Cum temperatura aerului afectează plantele

Nu este surprinzător faptul că sa realizat o mare măsură de cercetare în ceea ce privește strategiile de temperatură adecvate pentru o producție eficientă de seră. Însă temperatura optimă pentru o planta depinde de o serie de factori. Reacția unei plante la temperatura atmosferică din jurul acesteia depinde de stadiul de dezvoltare al plantei. Plantele au un fel de ceas biologic care determină sensibilitatea lor la temperatură.

Diferențele dintre temperatura aerului și temperatura instalației

Cele mai multe procese biologice vor accelera la temperaturi mai ridicate, iar acest lucru poate avea efecte atât pozitive, cât și negative. De exemplu, creșterea mai rapidă sau producția de fructe reprezintă un beneficiu, în majoritatea cazurilor. Cu toate acestea, excesiv respiraţie care apare este advers, deoarece înseamnă că există mai puțină energie pentru dezvoltarea fructelor și fructele vor fi mai mici. Unele efecte sunt pe termen scurt, în timp ce altele sunt pe termen lung. Balanța de asimilare a plantei, de exemplu, este influențată de temperatură și este afectată imediat. Inducția florilor, pe de altă parte, este determinată de climat pe o perioadă mult mai lungă.

Ne putem gândi la acest lucru folosind metaforul traficului pe o autostradă. Stomatele sunt căile de ieșire care permit traficul să curgă de pe autostradă. Atunci când există o mulțime de mașini la deschiderea drumurilor de ieșire, mașinile care ies din mașină trebuie să încetinească și să se dezvolte traficul. Atunci când există mai puține mașini, mișcarea de trafic poate accelera. Același lucru se întâmplă și cu moleculele de aer și cu moleculele de vapori de apă din aer. Dacă există o concentrație mai mare a acestora în jurul stomatelor (traseele de ieșire), atunci acestea pot ieși din stomată mai rapid și vor fi susținute. Asta se întâmplă când VPD este mare. Aceasta înseamnă că planta se poate răci mai puțin eficient și provoacă stres. În plus, apa va condensa formând un film subțire pe suprafața frunzei, iar acesta este un mediu perfect pentru agenții patogeni.

Temperatura plantei și temperatura aerului nu sunt egale, deoarece plantele sunt capabile să se răcească evaporare și se încălzește prin iradiere. Plantele încearcă să atingă temperatura optimă și un echilibru între temperatura aerului, umiditatea relativă și lumina este importantă în acest sens. Dacă nivelele de lumină sunt ridicate, instalația se va încălzi, rezultând o diferență între temperatura instalației și temperatura aerului. Pentru a se răci, rata de transpirație a plantei trebuie să crească. Pe lângă temperatură, viteza de transpirație depinde de condițiile de mediu cum ar fi lumina, nivelul CO2 atmosferic și umiditatea relativă, dar și de speciile de plante.

Plantele constau din diferite părți care reacționează diferit la temperatură. Temperatura fructului este strâns în concordanță cu cea a aerului - când temperatura aerului crește, crește și temperatura fructului și invers. Cu toate acestea, temperatura fructelor va fluctua mai puțin decât temperatura aerului și va dura și mai mult (uneori câteva ore mai mult) să crească sau să scadă decât temperatura aerului. Temperatura florilor, dimpotrivă, este mai mare decât temperatura aerului sau temperatura labiilor, iar petalele se întâlnesc cu o rată mult mai mică decât frunzele. Temperatura instalației din partea superioară a baldachinului va suferi fluctuații mai mari decât cele din partea inferioară a baldachinului. De asemenea, partea superioară se va încălzi mai ușor prin iradiere și, prin urmare, va atinge temperaturi mai ridicate decât aerul atunci când nivelurile de lumină sunt ridicate.

Deficitul de presiune a vaporilor

Umiditatea relativă a mediului depinde de temperatura și viteza vântului. Temperaturile mai ridicate duc, în general, la o transpirație sporită. Acest lucru se datorează în parte faptului că moleculele se mișcă mai repede, dar aerul cald poate găzdui și mai mult vapori de apă. Atunci când nu există mișcare de aer, aerul din jurul frunzelor va deveni saturat cu vapori de apă, încetinind procesul de evaporare. Dacă aerul este saturat de apă, un strat de apă se va condensa pe și în jurul frunzelor, oferind un mediu bun pentru agenții patogeni care pot ataca planta.

