Vliv klimatických podmínek na rostliny a jejich adaptace

Teplota je klíčovým faktorem pro růst a vývoj rostlin. Spolu s množstvím světla, oxidu uhličitého, vlhkosti vzduchu, vody a živin ovlivňuje teplota růst rostlin a v konečném důsledku i výnosy plodin. Všechny tyto faktory by měly být v rovnováze.

Teplota ovlivňuje rostlinu z krátkodobého i dlouhodobého hlediska. Není divu, že bylo provedeno mnoho výzkumných prací zaměřených na správné teplotní strategie pro efektivní pěstování. Optimální teplota pro rostliny však závisí na řadě faktorů. Reakce rostliny na okolní teplotu závisí na tom, v jaké fázi vývoje se nachází. Rostliny mají vlastní biologické hodiny, které určují jejich citlivost na teplotu.

Rozdíly mezi teplotou vzduchu a teplotou rostlin

Většina biologických procesů se při vyšších teplotách zrychluje, což může mít na rostliny pozitivní i negativní vliv. Jednou z výhod je například rychlejší růst nebo produkce plodů. Nicméně nadměrná respirace je nepříznivá, protože to znamená, že zbývá méně energie pro vývoj plodů a ty budou o to menší. Některé účinky jsou krátkodobé, jiné dlouhodobé. Například asimilační bilance rostliny je ovlivněna teplotou a projevuje se okamžitě.

Rostliny mají odlišnou teplotu než okolní vzduch, protože se ochlazují odpařováním a ohřívají slunečním zářením. Rostliny se vždy snaží dosáhnout optimální teploty a důležitá je při tom rovnováha mezi teplotou vzduchu, relativní vlhkostí a světlem. Pokud je světla příliš mnoho, rostlina se zahřívá, což vede ke vzniku rozdílu mezi teplotou rostliny a vzduchu. Aby se rostlina ochladila, musí zvýšit rychlost transpirace. Kromě teploty závisí rychlost transpirace na podmínkách prostředí, jako je světlo, hladina CO2 v atmosféře a relativní vlhkost vzduchu a v neposlední řadě také na druhu rostliny.

Různé části rostliny reagují na změny teploty odlišně. Teplota plodů úzce souvisí s teplotou vzduchu, když se zvýší teplota vzduchu, zvýší se i teplota plodů a naopak. Teplota plodů však kolísá méně než teplota vzduchu a také trvá déle (někdy i o několik hodin déle) než se ohřejí nebo vychladnou. Naproti tomu teplota květů je vyšší než vzduchu nebo listů a okvětní lístky transpirují mnohem rychleji než listy. Teplota rostlin v horní části koruny podléhá větším výkyvům než v dolní části koruny. Vrcholy rostlin se také snáze zahřívají vlivem slunečního záření, a proto při vysoké hladině světla dosáhnou vyšší teploty než okolní vzduch.

Čtěte také: Česká příroda a její ochrana

Deficit tlaku par (VPD)

Relativní vlhkost prostředí závisí na teplotě a rychlosti proudění vzduchu. Vyšší teploty obecně vedou u rostlin ke zvýšené transpiraci. Částečně proto, že se molekuly pohybují rychleji, ale teplý vzduch také pojme více vodní páry. Pokud nedochází k pohybu vzduchu, vzduch kolem listů se nasytí vodní párou, což zpomalí proces vypařování.

Rozdíl v obsahu vodní páry ve vzduchu a bodem nasycení se nazývá deficit tlaku vodní páry (VPD). Čím vyšší je VPD, tím více vody může rostlina odevzdat transpirací. Pokud je však VPD příliš vysoké, rostlina se může dostat do stresu, protože není schopna nahradit množství vody, které ztrácí transpirací. Krátkodobě to nepředstavuje problém, rostlina totiž následující noc přijme dostatek vody, aby se zotavila. Pokud však VPD zůstane vysoké po delší dobu, rostlina nemusí být schopna se zotavit a může dojít k nevratnému poškození, například ke spálení listů nebo okvětních lístků.

