Braki wody w uprawach – jak można ograniczyć ich skutki?

Braki wody w uprawach spowodowane suszą po raz kolejny ukazały swe oblicze w tym sezonie. Niestety ich skutki branża rolna będzie odczuwać jeszcze przez długi czas. A susza to nie jedyne zagrożenie, kiedy rośliny cierpią z powodu braku wody. Kiedy jeszcze deficyt wody daje się roślinom we znaki i jak można zapobiegać jego skutkom? 

Braki wody zagrażają uprawom nie tylko w czasie niedoboru opadów. Niestety zjawiska z tym związane grożą roślinom także w przypadku zasolenia gleby, a nawet w czasie silnych mrozów. Dlatego w takich przypadkach warto sięgać po rozwiązania, które wzmacniają mechanizmy obronne roślin na stresy osmotyczne. Poniżej przedstawimy wybrane metody.

Braki wody — w jakich okolicznościach dają się roślinom we znaki?

Rośliny uprawne cierpią z powodu suszy i innych stresów osmotycznych zawsze wtedy, gdy dostępność wody w glebie spada poniżej poziomu, jaki korzenie są w stanie pobrać w celu zaspokojenia zapotrzebowania związanego z transpiracją. Jednakże moment wystąpienia i nasilenie szkód zależą w dużym stopniu od fazy wzrostu rośliny, warunków środowiskowych oraz właściwości gleby.

Stres wywołany przez braki wody pojawia się, gdy:

• Wilgotność gleby jest niska lub spada z powodu niewielkich opadów deszczu lub ich braku, wysokiego parowania i/lub wysokiej transpiracji, co powoduje deficyt wody w glebie i niski potencjał wodny gleby.
• Zapotrzebowanie jest wysokie (gorące, suche, wietrzne dni), zwłaszcza latem, więc zużycie wody przez rośliny przewyższa jej pobieranie, a potencjał wodny liści i łodyg spada.
• Korzenie nie mają dostępu do wystarczającej ilości wody, ponieważ wierzchnia warstwa gleby jest sucha, podłoże jest wyczerpane lub system korzeniowy jest płytki/niedorozwinięty.

Stres osmotyczny u upraw to nie tylko susza spowodowana suchą glebą. Obejmuje on również:

• Stres zasolenia: wysokie stężenia soli obniżają potencjał osmotyczny roztworu glebowego. Sprawia to, że woda jest fizjologicznie niedostępna, nawet jeśli gleba jest wilgotna.
• Połączenie suszy i zasolenia: powszechne na obszarach nawadnianych lub przybrzeżnych, gdzie zarówno niski poziom wody, jak i wysokie stężenie soli powodują silne ograniczenia osmotyczne.
• Zimowy stres mrozowy, kiedy rośliny nie mogą pobrać wody z zamarzniętej gleby.

We wszystkich tych przypadkach roślina doświadcza obniżonego turgoru komórkowego. Ponadto w okresie wegetacyjnym dochodzi do upośledzenia fotosyntezy i zahamowanego wzrostu w miarę spadku potencjału wodnego, a także do zamykania się aparatów szparkowych.

Kiedy rośliny są najbardziej wrażliwe na braki wody?

Rośliny mogą doświadczać stresu spowodowanego suszą na każdym etapie od kiełkowania do dojrzałości. Jednak straty plonów są największe, gdy stres występuje w fazach rozrodczych (generatywnych) oraz podczas wypełniania ziarna/nasion.

Braki wody w uprawach kukurydzy mogą ograniczać plon na różnych etapach rozwoju. Szczególnie wrażliwe są okresy kwitnienia, zapylenia i wczesnego wypełniania ziarna

fot. agroFakt.pl

Strategiczne okresy wrażliwości (przykłady):

Kiełkowanie i zakorzenianie się sadzonek

Niedobór wody opóźnia lub uniemożliwia kiełkowanie, zmniejsza liczbę wschodzących sadzonek oraz ogranicza wczesny wzrost korzeni i pędów, a także zdolność fotosyntezy.