Deficitul de presiune a vaporilor (VPD) poate fi comparat cu un rev-counter într-o mașină. Pe măsură ce crește viteza motorului, acul de pe revizor se rotește și intră în zona roșie. Acest lucru nu va deteriora motorul imediat, dar dacă mașina va continua să conducă așa pentru o perioadă lungă de timp. Același lucru este valabil și pentru plante: atunci când VPD este prea mare pentru o perioadă mai lungă de timp, planta nu poate recupera noaptea următoare și pot apărea leziuni ireversibile ale plantelor (frunze sau petale arse).

Diferența dintre conținutul de vapori de apă dintre aer și punctul de saturație se numește Deficitul de presiune a vaporilor (VPD). Cu cât VPD este mai mare, cu atât mai multă apă poate genera prin transpirație. Cu toate acestea, dacă VPD este prea mare, planta poate deveni stresată deoarece nu poate înlocui cantitatea de apă pe care o pierde prin transpirație. Acest lucru nu provoacă o problemă pentru perioade scurte - instalația va absorbi suficientă apă în următoarea noapte pentru a se recupera. Dar atunci când VPD rămâne mare pentru o perioadă mai lungă de timp, planta nu poate recupera următoarea noapte și pot apărea leziuni ireversibile ale plantelor, cum ar fi frunzele sau petalele arse.

Măsurarea grosimii stratului de frunză oferă o imagine vizuală a potențialului unei plante de recuperare. Frunzele devin, de fapt, mai subțiri în timpul zilei, deoarece pierd apă prin transpirație, dar când o frunză este mai subțire într-o seară decât în ​​noaptea precedentă, acesta este un semn că planta nu a reușit să se refacă. Așadar, ar putea părea tentant să menținem nivelul scăzut al VPD pentru a evita orice daune, dar în aceste condiții planta nu este stimulată să crească și să fie activă, ceea ce poate avea rezultate negative atunci când planta se confruntă cu situații de stres.

În ansamblu, se poate face o comparație cu revizuirea unui automobil. Pe masura ce viteza motorului creste, acul revizorului merge mai sus si intra in zona rosie. Acest lucru nu va deteriora motorul imediat, dar dacă acul rămâne prea mult timp în zona roșie. Pentru majoritatea plantelor VPD trebuie să fie cuprinsă între 0,45 și 1,25 exprimată în kilo Pascal (kPa unitatea de presiune) cu un optim de aproximativ 0,85 kPa. VPD urmează mai mult sau mai puțin același model ca nivelurile de iradiere ambientală - dimineața se ridică, pe măsură ce începe soarele strălucind, atingând un vârf în jurul prânzului și apoi scăzând treptat. Pentru a calcula VPD, trebuie mai întâi să se cunoască temperatura aerului, temperatura instalației și umiditatea relativă.

Cea mai mare parte a apei din atmosferă este prezentă sub formă de vapori de apă. Vaporii de apă sunt invizibili, dar putem observa prezența lor prin cât de confortabil simțim (umiditatea mai mare ne face să ne simțim lipicios și mai puțin confortabil). Vizibilitatea este, de asemenea, afectată de cantitatea de vapori de apă din aer. Nori sunt vizibile deoarece vaporii de apă pe care îi conțin au răcit până în punctul în care moleculele de apă încep să se condenseze și formează picături mici de apă sau chiar cristale de gheață în aer. Putem vedea aceste lucruri ca nori.

stomatele

Plantele sunt capabile să reglementeze procesul de transpirație și răcire prin utilizarea organelor de plante specializate numite stomată. Stomatele sunt celule specializate în frunzele care se pot deschide sau închide, limitând cantitatea de vapori de apă care se pot evapora. Cu cât crește temperatura, cu atât mai mult se vor evapora stomatele atunci când sunt deschise. Este dificil să se măsoare diafragma stomatelor, astfel încât să putem folosi VPD pentru a estima acest lucru. Pe măsură ce stomatele se deschid mai mult, se pot deplasa mai multe gaze în și din frunze.

