимы дополнительные исследования, чтобы определить долгосрочное влияние ежегодных листовых подкормок на доступность азота, рН и содержание металлов в почве. Исследования показывают:

Применение листьев на пахотных землях не оказало чистого влияния на pH почвы [Kluchinski (2)].
При применении листьев [Whitacre] не было обнаружено увеличения содержания металлов в культуре или почве.
Хорошо дренированные песчаные почвы могут получить наибольшую выгоду от добавления листьев из-за увеличения органического вещества, водоудерживающей способности и общей площади почвы [Maynard (2)].
Содержание органического вещества и плодородие почвы улучшаются при листовой подкормке [Петерсон (1)].
Добавление листьев на пахотные земли повысит долгосрочное плодородие почвы.
Нормы внесения 20 и 40 тонн сухого вещества на акр были внесены в илистый суглинок с помощью фрезы, и неподвижность азота не наблюдалась [Петерсон (2)].

Перед посадкой на всех пахотных землях следует провести анализ питательных веществ почвы, чтобы определить рекомендации по удобрениям для конкретных культур.

Методы нанесения и оборудование

Фермеры-практики должны быть готовы экспериментировать с имеющимся в их распоряжении оборудованием, чтобы определить наиболее успешные методы внесения листьев для своих конкретных операций. Отчеты о лучшем типе оборудования для разбрасывания разнятся. Обычный разбрасыватель с задней разгрузкой был признан лучшим методом равномерного распределения [Kluchinski (3)]. Как сообщается, разбрасывание листьев с помощью обычного разбрасывателя навоза может занять довольно много времени из-за мощности разбрасывателя по сравнению с объемом листьев. Значительные затраты времени и средств могут быть связаны с погрузкой и внесением листьев в почву с использованием обычных разбрасывателей малой мощности [Nally]. Использование обычного разбрасывателя навоза потребует, чтобы временные склады опавших листьев располагались недалеко от дорог и близко к полям, на которых будет разбрасываться материал.

Поскольку листья собирают при любых погодных условиях, важно размещать запасы и места внесения с учетом доступа во влажную погоду. Доступ к возделываемым землям следует менять в соответствии с изменяющимися погодными условиями и условиями местности. Хорошо дренированные полевые участки или подъездные пути можно оставить в резерве для доставки во время дождливой погоды. Следует использовать соответствующие методы ведения сельского хозяйства, чтобы свести к минимуму торговлю на насыщенных полях, чтобы уменьшить уплотнение и колею.

В условиях засушливой погоды и на хорошо дренированных пахотных землях размещение грузовиков с листьями через определенные промежутки времени на пахотных землях может быть эффективным способом доставки листьев для прямой заделки [Eisenhauer]. Выталкивание или сортировка листьев, сложенных на пахотных землях, в некоторых случаях обеспечивало адекватное распределение. Насыщенные листья могут сбиться в кучу или неравномерно рассредоточиться, если для раздачи используются фронтальные погрузчики.

Измельчение листьев перед внесением в почву позволяет равномерно сортировать листья с помощью ковшового погрузчика. Листья легче распространять и включать в пахотные земли, если они предварительно измельчены [Петерсон]. Насадка «Brush Hog» использовалась для измельчения сложенных листьев в поле, чтобы уменьшить объем листьев и способствовать их равномерному распределению [Робертсон].

Методы и оборудование для заделки

Успешная заделка листьев в почву зависит от толщины листового слоя, равномерности внесения, условий влажности листьев, измельчения листьев, типа почвы, объема и консистенция существующих пожнивных остатков. Два прохода чизельным плугом оказались лучшим методом включения листового материала в пахотные земли [Клучинский (3)]. При норме внесения 6 дюймов лучше всего наносить листья в два трехдюймовых применения, тщательно заделывая листья после каждого применения. Использование навесного фрезы оказалось эффективным при обработке листвы с расходом менее 40 тонн на акр [Петерсон (1)]. Отчеты показывают, что боронование и вспашка отвала менее эффективны при включении листьев слоями более 3 дюймов или при неравномерном применении. Отчеты указывают на небольшие проблемы с включением 3-дюймовых слоев листьев, однако слои более 5 дюймов оказались более сложными. Листья легче включить, если их предварительно измельчить. Предварительная обработка пахотных земель для уменьшения влияния растительных остатков поможет заделке листьев, однако дополнительная обработка почвы приведет к более высоким затратам на заделку. Отчеты показывают, что полное включение и смешивание листьев с почвенным профилем имеет решающее значение для равномерного роста последующего урожая.