Susza we wczesnej fazie sezonu może już wtedy obniżyć potencjał plonów poprzez ograniczenie liczby liści, ich wielkości oraz wielkości kłosów i kwiatostanów.

Wzrost wegetatywny (przed kwitnieniem)

Stres w tym okresie ogranicza rozrost liści, wysokość roślin oraz gromadzenie biomasy; w przypadku zbóż, takich jak kukurydza, etapy V4–V8 i V8–kłos decydują o obwodzie kłosa, jego długości oraz powierzchni liści.

Silny stres wegetatywny może przyspieszyć rozwój, skrócić czas do kwitnienia oraz ograniczyć główny okres pobierania składników odżywczych.

Kwitnienie, zapylenie i zapłodnienie (faza generatywna)

Jest to często najbardziej krytyczny okres: susza podczas kwitnienia powoduje bezpłodność pyłku, słabe wydostawanie się słupków, suchość znamienia słupka, nieudane zapylenie, opadanie kwiatów oraz obumieranie strąków/owoców.

W przypadku wielu upraw (kukurydza, ryż, soja, pszenica) nawet krótkie okresy suszy w fazie kwitnienia mogą powodować znaczne, nieodwracalne straty plonów.

Wypełnianie ziarna i jego dojrzewanie

Deficyt wody w okresie wypełniania ziarna prowadzi do obumierania ziaren, mniejszych nasion, przedwczesnego starzenia się oraz niższej masy i jakości ziarna.

Utrzymujący się stres w późnych fazach rozrodczych może powodować obumieranie liści i przedwczesną śmierć roślin.

Na przykład u kukurydzy najbardziej krytyczny okres trwa od fazy VT (kłos) do R3 (faza mleczna/wczesne wypełnianie ziarna). Natomiast w przypadku soi – od R3 do R6 (od rozwoju strąków do wypełniania nasion).

Braki wody w uprawach soi są groźne już podczas kiełkowania i ukorzeniania, a szczególnego znaczenia nabierają w okresie kwitnienia oraz rozwoju strąków i nasion.

fot. agroFakt.pl

Jak stres osmotyczny spowodowany przez braki wody objawia się fizjologicznie?

W warunkach suszy lub zasolenia w roślinach dochodzi do następujących zjawisk:

• Niższy potencjał wodny liści → zamknięcie aparatów szparkowych → zmniejszone pobieranie CO₂ i osłabiona fotosynteza.
• Powstawanie reaktywnych form tlenu, które powodują degradację białek, lipidów oraz kwasów nukleinowych (DNA i RNA).
• Zmniejszony turgor komórkowy → zahamowany podział i rozrost komórek → mniejsze liście, krótsze łodygi, zahamowany wzrost.
• Przyspieszone starzenie się i utratę powierzchni liści w przypadku długotrwałego stresu.
• Nierównowagę osmotyczną, a na glebach zasolonych – oprócz niedoboru wody także toksyczność jonowa wywołana głównie przez jony Na⁺, Cl⁻ oraz zaburzenia równowagi jonowej spowodowane niedoborem K⁺ i Ca²⁺.

Jak rośliny bronią się przed stresem wywołanym przez brak wody?

Aby sobie z poradzić ze stresem suszy, wiele gatunków uprawnych uruchamia mechanizm dostosowania osmotycznego. To przede wszystkim gromadzenie substancji rozpuszczalnych o działaniu osmoprotekcyjnym.

Osmoprotektanty to wysoce rozpuszczalne w wodzie związki o niskiej masie cząsteczkowej, nietoksyczne. Są to m.in. takie związki jak: prolina, betaina glicynowa, cukry takie jak trehaloza, sacharoza, maltoza oraz inne związki m.in. poliaminy.

Działają one poprzez kilka wzajemnie się uzupełniających mechanizmów:

Regulacja osmotyczna i pobieranie wody

Osmoprotektanty gromadzą się w cytoplazmie i wakuolach, obniżając potencjał osmotyczny komórek bez zakłócania metabolizmu.

