Взаимоотношения м/у растенията и микроорганизмите

1. Взаимоотношения м/у растенията и мо сапрофити – те влизат в състава на всички типове биоценози. Те осъществяват заедно с безгръбначните животни особено важната функция по разлагане и минерализация на отмрелите растителни и животински остатъци и техните продукти. Бактериите както и актиномицетите са основни компоненти на сапрофитната микрофлора, населяващи почвата и участващи в процеса на минерализация на органичното в-во. Те се развиват при неутрална или слабо алкална почвена реакция. Голяма част от тях са в състояние да разлагат по-простите въглехидрати, други да разграждат целулозата, трети белтъците. Съставът на сапрофитната микрофлора се допълва и от участието на почвени сапрофитни гъби, които имат афинитет към кисела реакция на почвения разтвор и вземат основно участие в изграждането на хумуса на почвата. Голяма част от посочените сапрофитни организми са продуценти на различни антибиотици, биологично активни в-ва и токсини, с които влияят в/у растенията. В резултат на микробиологичната дейност на сапрофитите, растенията се снабдяват с минерални елементи.

2. Взаимоотношения м/у растенията и мо епифити – това в взаимоотношение с несимбиотично живеещи мо, населяващи повърхността на надземните органи на растенията. Сред епифитните мо са установени азотфиксиращи мо, такива, които стимулират растежа на растенията, както и антагонисти на фитопатогенната флора. Епифитите усвояват в-вата, отделяни от растението гостоприемник през покривните тъкани. Те приемат и летливите с-ния, отделяни от тези растения. Все още е в процес проучване на въпросът за практическото използване на епифитната микрофлора чрез изкуствено обогатяване с такива организми на повърхността на културните растения. Асоциираните с повърхността на растенията епифитни мо са представители на различни систематични групи: бактерии, актиномицети, гъби, дрожди и др. Количественият и качественият състав на епифитите се променя в зависимост от възрастта на растението гостоприемник. Като правило е установено нарастване на микробионата численост от пролетта към есента. Младите листа на дървесните и тревисти видове са заселени преди всичко с бактериална флора. Присъствието в този момент на гъбите и дрождите е ниско. Най-голяма е числеността на гъбната микрофлора в/у старите листа. В този момент тя доминира по численост на бактериалната. Актиномицетите постоянно присъстват в състава на епифитната микрофлора, но в твърде ограничени количества. Количеството на епифитите зависи в голяма степен от метеорологичните фактори. Те оказват съществено влияние и на качественият състав и видовото разнообразие на мо. Продължителните периоди на пролетно и лятно засушаване, съпроводено в висока въздушна температура предизвикват по-ниска численост на мо в/у листната повърхност. Повишаването на температурата и високата относителна влажност на в-ха благоприятства развитието на тези организми. Числеността и съставът на епифитната микрофлора се определя в много висока степен от фитоцидните свойства на растенията. Високото фитоцидните растения като лук, чесън, орех, топола се характеризират с относително ниско присъствие на епифити в/у повърхността на надземните им части в активния период на вегетация. Количеството на епифити на повърхността на ниско фитоцидни растения като пшеница, царевица, малина е значително по-високо. Сред епифитните мо особено внимание заслужава бактерията Bacillus megaterium. Характерно за нея е, че има добре изразена стимулираща активност по отношение на растенията, като това е установено особено добре за пшеничните кълнове. Това се дължи на биохимичния състав на в-вата, които тя отделя, а именно групата на витамините – В₁ (тиамин), В₂ (пиридоксин), В₃ (протеинова киселина), РР (никотинова киселина), а също така и присъствието на ауксини.

3. Симбиотични взаимоотношения м/у растенията и мо – те се осъществяват в основната си част в кореновата област, за сметка на кореновите отделяния, съставляващи м/у 8 и 12% от фотосинтезиращата продукция. Растенията могат да активизират жизнеността на почвената микрофлора или обратно да угнетяват развитието й.