Резюме

Компостирование листового листа может быть жизнеспособной альтернативой полезной переработке муниципальных листьев. Все сообщество может гордиться тем, что сохраняет местное сельское хозяйство, поддерживая возможность увеличения дохода на ферме за счет компостирования листового листа. Стимулируя частно-государственное партнерство, местное сельское хозяйство может помочь обеспечить еще один метод переработки листьев.

Для получения дополнительной информации

Программа утилизации Министерства энергетики и защиты окружающей среды штата Коннектикут подготовила этот учебник по SLC. Для получения информации о компостировании листового листа, формы уведомления о компостировании листового листа или информации о программе компостирования листового листа и требованиях Коннектикута посетите нашу веб-страницу, посвященную крупномасштабному управлению органическими веществами.

Ссылки и дополнительная литература

Eisenhauer, S. , Мульча из листьев на ферме заменит компостирование листьев , Waste Dynamics, May, 1993:1.

Fritz, T. and R. Graves, Внесение листьев и скошенной травы в почву , Penn State University, Информационный бюллетень по сельскохозяйственной и биологической инженерии, 1992.

Hegberg, B., G. Brenniman, and W. Hallenbeck, Yard Waste Programs , Центр управления отходами и исследований Университета Иллинойса, Чикаго, Иллинойс, 19 июля.90.

Ключинский, Д. (1)., Листовое мульчирование посевных площадей , Расширение кооператива Рутгерс, Отчет за 1992 г.

Ключински, Д. (2)., Дж. Хекман, Дж. Махар, Д. Дерр, Университет Рутгерса и Ф. Келли, Министерство сельского хозяйства США, Мульчирование листьев: использование муниципальных отходов листвы в качестве поправки к почве , 1992 г. Отчет.

Ключинский, Д. (3)., Оценка методов и оборудования для распространения и заделки листовых отходов на сельскохозяйственных землях , Отчет о расширении кооператива Рутгерс.

Maynard, A. (1)., Сельскохозяйственная экспериментальная станция Коннектикута, личное сообщение, апрель 1994 г.

Maynard, A. (2)., Эксперимент Кромвеля по переработке листьев, Заключительный отчет, Сельскохозяйственная экспериментальная станция Коннектикута. , август 1993 г.

Nally, T., Leaf Spreading Project — Town of Pittsford , Отчет о совместном проекте расширения Корнелла, май 1989 г.

Peterson, A.E., P.E. Спет, Д. Э. Шлаф, Т. Х. Райт и Т. Б. Гиндер., Эффекты применения листьев из Мидлтауна, штат Висконсин, на возделываемых землях , Университет Висконсин-Мэдисон, отчет 1989 года.

Петерсон, А. Э., Департамент почвоведения, Университет Висконсин-Мэдисон, Личные сообщения, май, 1994 г. Soybean Propland , Государственный университет Иллинойса, отчет за 1991 год.

Компостирование | Крупномасштабное компостирование

Content Последнее обновление 14 февраля 2020 г.

Как растения справляются с засушливыми днями? · Frontiers for Young Minds

Abstract

Растения регулярно сталкиваются с засушливыми условиями. Недостаток воды представляет серьезную угрозу способности растения расти и развиваться или даже просто выживать! Если растения умрут, у нас не будет достаточно еды! Как растениям удается выживать при нехватке воды? Они должны каким-то образом чувствовать, реагировать и адаптироваться к изменениям доступности воды. Они делают это с помощью ряда методов, которые позволяют растению бороться с нехваткой воды. Структурная «броня» растения помогает ему уменьшить количество воды, которую оно теряет в окружающую среду, и увеличить запасы воды. Растения реагируют на нехватку воды очень сложным образом. Эти реакции могут включать изменения в росте растений и в их способности защищаться от токсичных химических веществ, которые накапливаются в растении в засушливые периоды. Все реакции растения напрямую контролируются генами растения. Если мы сможем понять гены, участвующие в защите растений от засухи, в будущем мы сможем производить генетически модифицированные культуры, способные переносить глобальное потепление и изменения климата.