Powoduje to powstanie/utrzymanie gradientu potencjału wodnego w kierunku gleba → korzeń → liść, co pozwala komórkom zachować turgor i kontynuować pobieranie wody nawet przy wysokim zewnętrznym ciśnieniu osmotycznym.

Utrzymanie turgoru wspomaga rozrost komórek, funkcjonowanie aparatów szparkowych oraz fotosyntezę w warunkach zasolenia.

Stabilizacja białek i enzymów

Związki takie jak betaina glicynowa i prolina stabilizują strukturę czwartorzędową białek (np. Rubisco) oraz chronią aktywne miejsca enzymów przed denaturacją spowodowaną wysokim stężeniem soli i odwodnieniem.

Działają one jak „chemiczne chaperony”, zapobiegając agregacji i nieprawidłowemu fałdowaniu białek wrażliwych na stres.

Ochrona błon i fotosystemów

Betaina glicynowa i pokrewne osmolity stabilizują lipidy błonowe oraz struktury tylakoidów. Dzięki temu zachowana jest płynność i integralność błon w warunkach stresu jonowego i osmotycznego.

W szczególności chronią one kompleks wydzielający tlen w PSII oraz inne składniki fotosyntetycznego łańcucha transportu elektronów. Ponadto pomagają utrzymać wydajność fotosyntezy w środowiskach zasolonych.

Działanie przeciwutleniające i wychwytujące ROS

Wiele osmoprotektantów bezpośrednio lub pośrednio usuwa reaktywne formy tlenu (ROS; np. nadtlenek, H₂O₂, -OH) powstające szczególnie w warunkach zasolenia.

Prolina, betaina glicynowa, trehaloza i niektóre poliaminy zwiększają aktywność enzymów przeciwutleniających (SOD, CAT, APX, GR). Ponadto działają one jako przeciwutleniacze nieenzymatyczne, ograniczając peroksydację lipidów i uszkodzenia oksydacyjne.

Homeostaza jonowa i łagodzenie toksyczności

Osmoprotektanty przyczyniają się do utrzymania równowagi osmotycznej. Zmniejszają one potrzebę nadmiernej akumulacji toksycznych jonów (Na⁺, Cl⁻) w cytozolu w celu dostosowania osmotycznego.

Wspiera to kompartmentalizację jonów (np. sekwestrację Na⁺ do wakuoli za pośrednictwem antyporterów Na⁺/H⁺) oraz utrzymanie korzystnych stosunków K⁺/Na⁺. Ma to kluczowe znaczenie dla funkcji enzymów i potencjału błonowego.

Tabela. Typowe substancje osmoochronne i ich rola

Osmoprotektanty pomagają szczególnie w przypadku łagodnego lub umiarkowanego stresu. Jednakże endogenne wytwarzanie tych związków może nie być wystarczające. Szczególnie ma to miejsce podczas silnego lub długotrwałego wpływu stresu suszy lub zasolenia, zwłaszcza we wrażliwych fazach rozrodczych.

Wtedy warto dostarczyć takich związków z zewnątrz, by wspomóc naturalne mechanizmy obronne roślin.

Braki wody w uprawach – jak rośliny radzą sobie ze stresem?

Braki wody w uprawach nie są związane wyłącznie z suszą. Dostępność wody dla roślin mogą ograniczać również zasolenie czy zamarznięcie gleby, a skala szkód zależy m.in. od gatunku, fazy rozwojowej i czasu trwania stresu. Rośliny uruchamiają w takich warunkach własne mechanizmy obronne, w tym gromadzenie osmoprotektantów, które uczestniczą m.in. w regulacji osmotycznej oraz ochronie komórek. Przy silnym lub długotrwałym stresie naturalne mechanizmy mogą jednak nie wystarczyć do ograniczenia jego skutków.

Obserwuj nas w Google News. Bądź na bieżąco!

Newsletter

Bądź na bieżąco z informacjami z rynku rolnego

Zapisz się