Factorii de mediu influențează rata la care se produce acest proces (conductanța stomatală) - de exemplu, umiditatea relativă mai mare conduce la o conductivitate mai rapidă, în timp ce nivelurile mai ridicate de CO2 vor reduce viteza conductivității stomatice. Dar conductanța este influențată și de alți factori decât cei de mediu, cum ar fi hormonii vegetali și culoarea luminii (lungimea de undă) pe care planta o primește. Acidul abscisic al hormonului vegetal va regla concentrația de ioni în stomați și va cauza stomatele să se deschidă foarte repede, în doar câteva minute. Lumina la lungimi de undă mai scurte (aproximativ 400-500 nanometri (nm)), care este lumină albastră, provoacă stomatele să se deschidă mai mult decât lumina la lungimi de undă mai lungi (aproximativ 700 nm), care este roșie.

Aceasta este o micrografie electronică de scanare colorată (SEM) a suprafeței inferioare a frunzelor unui Rose Rose Rosa sp., Care prezintă o stomă deschisă. O stomă este un pori mic, mărginit de două celule de gardă în formă de rinichi. Deschiderea porului permite gazelor să intre și să părăsească țesuturile frunzelor, ceea ce este esențial pentru fotosinteză. Porii se închid noaptea sau în perioadele uscate pentru a preveni pierderea apei.

Temperaturi optime pentru zi și noapte

În instalație apar diferite procese în timpul zilei și noaptea, iar temperatura optimă pentru instalație va fi diferită în consecință. Transportul zaharurilor apare mai ales în timpul nopții și în principal către părțile mai calde ale plantei. Frunzele se răcesc mai repede decât fructele și florile și, prin urmare, cea mai mare parte a energiei disponibile se îndreaptă către aceste părți ale plantei, care au nevoie de energie pentru a se dezvolta și dezvolta.

Combinațiile optime de temperatură de zi și de noapte au fost investigate în prima seară cu aer condiționat din lume, un fitotron, la Institutul de Tehnologie din California din 1949. Experimentele au demonstrat că plantele de tomate au crescut mai mult sub o combinație de temperatură ridicată în perioada de lumină și o temperatură mai scăzută în perioada întunecată decât atunci când temperatura a fost menținută constantă. Această abilitate a plantelor de a "distinge" între variațiile de temperatură în timpul zilei și noaptea se numește termoperiodism și are un efect asupra înfloririi, fructării și creșterii.

Cantitatea de zahăr transportată în țesuturile în creștere, unde energia este necesară pentru alimentarea unor niveluri mai ridicate de respirație, poate fi restricționată atunci când temperaturile nocturne sunt mai mari și, astfel, creșterea poate fi, de asemenea, limitată. De asemenea, sa constatat că prelungirea tulpinii pot apărea cu o combinație de temperaturi ridicate în timpul zilei și scăzute temperatura nocturnă. O temperatură nocturnă scăzută îmbunătățește echilibrul apei în plantă, care este principalul motiv pentru creșterea alungirii tulpinilor. Deci, temperatura poate fi folosită ca un instrument pentru reglarea înălțimii instalației, dar temperaturile nocturne scăzute pot economisi și energie. Termenul termomorpogeneza este folosit pentru a descrie efectele termoperiodice asupra morfologiei plantelor.

Temperatura optimă a aerului depinde, de asemenea, de intensitatea luminii și de cantitatea de dioxid de carbon din aer. Plantele funcționează în mod similar cu animalele cu sânge rece, prin faptul că metabolismul lor și viteza de fotosinteză cresc în concordanță cu temperatura aerului ambiant. Atunci când temperaturile sunt foarte scăzute (cât de scăzută depinde de soiul de plante), cu greu se va produce orice fotosinteză, indiferent cât de multă lumină există. Ritmul fotosintezei crește odată cu creșterea temperaturii aerului. Atunci când lumina și temperatura sunt în echilibru, nivelul CO2 ambiental va fi factorul limitativ. Dacă există suficientă cantitate de CO2, viteza de fotosinteză va crește odată cu creșterea temperaturii, deși și alți factori joacă un rol, cum ar fi enzima RuBisCo.

RuBisCo este critică pentru fotosinteză. În unele cazuri, se va produce un proces cunoscut sub numele de fotorespirație - atunci când RuBisCo se leagă cu oxigen în loc de dioxid de carbon, așa cum se va întâmpla în timpul fotosintezei normale. Nivelul de CO2 și temperatura optimă vor fi mai scăzute la niveluri scăzute de lumină decât la niveluri ridicate de lumină, iar activitatea enzimatică crește și la temperaturi mai ridicate.