Вы слышали, как люди говорят о глобальном потеплении и изменении климата? Вы знаете, что означают эти термины? Эти термины в основном подразумевают, что земля с каждым годом становится все жарче. Эти более высокие температуры приводят к неожиданным и необычным погодным условиям. Одним из таких экстремальных погодных явлений являются частые и сильные засухи. Засухи — это очень длительные сухие периоды без дождя. Что означают сильные засухи для растений? Что ж, растения сидячие , что означает, что они остаются на одном месте и не могут передвигаться, как мы. Они не могут вырвать свои корни и перебраться в тенистое или влажное место. Поэтому растениям как-то нужно справляться с этими постоянно усиливающимися засушливыми условиями, иначе они просто погибнут. Помните, растения – это наша пища. Мы едим растения в сыром или приготовленном виде (те овощи, которые ваша мама настаивает на том, чтобы вы ели!) или в переработанном виде, например, ваши любимые хлопья для завтрака [которые сделаны из пшеницы или кукурузы (кукурузы)]. Итак, если растения погибнут из-за засухи, у нас не будет достаточно еды!

Если вокруг нет воды, что могут сделать растения, чтобы выжить? Удивительно, но у всех растений в ДНК закодировано несколько генов, отвечающих за стратегии защиты от засухи. Гены — это небольшие участки ДНК, как главы в книге. То, как они используют эти гены, определяет их способность пережить засуху.

Некоторые растения засухоустойчивы. Когда мы говорим о засухоустойчивых растениях, мы имеем в виду растения, способные выдерживать засушливые условия без гибели. Засухоустойчивое растение может пережить засуху, используя три стратегии защиты: бегство, избегание или терпимость к потере воды [1]. Засухоустойчивые растения довольно редко встречаются в природе и могут выдерживать длительные периоды без воды. Некоторые из самых впечатляющих засухоустойчивых растений называются воскрешающими растениями. Воскресающие растения способны выживать длительное время (до 3 лет!) без воды. Однако дайте им немного воды, и они вернутся к жизни через день или два. Другие засухоустойчивые растения могут быть не такими впечатляющими, но они тоже могут пережить короткие периоды засухи, используя специальные методы и стратегии защиты.

Некоторые растения имеют особую структуру, помогающую им выжить в условиях засухи

Некоторые растения способны пережить засуху благодаря своему уникальному строению. Эти структурные особенности включают внешнюю броню растений, которая защищает их от потери воды, а также инструменты, помогающие растениям поглощать и хранить воду. Засухоустойчивые растения могут быть специально адаптированы для жизни и выживания в очень засушливой среде. Эти растения часто сильно отличаются от растений, живущих в районах, где вода легкодоступна. Засухоустойчивые растения обычно обладают особыми свойствами «избегания» (одна из защитных адаптаций!), чтобы гарантировать, что меньше воды будет потеряно в окружающую среду или что больше воды будет поглощено и сохранено в растении. Растения под названием пустыня 9Суккуленты 0005 являются хорошим примером растений, у которых есть стратегии предотвращения засухи [2]. Суккуленты пустыни имеют толстые мясистые листья, которые часто совсем не похожи на листья, и имеют толстый восковой слой для предотвращения потери воды. Суккуленты пустыни также имеют обширную корневую систему, которая ищет воду под сухой почвой пустыни (рис. 1). У некоторых суккулентов есть специальные корни, которые образуют большие структуры луковиц, которые на самом деле являются подземными резервуарами для воды для растения. Эти растения могут пережить годы засухи, используя воду, хранящуюся в их луковицах.

Рисунок 1. Экстремальные структурные приспособления растений для борьбы с потерей воды и хранения большего количества воды.

Большая часть воды, которую теряет растение, теряется в результате естественного процесса, называемого транспирацией . У растений есть небольшие поры (отверстия или отверстия) на нижней стороне листьев, называемые устьицами . Растения поглощают воду через свои корни и выделяют воду в виде пара в воздух через эти устьица. Чтобы выжить в условиях засухи, растениям необходимо уменьшить транспирацию, чтобы ограничить потерю воды. Некоторые растения, которые живут в засушливых условиях, эволюционировали, чтобы иметь более мелкие листья и, следовательно, меньше устьиц. Крайними примерами являются растения с листьями, напоминающими колючие шипы. Некоторые растения также могут полностью сбрасывать листья во время засухи, чтобы предотвратить потерю воды. Основное правило заключается в том, что меньшее количество листьев означает меньшую потерю воды в результате транспирации. Эти экстремальные приспособления листьев также могут защитить растения от голодных и жаждущих птиц и животных (рис. 1). Вы, конечно, не хотели бы иметь колючую еду!