3.1 Микориза (микосимбиотрофия) – това е най-разпространената форма на симбиотични взаимоотношения м/у автотрофни и хетеротрофни организми. Повишеният интерес към микоризните (ризосферни) гъби е свързан със способността им да стимулират усвояването на хранителни елементи от растенията, особено Р, чието приемане се ограничава от слабата му подвижност към корените. Микоризата отсъства само при онези растения, които притежават способността да усвояват трудно разтворимите фосфати от почвата. Микориза се наблюдава при дървета, храсти и треви. Тя присъства при овощните култури, при зърнените култури и отсъства при представителите на сем. Chenopodiacae (Лободови), сем, Brassicaceae (Зелеви, Кръстоцветни), сем. Amaranthaceae (Щирове). Разпространението на микоризните растения се ограничава от ниските температури, поради което в по-северните географски ширини числеността на тази флора намалява. Микозибиотрофията се ограничава от излишъка или недостига на влага, необходима за нормалната жизненост на гъбния компонент. Нормалното развитие на микоризните гъби се обезпечава от умерено водоснабдяване и добра почвена аерация. Микоризните гъби се развиват при рН = 3,8 ÷ 8 на почвата. Незначително засоляване не възпрепятства образуването на микориза. Благоприятни са почвите, богати с органични в-ва, но бедни на минерални в-ва и особено на Р. На твърди, богати почви микоризните растения често отсъстват. Съществуват 2 основни типа микориза:

1) ендотрофна микориза – характерно е, че хифите на гъбите навлизат вътре в клетките на кората на корена, където образуват издутини и дървовидни разклонения. Кореновите власинки се съхраняват, но поглъщането на вода и хранителни в-ва се осъществят от гъбните хифи, проникващи в почвата. Това е най-разпространеният вид микориза, срещащ се при 84% от микоризните растения.

2) ектотрофна микориза – обикновено се формира в/у млади, още невкоренеи коренчета. За нея е характерно образуването на гугличка от гъбни хифи, които обгръщат коренчетата отвън. Поради формирането на такава гугличка коренови власинки отсъсътват. Поглъщането на водата и хранителните в-ва се извършва от формираната гуличка.

Гъбите не са способни да използват като енергиен източник целулозата и лигнина и се обезпечават с енергия от въглеводородите, получени от растението. Те усвояват от растения и витамини като В₁ и В₂. Особено отзивчиви на микориза са бобовите култури. Кореновите отделения на тези култури са богати на АК, които за благороден субстрат за развитието на микоризни гъби. Благоприятното действие на микоризните гъби се изразява в това, че предпазват заразяването на растението с паразитни гъби и бактерии. Защитната функция се дължи както на образуваните гуглички от гъбни хифи, непозволяващи патогенните микроорганизми да навлизат вътре в корена, така и отделяните от гъбите антибиотици.

3.2. Азитфиксиращи мо – симбиотичните взаимоотношения м/у растенията и азорфиксиращите мо се осъществява в кореновата област на представителите на род Rhizobium, чиито представители са:

- Rhizobium phaseoli – по фасулът

- Rhizobium japonium – по соята

- Rhizobium cicer – по нахута

- Rhizobium lupini – по лупината

- Rhizobium vigna - по фъстъците

- Rhizobium trifolini – по детелината

- Rhizobium melioloti – по люцерната

- Rhizobium leguminosarium – по различни култури

Специализирани азотфиксиращи бактерии са първите 7, а последната е неспециализираща. Разграничаването на тези 2 типа азотфиксиращи бактерии има значение на получаването на различни бактериални препарати като: нитрагин, азотобактерин, фосфобактерин. При въвеждането на дадена бобова култура в нови райони на отглеждане, където тя е лишена от своите естествени симбионти, се прилага като културна практика, обработването на семената преди сеитбата с такива препарати. Азотфиксиращите мо имат способността да свързват N от в-ха и да го натрупват в почвата. Те притежават способност и да обогатяват почвата с Р. При нормални условия следствие дейността на тези организми за 1 година е в състояние да се натрупа N в границите 10 ÷ 15кг/дка. Азотфиксиращи мо се намират в специални удебеления по кореновата система на растението симбионт, например грудки. В тези грудки се намира червен пигмент, родствен с хемоглобина, които се нарича легхемоглобин. Отличително негово качество е родството му с молекулярният кислород, което обуславя неговата основна функция да снабдява с кислород бактерията партньор от род Rhizobium за нужната му азотфиксираща енергия. Първичният продукт, който се получава в почвата е амоняк, който може да се използва директно от растението по формата на амониеви йони или да се вкисли до азотни оксиди с помощта на високоспециализирани нитрифициращи бактерии Nitrozomonos и Nitrobacter