Drop și integrarea temperaturii (DIF)

Conceptul de DIF se referă la relația dintre temperaturile de zi și de noapte. Efectele alternării temperaturii zilnice asupra creșterii îndelungate a tulpinilor plantelor depind de diferența (DIF) între temperaturile de zi și de noapte (care se calculează prin scăderea temperaturii pe timp de noapte față de temperatura din timpul zilei), mai degrabă decât pe separat și răspunsuri independente la temperaturile de zi și de noapte. Cu alte cuvinte, această diferență de temperatură este importantă, precum și cea mai mare - temperatura de noapte sau temperatura zilei.

Creșterea frunzelor nu este afectată foarte mult de DIF, dar este afectată creșterea secțiunilor de tulpină internodă. Plantele cultivate sub a pozitiv DIF sunt mai înalte decât plantele cultivate la un DIF zero și plantele cultivate sub un zero DIF sunt mai înalte și au secțiuni internode mai lungi decât plantele cultivate sub un DIF negativ. Alte răspunsuri morfogenetice importante la DIF negativ (adică atunci când temperatura din timpul zilei este mai mică decât temperatura din timpul nopții) include pețiole scurte, tulpini de flori, pedunculi de flori și frunze.

Diferențele în alungirea internodului și extinderea frunzelor sunt rezultatul diferențelor în procesul de alungire celulară și / sau diviziune celulară. Atunci când DIF este negativ, ambele procese sunt inhibate și acest lucru poate fi rezultatul reducerii activității gibberelinei în meristemul subapical (un țesut vegetal responsabil de creștere). Gibberellina este un hormon de plante care stimulează creșterea plantelor. DIF are efectul cel mai mare asupra alungirii tulpinilor în perioada de creștere rapidă, deci răsadurile sunt mai sensibile decât plantele adulte la diferențele dintre temperaturile de zi și de noapte. Nevoia DIF într-un stadiu incipient de alungire a tulpinii este, prin urmare, importantă pentru a limita înălțimea plantei.

De asemenea, elongația la șobolan poate fi cauzată de o scurtă cădere de temperatură (de aproximativ două ore) în timpul ciclului de creștere zilnic de 24 de ore, în general la sau chiar înainte de prima zi de zi, dar în perioada întunecată. Răspunderea la schimbările de temperatură pare mai puternică în timpul primelor ore ale perioadei de lumină în plantele de lungă durată, plantele de dimineață și plantele neutre de zi. Astfel, o scădere a temperaturii în ultimele două ore ale nopții va afecta înălțimea plantei. Acest lucru este de obicei ușor de realizat în sere în timpul toamnei de zone climatice reci, din cauza temperaturii scăzute la noapte.

Variația sensibilității alungirii tulpinilor la temperatura în perioada de zi și în perioada de noapte poate fi controlată de un ritm de creștere endogen. Un ritm de creștere circadiană (care durează aproximativ 24 de ore) a fost identificat în 1994 în crizanteme. Extinderea tulpinii de plantă nu este constantă în timpul unui ciclu de lumină și întuneric de 24 de ore. Atât plantele de dimensiuni reduse, cât și plantele de lungă durată cultivate în condiții de inducție a florilor se alungă mai repede în timpul nopții decât în ​​timpul zilei. Orhideele au nevoie de o perioadă de temperatură scăzută a nopții pentru a înflori.

Integrarea temperaturii este o strategie utilizată de cultivatori. Se determină o temperatură minimă și maximă pentru recoltă, iar temperatura este permisă să varieze atât timp cât temperatura medie pe o perioadă mai lungă este menținută. Această strategie folosește cât mai mult căldura naturală.

Temperatura aerului este un factor de mediu principal care afectează dezvoltarea plantelor și rata de creștere. Cu toate acestea, temperatura aerului nu este niciodată o problemă izolată. Fiecare factor în creșterea plantelor interconectează cu fiecare alt factor și provocarea constă în găsirea oricărei legături slabe în lanț. Acest articol a explorat mulți dintre acești factori, dar mai există și alții care sunt la fel de importante, cum ar fi echilibrul de apă și, prin urmare, indirect, transpirația. Tot ceea ce este sau se va întâmpla în instalație face acest lucru sub primul punct de control al temperaturii aerului - obținerea acestui drept este primul pas pe drumul lung spre producția de cultură reușită.