Некоторые приспособления весьма умны и предполагают, что растения «избегают» засухи в виде семян (помните, бегство — еще одна защитная стратегия). Семена выживают во время засушливых периодов и очень быстро прорастают (прорастают), растут и дают больше семян, когда идут дожди. Затем эти семена разбрасываются и также могут выживать в экстремальных суровых условиях в течение длительного периода времени. Внимательно присмотревшись к пустынным почвам, вы обнаружите множество лежащих вокруг семян, которые только и ждут дождя, прежде чем снова прорастут.

Некоторые растения также имеют внутреннюю защиту от засухи

В дополнение к специальным конструкциям, растения также имеют внутреннюю защиту от нехватки воды. Когда растение попадает в засушливые условия, внутри растения быстро происходят некоторые реакции, которые помогают растению справиться со стрессом от засухи. Эти реакции, происходящие в растении, часто бывают довольно сложными и изощренными. Мы приведем вам несколько примеров.

Растениям все еще необходимо осуществлять фотосинтез во время засухи

Растения зеленые, потому что они содержат зеленое химическое вещество, называемое хлорофиллом. Хлорофилл упакован в специальные структуры, называемые хлоропластами, которые являются энергетическими фабриками растений. Вместе с водой и углекислым газом (CO ₂), хлорофилл использует солнечный свет для создания сахаров. Эти сахара позволяют растению расти и процветать. Это процесс фотосинтеза , связанный с наличием воды.

Когда в почве растения мало воды, процесс фотосинтеза будет происходить немного по-другому и приведет к накоплению вредных химических веществ, называемых свободными радикалами . Это означает, что растения должны тщательно контролировать, как они используют энергию солнца. Во время фотосинтеза CO ₂ должен попадать в растение через устьица (упомянутые ранее маленькие поры). Но помните, открытые устьица означают, что вода будет теряться через транспирацию! Таким образом, растение сталкивается с трудной проблемой: убедиться, что у него достаточно воды, а также CO ₂ для осуществления фотосинтеза. Для этого растения используют «управление» под названием абсцизовая кислота ( ABA ).

Когда растению не хватает воды, АБК быстро вырабатывается и транспортируется к устьицам. В устьицах ABA контролирует, как они открываются и закрываются, манипулируя чем-то, называемым 9.0005 тургорное давление (рис. 2) [3]. Тургорное давление — это давление, оказываемое на стенку растительной клетки жидкостями внутри клетки. Чем больше воды в ячейке (тем полнее ячейка) и тем больше давление. Управление тургорным давлением обеспечивает баланс между потреблением CO ₂ и потерей воды, чтобы мог происходить фотосинтез. Но если вода остается ограниченной в условиях засухи, в конечном итоге растение не сможет справиться со стрессом от засухи, и весь процесс фотосинтеза может перестать работать должным образом. Однако засухоустойчивые растения придумали хитрый способ избежать потери воды во время фотосинтеза. Они открывают свои устьица только в прохладную ночь, чтобы поглотить CO 9.0309 2 . Затем они сохраняют этот CO ₂ и используют его в дневное время для фотосинтеза. Таким образом, они теряют меньше воды в течение дня, потому что могут держать устьица закрытыми, но могут продолжать расти, хотя и немного медленнее, чем обычно.

Рисунок 2 – Внутренняя защита растений при водном стрессе.
(А) . Когда в почве много воды, растения будут поглощать воду через свои корни. Эта вода будет использоваться растением или выделяться через транспирацию через открытые устьица в листьях. Фотосинтез также будет нормально происходить с CO ₂ и кислород поглощается и выделяется через открытые устьица. (Б) . Но когда в почве имеется ограниченное количество воды, растения пытаются предотвратить потерю воды. Потеря воды в результате транспирации может быть уменьшена путем закрытия устьиц листьев с помощью вещества, называемого АБК. Когда устьица закрыты, фотосинтез уменьшается, потому что CO ₂ не может проникнуть через закрытые устьица. Меньший фотосинтез означает, что растение производит меньше энергии, и растение перестает расти.