Měřením tloušťky listů můžete získat představu o potenciálu rostliny k obnově. Listy jsou totiž během dne tenčí, protože ztrácejí vodu transpirací. Pokud je ovšem list jednu noc tenčí než předchozí noc, je to známka toho, že se rostlina nedokázala zotavit (načerpat vodu). Může se tedy zdát lákavé udržovat stále nízkou hladinu VPD a zamezit tak případným škodám. Nicméně takové podmínky rostlinu nestimulují k růstu a aktivitě, což může mít negativní důsledky ve chvíli, kdy je rostlina vystavena stresu.

U většiny rostlin by se hodnota VPD měla pohybovat v rozmezí 0,45 až 1,25 vyjádřená v kilo pascalech (kPa jednotka pro tlak), přičemž optimální hodnota je přibližně 0,85 kPa. VPD se řídí víceméně stejným průběhem jako úroveň okolního osvětlení, tedy ráno stoupá a jakmile kolem poledne dosahuje maxima, pak opět postupně klesá.

Většina vody v atmosféře je přítomna ve formě vodní páry. Vodní pára je neviditelná, ale její přítomnost můžeme poznat na vlastní kůži podle toho, jak se cítíme pohodlně (vyšší vlhkost vzduchu způsobuje, že se cítíme ulepení). Množství vodní páry ve vzduchu ovlivňuje také viditelnost. Oblaka vidíme proto, že vodní pára, kterou obsahují, se ochladila do té míry, že molekuly vody začaly kondenzovat a vytvářet ve vzduchu drobné kapičky vody nebo dokonce krystalky ledu.

Čtěte také: Principy ekologické ochrany rostlin

Stomata

Rostliny regulují proces transpirace a ochlazování pomocí specializovaných rostlinných orgánů zvaných stomata. Stomata jsou drobné otvory v listech, které otevírají nebo zavírají a omezují tak množství vodní páry unikající z rostlin. Čím vyšší okolní teplota, tím více se stomata otevírají. Je obtížné změřit otevřenost stomat, proto můžeme k odhadu použít VPD. Když jsou stomata otevřená, může do listů a z listů proudit více plynů.

Faktory prostředí ovlivňují rychlost, s jakou tento proces (stomatální vodivost) probíhá. Kupříkladu vyšší relativní vlhkost vede k rychlejšímu proudění, zatímco vyšší hladina CO2 rychlost stomatální vodivosti snižuje. Na vodivost však mají vliv i jiné faktory než prostředí, například rostlinné hormony a barva světla, které rostlina přijímá (vlnová délka). Rostlinný hormon kyselina abscisová reguluje koncentraci iontů ve stomatech a způsobuje, že se otevřou velmi rychle (během několika minut). Světlo o kratší vlnové délce (asi 400-500 nanometrů (nm), tedy modré světlo) způsobí, že se stomata otevřou více než světlo o delší vlnové délce (asi 700 nm, tedy červené světlo).

Optimální denní a noční teploty

Ve dne a v noci probíhají v rostlině odlišné procesy a podle toho se liší i optimální teplota. K transportu cukrů dochází převážně v noci, a to hlavně směrem k teplejším částem rostliny. Listy se ochlazují rychleji než plody a květy, a proto většina dostupné energie směřuje do částí rostliny, které ji potřebují k růstu a vývoji.

Optimální kombinace denní a noční teploty byly zkoumány v prvním klimatizovaném skleníku na světě (takzvaném fytotronu) v kalifornském technologickém institutu v roce 1949. Pokusy prokázaly, že rajčata vyrostla vyšší při kombinaci vysoké teploty během světlé části dne a nižší teploty během tmavé části dne než při konstantní teplotě. Tato schopnost rostlin „rozlišovat" mezi změnami teploty během dne a noci se nazývá termoperiodismus a má vliv na kvetení, tvorbu plodů a růst.

Množství cukru, které putuje do rostoucích pletiv (kde je energie potřebná), může být při vyšších nočních teplotách omezeno, a tím je omezen i růst rostlin. Bylo také zjištěno, že při kombinaci vysokých denních teplot a nízkých nočních teplot může u rostlin dojít k prodlužování stonků. Nízká noční teplota zlepšuje vodní bilanci v rostlině, což je hlavní důvod většího prodlužování stonku. Teplotu lze tedy využít jako nástroj regulace výšky rostlin, ale nízké noční teploty mohou také šetřit energii. Optimální teplota vzduchu závisí také na intenzitě světla a množství oxidu uhličitého v ovzduší.