Nitrozomonos

Nitrobacter

NH₃(NH₄⁺) NO₂ NO₃
Интензивността на азотфиксацията е по-голяма в по-едрите, оцветени с по-наситен розов цвят грудки, намиращи се по главния корен, отколкото в по-дребните, оцветени с по-блед пигмент, разположени по страничните корени. От бобовите култури най-голяма азотфиксираща способност притежава люцерната (при поливни условия е възможно натрупването на повече от 50кг/дка), след това е детелината – 25кг/дка. По-голяма азотфиксираща способност имат многогодишните бобови култури, тъй като при тях активната фиксация продължава 3 ÷ 4 месеца, а при едногодишните (соя, фасул, леща) тя трае 1,5 ÷ 2 месеца.

4. Взаимоотношения м/у растенията и паразитите – мо паразити са бактерии, вируси, гъби и микоплазми. В хранителната верига те играят ролята на консументи, а растението гостоприемник е продуцент. Взаимоотношенията м/у мо и растенията намира израз в развитието на инфекциобразни процеси наречени болести. Посочените фитопатогенни мо притежават способността да развиват патологичен процес в други живи организми, в/у които паразитират. Съществуват следните 4 категории фитопатогенни мо в екологични отношение:

- сапрофити – хранят се с мъртви или разлагащи се органични остатъци;

- факултативни паразити (полусапрофити) – те водят сапрофитен начин на живот, но в определени етапи от своя живот могат да се хранят с живи растителни части;

- облигатни (задължителни) – хранят се с живи растителни части;

- факултативни сапрофити (полупаразити) – хранят се обикновено с живи растителни части, но при определени условия могат да се хранят с разлагащи се органични остатъци.

- насекоми фитофаги

- акари фитофаги (растителноядни паяци)

- нематоди фитофаги (кръгли червеи)

- топлокръвни животни фитофаги

- вектори на вирусните болести (напр. насекоми, които способстват за разпространението на вирусните болести)

2. Взаимоотношения м/у растенията и животните насекоми опрашители (ентомофилия) – насекомите опрашители са със значително влияние по отношение на възникването и развитието на покритосеменните растения. Еволюцията на тези растения е протичала паралелно с еволюцията на насекомите, осъществяваши тяхното опрашване. Ентомофилията е широко разпространено явление особено сред растенията, имащи двуполови цветове. В зависимост от начина си на хранене насекомите опрашители се отнасят към 2гр:

- тези, който използват за храна цветен прашец

- тези, който използват за храна нектар

Най-голям брой опрашители от групата на насекомите се наблюдават сред разредите Hymеrnoptera (Ципокрили) – оси и пчели – 39%, Diptera (Двукрили, Мухи) – 28,5%, Lepidoptera (Пеперуди), Coleoptera (Твърдокрили) – 15%.

Взаимоотношенията м/у растенията и насекомите опрашители са от съществено значение, тъй като последните до голяма степен определят продуктивността и качеството на семената, а от там и способността за размножаване. В областта на ентомологията редица изследователи са правили опити за дресиране на пчелите по-точно на медоносната пчела. Тя среща редица трудности при набирането на нектар от цветовете на детелината, тъй като тръбичката на цвета й е доста дълга. Поради това при наличие на други медоносни растения тя избягва детелината. Ето защо с цел да привикне към нея и да я посещава редовно пчелата се подхранва през определен интервал от време с разтвор на мед и захар, наситен с детелинови цветове.

3. Взаимоотношения м/у растенията и животните, разпространители на растения (зоохория)- в разпространението на репродуктивните органи на растенията взимат участие различни видове животни (насекоми, дъждовни червеи, мравки, птици и др). В зависимост от начина на разпространение на семената са се обособили 3 начина на разпространение:

1) епозоохория – характерно за този начин на разпространение е, че е пасивно т.е репродуктивните органи не се използват за храна от съответното животно, а то има редица анатомични и морфологични приспособления за закрепването на семена и плодове по тялото му и по този начин се осъществява самото разпространение

2) синзоохория – отнася се до разпространението на репродуктивни органи, служещи за храна на животните. Вариант на зоохорията е мармекофилията – складиране на семена от мравките в гнездата им

3) ендозоохория – пренасяне на репродуктивни органи, използвани за храна, но запазващи жизнеността си след преминаване през храносмилателния тракт на животните. Този вариант има голямо значение за разпространението на плевелните семена, които падат в почвата в следствие на торене с оборска тор.