Растения должны защищать себя от опасных свободных радикалов

В условиях засухи, когда растение не может должным образом сбалансировать фотосинтез и потерю воды, ему приходится иметь дело с неприятными маленькими молекулами, называемыми свободными радикалами. Свободные радикалы возникают естественным образом во время фотосинтеза, но когда воды мало, образуется больше свободных радикалов. Свободные радикалы могут быть очень опасны для клетки, потому что они могут повредить ДНК, клеточные мембраны, белки и сахара (все эти вещества необходимы для выживания клетки)!

Растения привыкли бороться с небольшим количеством свободных радикалов. Однако засухоустойчивые растения действительно хорошо справляются со свободными радикалами, поскольку накапливают защитные вещества. Эти защитные вещества называются поглотителями свободных радикалов. Присутствие поглотителей свободных радикалов часто вызывает изменение цвета растения. Растения часто становятся красными или пурпурными, когда эти падальщики накапливаются (вы видите пурпурные листья сухого растения на рис. 3Б?). Поглотители свободных радикалов широко распространены в природе и очень хорошо нейтрализуют свободные радикалы, защищая растения от их вредного воздействия.

Рисунок 3. Воскрешение растений, Craterostigma pumilum .
(А) . Вот так выглядит растение, когда оно растет в условиях, когда имеется достаточное количество воды. (Б) . Две средние фотографии показывают растение, когда нет воды, после 3 недель без воды. Вам он не кажется мертвым? (С) . Если то же сухое, мертвое на вид растение полить, в течение 2 недель растение оправится от засухи и начнет давать семена.

Растениям необходимо контролировать количество воды в своих клетках

Осмос — важное понятие в биологии. По сути, осмос — это движение воды через мембрану (например, через клеточную мембрану) в область, где определенные молекулы (такие как соли, сахара и свободные радикалы) встречаются в более высоких концентрациях. Таким образом, вода будет разбавлять концентрацию этих молекул так, чтобы концентрация была одинаковой по обе стороны мембраны. Теперь подумайте о том, что происходит с растением, страдающим от потери воды. Воды недостаточно для осмоса, поэтому молекулы становятся сверхконцентрированными внутри растительных клеток. Как правило, это нехорошо, особенно если эти молекулы являются свободными радикалами.

Опять же, у засухоустойчивых растений есть несколько очень крутых способов борьбы с этой проблемой. При первых признаках засухи в клетках этих растений будет накапливаться сгусток молекул, участвующих в так называемой осмотической перестройке (ОА) [3]. ОА – изменение концентрации растворенного вещества на в клетке. Это похоже на растворение сахара в воде, где сахар является растворенным веществом. Эти молекулы (растворенные вещества) могут быть сахарами, аминокислотами или небольшими белками. Цель этих молекул — ограничить движение воды из клетки. Что делает эти молекулы OA уникальными в засухоустойчивости, так это то, что они выполняют множество функций. Молекулы OA могут физически связываться с ДНК и белками, чтобы защитить их от свободных радикалов. Они также могут связывать саму воду, не давая ей выйти из растительных клеток. Эти молекулы OA также связываются с мембранами, стабилизируя структуру растения при ограничении воды.

Воскрешение растений — прекрасный пример того, как засухоустойчивые растения объединяют концепции, которые мы обсуждали до сих пор. Воскресающие растения способны пережить полную потерю воды. Они накапливают огромное количество ОА, выделяют поглотители свободных радикалов и производят специальные защитные белки, чтобы пережить длительные и сильные засухи. Все это они делают, одновременно сворачивая листья и ожидая дождя (рис. 3). Этот процесс можно сравнить с уходом медведей в спячку.

Гены растения контролируют его реакцию на засуху

Имейте в виду, что мы обсудили эти процессы, используемые для защиты растений от засухи, в очень упрощенной форме. Смотреть внимательно на эти процессы на самом деле очень сложно. На самом базовом уровне эти процессы регулируются использованием растением своего генетического кода — своих генов. Вещества, необходимые для выживания в засуху, будут производиться при доступе к этому коду в нужное время. Этот доступ к генетическому коду, помогающий растению пережить засуху, называется генетической реакцией растения.