Čtěte také: C1 kriticky ohrožené druhy

Rostliny fungují podobně jako studenokrevní živočichové, protože jejich metabolismus a rychlost fotosyntézy se zvyšuje v závislosti na teplotě okolního vzduchu. Při velmi nízkých teplotách (jak nízkých, to závisí na druhu rostliny) neprobíhá téměř žádná fotosyntéza, a to bez ohledu na množství světla. Rychlost fotosyntézy se zvyšuje s rostoucí teplotou vzduchu. Pokud jsou světlo a teplota v rovnováze, limitujícím faktorem bude hladina CO2 v prostředí. Pokud je k dispozici dostatek CO2, rychlost fotosyntézy se s rostoucí teplotou zvyšuje, i když roli hrají i další faktory, jako je enzym RuBisCo.

RuBisCo je pro fotosyntézu klíčový. V některých případech dochází k procesu známému jako fotorespirace. To nastává, když se RuBisCo váže s kyslíkem místo s oxidem uhličitým, jako by se to dělo při normální fotosyntéze. Hladina CO2 i optimální teplota budou při nízké hladině osvětlení nižší než při vysoké hladině osvětlení a při vyšších teplotách se také zvyšuje aktivita enzymu.

Integrace poklesu teploty (DIF)

Pojem DIF se týká vztahu mezi denními a nočními teplotami. Vliv střídání teplot na podélný růst stonků rostlin závisí na rozdílu (DIF) mezi denní a noční teplotou (který se vypočítá odečtením noční teploty od denní) a nikoliv na samostatných a nezávislých reakcích na denní a noční teplotu. Jinými slovy, důležitý je především rozdíl teplot a také to, kdy je teplota je vyšší, zda v noci nebo ve dne.

Růst listů není DIF výrazně ovlivněn, ale růst vnitřních částí stonků ano. Rostliny pěstované při kladném DIF jsou vyšší než rostliny pěstované při nulovém DIF a ty pěstované při nulovém DIF jsou vyšší a mají delší internodia než rostliny pěstované při záporném DIF. Mezi další důležité morfogenetické reakce na negativní DIF (tj. Rozdíly v prodlužování internodií a rozšiřování listů jsou výsledkem změn v procesu prodlužování a/nebo dělení buněk. Při negativním DIF jsou oba tyto procesy potlačeny, což může být důsledkem snížené aktivity giberelinů v subapikálním meristému (rostlinné tkáni zodpovědné za růst). Giberelin je rostlinný hormon, který stimuluje růst rostlin. DIF má největší vliv na prodlužování stonků v období rychlého růstu, takže semenáčky jsou na rozdíly mezi denními a nočními teplotami citlivější než dospělé rostliny. Negativní DIF v rané fázi prodlužování stonku je proto důležitý při omezování výšky rostlin.

Prodlužování stonků může být také způsobeno kratším poklesem teploty (přibližně na dvě hodiny) během 24hodinového denního cyklu. Zpravidla k tomu dochází ráno nebo těsně před východem slunce ještě za tmy. Zdá se, že tato reakce na změny teploty je nejsilnější během prvních hodin světelné periody u rostlin s dlouhým dnem, rostlin s krátkým dnem a rostlin s neutrálním dnem. Pokles teploty během posledních dvou hodin noci tedy výrazně ovlivní výšku rostlin. Toho lze obvykle snadno dosáhnout ve sklenících během podzimu při pěstování v chladných klimatických pásmech, a to díky přirozeně nízké noční teplotě.

Rozdíly v citlivosti prodlužování stonků na teplotu v rámci denního a nočního období mohou být řízeny endogenním růstovým rytmem. Cirkadiánní růstový rytmus (trvající přibližně 24 hodin) byl identifikován v roce 1994 u chryzantém. Prodlužování stonků rostlin není během 24hodinového cyklu světla a tmy konstantní. Jak rostliny s krátkým dnem, tak rostliny s dlouhým dnem pěstované v podmínkách vyvolávající kvetení se prodlužují rychleji během noci než ve dne. Orchideje potřebují ke kvetení nízké noční teploty.