7. Агроклимат. Температурен и светлинен режим. Режим на влагата. Други аспекти на агроклимата:

Климатът се дефинира като средните продължителни атмосферни условия и е най-важният фактор с лимитиращо значение за развитието и растежа на растенията.

1. Температурен и светлинен режим – количеството и скоростта на растежа на дадено растение са зависими от разликата м/у общата и инертната фотосинтеза т.е. процеса, в резултат на който се формират въглехидратите. Те от своя страна доставят енергия за организмовия метаболизъм и за синтеза на останалите органични съединения. При условие, че няма недостиг на вода, растителният растеж се определя от тясното взаимодействие на факторите температура и светлина. В резултат на това взаимодействие става разграничаването на културите на тропическия, умерения и субтропичен климат. Праговите стойност на температурата са минимална, максимална и оптимална температура. Тези стойности са различни за културите в зависимост от условията на кой климат те се отглеждат. Така например житните култури на хладният климат имат следните прагови стойности: min t⁰ – 0 ÷ 4⁰ C, opt t⁰ – 25 ÷ 31⁰ C, max t⁰ – 31 ÷ 37⁰ C. На тропическият климат : min t⁰ – 15 ÷ 18⁰ C, opt t⁰ – 31 ÷ 37⁰ C, max t⁰ – 44 ÷ 50⁰. Някои култури се отнасят към групата на термопериодичните т.е изискват смяна на температурата пред дена и нощта, като изискват по-висока температура пред дена и по-ниска през нощта. Друга група култури изискват ниски зимни температури в началния стадий на развитието си, като необходимо условие да достигнат цъфтеж. Тук се отнасят групата на зимните зърнени житни култури, а процеса се нарича яровизация. Трета група култури се наричат фотопериодични т.е изискват смяна на ден и нощ с определена продължителност, за да достигнат до цъфтеж:

- култури на късия ден: царевица, ориз, сорго, просо, фасул, соя, фъстъци

- култури на дългия ден – пшеница, ечемик, ръж, тритикали, грах, леща, фий, бакла

- дневно неутрални култури – ранни сортове фасул и нахут.

Съществуват култури, които се нар. хелеофити – напр. фъстъците. Следенето на слънцето от кошничката на слънчогледа се нар. хелиотропизъм.

Въз основа на климатичните фактори, особено на температурата и светлина са се формирали 4 агроекологични сезона:

1) зима – растенията са в покой поради ниските температури

2) пролет – през ранната пролет едногодишните култури на хладния климат се засяват (пролетен ечемик, овес), а многогодишните започват да растат. През късна пролет се засяват топлолюбивите култури напр. царевицата, а ранните едногодишни са в интензивен растеж

3) лято – топлолюбивите култури интензивно растат, а ранните едногодишни, засети през ранна пролет, узряват и се пожънват

4) есен – есенните култури се засяват, а топлолюбивите пролетни узряват и се пожънват

Използването на стандартните климатични данни на характера на растителния период, които се използват и за съставянето на климатични календари, страда от 2 недостатъка: първият е, че не се описват условията на средата, които заобикалят растенията т.е микроклиматът, тъй като метеорологичните данни се отчитат на височината на болшинството земеделски култури. Поради това се счита, че почвената температура е от по-голямо значение в сравнение с атмосферната, тъй като дава по-достоверна информация за интензивността и дължината на вегетационния период. Например в Англия е прието, че вегетация на тревния чим има при температура не по-ниска от 6⁰ С на 30см под чима. Акумулираната почвена температура може да бъде използвана за прогнозиране на най-подходящият срок за внасяне на азотни торове с цел да се получи синхронизация м/у растителния растеж и използването им. Вторият недостатък е, че не се отчитат културата предшественик както и състоянието на заплевеност на културния посев.