Генетическая реакция растения, испытывающего стресс от засухи, очень сложна — многие гены включаются или выключаются. Используя передовые компьютерные технологии, ученые теперь могут идентифицировать большинство генов, которые играют роль в защите растений от засухи. Эта технология обнаружила, что буквально сотни генов включаются и выключаются в зависимости от того, где и когда они нужны! Мы не можем перечислить все эти гены, потому что вам будет совсем скучно в конце первой страницы! что мы будет говорить, что эти гены делятся в основном на три группы: (1) гены, которые контролируют других генов, важных для включения и выключения генов; (2) гены, которые производят вещества, помогающие растениям защищаться от засухи; и (3) гены, участвующие в поглощении и транспорте воды.

Как вы думаете, почему важно знать, какие гены помогают растениям избегать засухи или переносить ее? Большинство наших культур на самом деле не в состоянии пережить засуху. Как мы собираемся защитить наши посевы или сделать их более устойчивыми к этим засухам? Нам нужно использовать знания о генах, которые включаются или выключаются в условиях засухи, чтобы производить растения, более устойчивые к засухе.

За многие годы растениеводы добились определенных успехов в выращивании засухоустойчивых культур. Эти засухоустойчивые культуры были получены в основном путем отбора и селекции отдельных растений, которые хорошо выживали в условиях засухи. За последние несколько десятилетий ученые, работающие над генетически модифицированными (ГМ) растениями, также начали уделять внимание производству засухоустойчивых культур [4].

Для получения ГМ-растения в ДНК растения встраивается новый ген (из любого источника). Вставляя этот новый ген/гены, ученый надеется привнести в ГМ-растение новый полезный признак. Представьте, что вы можете выбирать из сотен полезных генов воскрешающего растения и внедрять некоторые из них в пшеницу! К сожалению, удалось получить лишь несколько засухоустойчивых ГМ-растений (таких как кукуруза/кукуруза и сахарный тростник). Необходимо проделать гораздо больше работы, в том числе убедить широкую общественность в том, что ГМ-растения не опасны!

Заключение

Растения очень уязвимы, когда дело доходит до нехватки воды. Засуха повлияет на рост, развитие, продуктивность растения и, в конечном счете, на его выживание. Однако у растений есть встроенная защита от засухи. Они могут иметь некоторые структурные приспособления, чтобы избежать обезвоживания или переносить его. У них также есть некоторые внутренние защитные механизмы, которые активируются, чтобы попытаться ограничить потерю воды, когда они понимают, что воды становится мало. Все эти защитные системы регулируются генами растения. Знание этих генов и того, как они участвуют в защите растений от засухи, дает человечеству надежду на получение засухоустойчивых ГМ-культур.

Глоссарий

Сидячий : ↑ Организм, который не может двигаться и остается на одном месте, как растение.

Суккуленты : ↑ Растения с утолщенными и мясистыми листьями и стеблями, в которых может храниться вода.

Испарение : ↑ Процесс, при котором корни растений поглощают воду, а затем выделяют водяной пар через поры (устьица) в листьях.

Устьица : ↑ Небольшие отверстия на нижней поверхности листа, через которые вода и газ могут проникать в растение и выходить из него.

Фотосинтез : ↑ Процесс, при котором растения используют воду, свет и CO ₂ для производства пищи (в виде сахаров) и выделения кислорода в воздух.

Свободные радикалы : ↑ Молекулы, которые вступают в реакцию и повреждают все, с чем вступают в контакт.

ABA : ↑ Растительный гормон, называемый абсцизовой кислотой, помогает поддерживать водный баланс растений.

Тургорное давление : ↑ Напряжение, оказываемое на стенку растительной клетки жидкостями внутри клетки. Представьте, что вы наполняете шарик, который вы поместили в стеклянную банку. Чем больше вы наполняете воздушный шар, тем сильнее он давит на жесткую стеклянную банку, как жидкости на жесткую стенку растительной клетки.

Осмос : ↑ Перемещение воды через клеточную мембрану из одной клетки в другую. Почему? Для обеспечения равных концентраций растворенных веществ по обе стороны мембраны.

Осмотическая регулировка : ↑ Изменение концентрации растворенных веществ в растительной клетке.

Растворенное вещество : ↑ Вещество (например, сахар), которое вы растворяете в растворе (например, в воде).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

рисунка были созданы на платформе Mind the Graph (www.