Integrace teploty je jednou ze strategií, kterou pěstitelé používají. Stanoví si minimální a maximální teplotu pro plodinu a pak se může nechat teplota kolísat do té doby, dokud je zachována průměrná teplota za určité období. Tato strategie využívá v maximální možné míře přirozené teplo.

Teplota vzduchu je hlavním faktorem prostředí, který ovlivňuje vývoj a rychlost růstu rostlin. Teplota vzduchu však nikdy není izolovanou veličinou. Každý faktor ovlivňující růst rostlin souvisí s ostatními a úkolem je vychytat všechny slabé článek v řetězci. Tento článek se zabýval řadou z těchto faktorů, ale existují ještě další, které jsou stejně důležité. Kupříkladu vodní bilance a transpirace. Vše, co se v rostlině odehrává nebo bude odehrávat je ovlivněno teplotou vzduchu.

Adaptace rostlin na klimatické změny

Vysoké teploty, sucho, nedostatek živin… Klimatické změny ovlivňují také rostliny. Jak se mohou adaptovat, aby přežily v nových podmínkách? Mezinárodní tým pod vedením vědců z Botanického ústavu AV ČR prokázal, že se klonální rostliny mohou přizpůsobit změně klimatu, aniž by změnily svoji DNA. Umožňuje jim to epigenetická paměť. Svět a jeho klima se velmi rychle mění. Vzhledem k relativně pomalým evolučním procesům, které závisejí především na náhodných mutacích, není jisté, zda se rostliny a další méně pohyblivé organismy mohou na nové podmínky dostatečně rychle adaptovat.

Výzkumný tým však poprvé na přírodních populacích ukázal, že by evoluce rostlin mohla být zajištěna nejen náhodnými změnami v kódu DNA, jak předpokládá současná evoluční teorie, ale i pomocí epigenetických procesů, kterými rostliny reagují na přírodní podmínky. Epigenetické mechanismy umožňují změny v aktivitě genů a mohou se dědit z generace na generaci bez toho, aniž by rostliny měnily svoji DNA. „Zapínání“ a „vypínání“ určitých genů umožňuje organismům reagovat na měnící se prostředí a ovlivňovat tak jejich růst. Tato dědičná regulace genů není nahodilá, je částečně podmíněna přírodními podmínkami a probíhá mnohem rychleji než náhodné změny v kódu DNA, které mají podobný efekt na výslednou podobu jedinců.

„U náhodných mutací jsou změny v sekvenci DNA řádově tisíckrát pomalejší než změny v epigenomu. Předchozí průzkum dokázal, že rostliny mohou připravit své potomky na různé stresové jevy, jako je například sucho či nedostatek živin. Úlohu epigenetických mechanismů v tomto procesu však vědci dosud nikdy jednoznačně nepotvrdili v přírodních podmínkách. Výzkum na široce rozšířeném druhu jahodníku obecného jako jeden z prvních svého druhu potvrdil, že lokální klima, jako je nízká či naopak vysoká teplota, vyvolává charakteristickou epigenetickou variabilitu (v tomto případě metylaci DNA), která rostlinám umožňuje reagovat na okolní klimatické podmínky.

V nově publikované studii se výzkumný tým zaměřil na klimatické podmínky od vysokých teplot (jižní Evropa, nížiny) po chladné podmínky Skandinávie (Norsko), dále pak na množství srážek. „Výsledky ukázaly, že nejdůležitějším faktorem byla právě vysoká teplota. Vědci tak přímo prokázali, že je klimatem indukovaná paměť podmíněna epigenetickou variabilitou, která je dědičná přes několik generací a přímo ovlivňuje funkci genů potřebných k úspěšnému přežívání zvýšených teplot. Díky této schopnosti dokážou rostliny připravit své potomky na podmínky, které mohou očekávat v průběhu života. „Tato adaptace je zvlášť pozoruhodná, protože nepotřebuje žádné změny v samotné DNA a je tudíž výrazně rychlejší.