2. Режим на влагата – почвената влага до голяма степен определя продължителността на вегетационния период. В много територии на света, а също така и у нас, влагата се явява лимитиращ фактор за растежа и развитието на растенията. Допълнителната вода за растенията е зависима от количеството на ефективните валежи, които постъпват и се задържат от почвата. Изготвянето на оценка на влажностния режим е значително по-трудно от тази на температурния режим. По-широко практическо значение е получило директното определяне на достъпната за растенията почвена влага. Това е постъпилата вода в почвата, задържана от капилярните сили, след като излишната (гравитачна вода) е дренирана. Достъпната почвена влага е тази, която се намира в корено-обитаемия слой. Максималната достъпна почвена влага зависи от редица фактори: мощност на почвения профил, механичен състав на почвата, генетичните хоризонти на почвения профил. Когато количеството на почвената влага падне под водния капацитет ППВ (пределна полска влага), който е изискван за максимален растеж и развитие, се получава воден дефицит. Дефицит от над 50% в кореновата зона на препятства кореновият растеж. Степента на почвена суша и необходимостта от напояване се определя от достъпната за растенията почвена влага, изразена като % от ППВ в корено-обитаемия слой.

3. Други аспекти на агроклимата:

1) почвена температура – намалява паралелно с атмосферната с нарастване на височината, но в по-малка степен (средно с 0,6⁰ С/100м). Варирането в температурата зависи от сезона и топографията. Обикновено разликата е по-голяма през лятото отколкото през зимата.

2) релеф и релефни форми – оказват съществено влияние върху микроклимата. Наклонът и изложението оказват влияние върху постъпващата слънчева енергия, а от там и върху продължителността на вегетационния период. В Англия е установена разлика във вегетационния период с около 20 дни между южен склон и равнинна част. Установено е, че северните изложения дават най-големи температурни отклонения през пролетта и лятото. Южните наклони дават предимство на по-доброто дрениране, по-ранно затопляне на почвата и по-дълъг вегетационен период, което е от голямо значение за топлолюбивите култури напр. лозовата култура дава добри резултати при отглеждане на южни склонове дори в по-северните ширини. Източните склонове получават почти същата слънчева радиация като западните, но имат по-дълги периоди на слънцегреене през зимата.

3) почвена текстура (механичен състав на почвата) – по-тежките почви са с по-голяма влагоемкост и наситени с вода се затоплят бавно през пролетта в сравнение с добре дренираните почви, тъй като водата има по-слаба топлопроводимост и по-голям топлопоглъщателен капацитет в сравнение с въздуха. Оцветяването на почвите също е от значение за началото на вегетация на растенията, тъй като тъмно оцветените площи се нагряват по-силно и по-рано от по светло оцветените.

4) дъждът и вятърът влияят също върху физичните условия на почвата, а също така върху културите и животните, а така също и по отношение на числеността, плътността и степента на нападение от болести и неприятели по растенията. С цел предпазване от враговете са изградени полезащитни пояси в Североизточна България. Влагата е показателен фактор в съчетание с температурата, за това до колко е възможно даден посев да бъде атакуван и поразен от редица болести. Така например високата почвена и въздушна влажност са благоприятни за нападение на растения от редица гъбни болести като брашнеста мана, жълта ръжда, кафява ръжда, черна ръжда. Установено е, че черната ръжда при 0⁰С се развива за три месеца, при 4⁰С – 22 дни, при 24⁰С – 5 дни. За намаляване на риска от климатични фактори, действащи угнетяващо върху растенията е необходимо предприемане на следните мероприятия:

- модификация на климата и времето, която няма особен ефект при прилагане на големи площи. Това се изразява в използването на т.нар. мулчиращи материали (поставяне в почвата на оборски тор, растителни остатъци, листа и др.). Тук се отнася и борбата спрямо сушата чрез напояване.

- оптимизиране на технологията на отглеждане на култури така, че да се получат посеви, устойчиви на неблагоприятни абиотични фактори (оптимално време за сеитба, гъстота, торене).

- използване на растежни регулатори за подобряване устойчивостта на растенията напр. ретарданти (използват се за ограничаване височината на растенията, което ги прави устойчиви на полягане).

- селекционно подобрителна работа – създаване на сортове и хибриди с полезни качества (сухо- и студоустойчивост, устойчивост на болести и вредители).