І.О. Огінова

Дніпропетровський національний університет

Вплив абіотичних факторів на ріст кукурудзи

Абіотичні фактори становлять собою невід’ємний компонент будь якої екосистеми, в тому числі й агрофітоценозу (АФЦ). Їх особливість полягає в тому, що вони до сьогодні залишаються некерованими  з боку людини, сягаючи інколи рівня, котрий викликає стрес у культурних рослин.  Запобігти  розвитку патологічних станів, які супроводжуються  зменшенням врожайності можна за допомогою відповідно добра­­­них агротехнічних засобів, але для цього необхідно знати, які саме зміни відбуваються у фізіологічному стані рослин за тих чи інших кліматичних умов. Найважливішими із них для росту і розвит­­­ку рослин є температура повітря і вологість (рівень опадів). За час проведення польового експерименту (9 років) реалізувалися різ­­­номанітні комбінації цих показників, що дозволило, після проведен­­­ня кластерного аналізу, виділити серед них роки із середнім для зони рівнем температури та опадів, посушливі роки й роки із від­­­носно великою вологістю і низькою температурою. Відповідно до цього досліджувалася й динаміка ростових показників кукурудзи.  Обрання саме цих характеристик зумовлювалося тим, що ріст є інтегральним пара­­­метром, який реалізується внаслідок сукупної дії численних фізіолого-бі­­­охімічних процесів і внаслідок цього достатньо добре відображає загальний стан рослин.

Одержані результати дозволили встановити, що для посушливих років характерним є прискорений ріст на початку вегетації. Це свідчить про те, що в несприятливих умовах, зумовлених високою температурою та низьким рівнем опадів, рослини намагаються перебороти стрес за рахунок прискореного формування вегетативної маси.  Ситуація змінюється, коли з часом напруженість досліджуваних екологічних факторів сягає критичного рівня. Внаслідок цього на більш пізніх етапах індивідуального розвитку інтенсивність лінійного росту суттєво зменшується і рослини починають реалізувати іншу стратегію онтогенетичної адаптації, спрямовану на перечікування несприятливих умов.

Аналогічним чином розгортається пристосування культурних рос­­­лин і до існування у відносно вологих та прохолодних умовах. Сут­­­тєвою відмінністю адаптаційних процесів є деяке запізнення стадії прискореного розвитку на початку онтогенезу і більш ін­­­тенсивне гальмування ростових процесів у другій половині вегетації. Це може бути пов'язаним із специфікою кукурудзи, котра має тропічне походження і з біологічної точки зору є краще пристосованою до посухи, ніж до низької температури.

Відповідно до змін лінійного росту на фоні несприятливого сполучення досліджуваних абіотичних факторів відбувається і розвиток листової поверхні кукурудзи. Суттєвою відмінністю є прискорення її росту, котре співпадає у часі з термінами формування репродуктивної сфери, коли в умовах екологічного стресу рослини мобілізують усі резерви для залишення потомства. 

Така синхронізація вегетативного розвитку кукурудзи значною мірою зумовлюється станом апікальних меристем, які становлять собою домінантні регуляторні центри рослинного організму. Основною функцією   цих тканин є здатність до поділу, котра також відчуває на собі вплив несприятливих абіотичних факторів. А саме, реалізація стратегії прискореного розвитку вегетативної сфери відбувається паралельно із зростанням проліферативної активності кореневих меристем. При цьому рівень патологічних стадій мітотичного циклу суттєво не змінюється, зостаючись у межах норми, тобто абіотичні фактори не є мутагенами. Стабільним залишається і кількість ДНК в інтерфазних ядрах клітин кореневих меристем. Виключення становить лише стадія 4-5 листків у кукурудзи, коли посушливі кліматичні умови провокують утворення блоку у пресинтетичному періоді інтерфази, спричинюючи зменшення клітин у фазі синтезу ДНК. Цей факт відображає перехід частини клітин меристематичної тканини до стану спокою.

Подальший онтогенез кукурудзи пов’язаний із гальмуванням вегетативних процесів у зв’язку з розвитком репродуктивної сфери. Цей перехід супроводжується конкурентним гальмуванням мітотичного індексу у кореневій меристемі за рахунок утворення блоку постсинтетичний період інтерфази – мітоз.

У стресових кліматичних умовах напрямок цих зв'язків певним чином модифіку­­­ється. А саме, під час посухи спостерігається прискорення репро­­­дуктивного розвитку паралельно зі зменшенням кількості клітин у постсинтетичному періоді. У відносно вологі та прохолодні роки цей процес, навпаки, гальмується, спричинюючи більш пізній пере­­­хід до репродукції. Такий перебіг подій відображається у відповідних змінах  розвитку волотей кукурудзи:  посуха негативно діє на цей процес протягом більшої частини вегетаційного періоду, але на останній строк об­­­ліку розмір волотей майже не відрізняється від оптимального. Відносно низька температура супроводжується постійним відставанням у термінах розвитку волотей кукурудзи, відображаючи невідповідність кліматичних умов генетично зумовленим адаптаціям кукурудзи. 

Формування пилку відбувається синхронно з розвитком волотей: найбільший рівень стерильності чоловічих гамет виявився характерним для відносно вологих і прохолодних років, майже вдвічі перевищуючи аналогічний показник для посухи. При цьому об'єм фертильного пилку в обох випадках знижується приблизно однаково. Це свідчить про те, що кількість повноцінних пилкових зерен більше залежить від кліматичних умов ніж їх розмір, що може використовува­­­тися як діагностична ознака оцінки стресового впливу абіотичних факторів.

Таким чином, абіотичні екологічні фактори викликають форму­­­вання різноманітних онтогенетичних адаптацій у культурних компо­­­нентів АФЦ, які розвиваються в залежності від типу фізіологічних процесів і їх для підтримці гомеостазу рослинного організму.