Zonobiomy a jejich charakteristika

Rostliny se mohou přizpůsobit klimatickým změnám, aniž by změnily svoji DNA. Dokážou to díky takzvané epigenetické paměti, kterou lze laicky označit za mezigenerační paměť. Ta jim umožňuje rychleji se přizpůsobit měnícím se teplotám.

Klonální rostliny se mohou adaptovat na změny klimatu, aniž by změnily svoji DNA. Umožňuje jim to epigenetická paměť, díky které se dokáží rychleji přizpůsobit měnícím se teplotám, a připravit své potomky změny klimatu.

Výzkum prohloubil porozumění dopadům globální změny klimatu na lesní ekosystémy napříč skupinami organismů a regiony. Propojujeme zde dlouhodobá observační data s ex-situ experimenty, což umožňuje lepší vhled do mechanismů, jimiž klimatická změna ovlivňuje biodiverzitu. Důležitým zjištěním je, že diverzita afinit k teplotě prostředí klesá, ačkoli reakce různých skupin organismů se mohou výrazně lišit. U skupin živočichů se druhová spektra mění směrem k teplomilnějším, zatímco rostliny lesního podrostu vykazují rezistenci.

Globální změny významně ovlivňují biologickou rozmanitost lesů a dynamiku stanovišť. Dlouhodobé opakované záznamy vegetace středoevropských lesů odhalily posun od otevřených stanovišť chudých na živiny ke stinným lesům bohatým na živiny. Tyto změny poukazují na sukcesní trend řízený změněnými podmínkami prostředí, přičemž klíčovou roli hrají atmosférické depozice dusíku a zapojování korun stromů. Překvapivě se areály lesních druhů rostlin často posouvaly spíše na západ než na sever, což souviselo spíše s depozicí dusíku než se změnou klimatu.

Analýza dlouhodobých změn několika tisíc vegetačních ploch napříč Evropou ukázala, že lokální změny taxonomické, funkční a fylogenetické diverzity jsou v průměru malé a většina posunů odráží zápoj stromového nadrostu a dostupnost živin, spíše než plošné environmentální trendy.

Klimatické změny ovlivňují rostliny, které se mohou adaptovat pomocí epigenetické paměti. Dlouhodobé interakce člověka a přírody významně formují krajinu a biodiverzitu střední Evropy. Tyto interakce přitom působí v určitém místě a na konkrétní ekosystémy.

Zonobiomy jsou rozsáhlé ekosystémy, které jsou charakterizovány specifickými klimatickými podmínkami a typickou vegetací. Mezi nejvýznamnější zonobiomy patří tropické deštné lesy, savany, pouště a tvrdolisté lesy (např. středomořská vegetace).

• Tropický deštný les: Nachází se v oblastech tropického klimatu s vysokými srážkami a stálou teplotou. Vyznačuje se mimořádnou biodiverzitou a složitou strukturou vegetace.
• Savana: Převážně travnatý biom s podřízenou složkou dřevin v podmínkách tropického klimatu s vydatnými sezónními dešti a obdobím sucha.
• Poušť: Charakteristická výraznou převahou potenciálního výparu nad dostupným množstvím vody a absencí souvislého rostlinného krytu.
• Tvrdolistý les: Nachází se v oblastech s mírnými zimami a suchými léty (např. Středomoří). Vegetace je přizpůsobena suchu a požárům.
• Step: Převážně travinný biom aridně - temperátního pásma s chladnou kontinentální zimou.

Každý zonobiom má specifické adaptace rostlin na dané klimatické podmínky. Například, v pouštích se rostliny přizpůsobily suchu pomocí sukulence, hlubokých kořenových systémů a redukované asimilační plochy. V tropických deštných lesích se rostliny vyznačují rychlým růstem a vysokou konkurenceschopností o světlo.

Klimatické změny mohou vést k posunům v zonobiomech a změnám v druhové skladbě vegetace. Dlouhodobé monitorování a výzkum jsou klíčové pro pochopení těchto změn a pro ochranu biodiverzity.

tags: #dekeni #rostlin #vhodné #pro #různé #klimatické

Oblíbené příspěvky:

• Kontejnery na tříděný odpad Litvínov
• Přijímačky na biologii a ekologii
• Složky neživé přírody
• Důsledky znečištění moří v Evropě
• Více o odpadovém hospodářství