Олена Нінуа, Agroexpert (Україна)
Богдан Лук’янчук, засновник Growex (Україна)
Проблема
«Вимерзне – пересію, не вимерзне – докущиться або маса 1000 зерен буде більша» – з такими думками біль-шість аграріїв восени відпускає на поруки долі посіви озимих ріпаку чи пшениці.
Хвилюватися насправді слід лише тоді, коли культура нормально не пройшла стадію яровизації та не встигла са-мотужки підготуватися до зими. Поступове зниження тем-ператури навіть до «мінусів» не призводить до критичних наслідків, оскільки озима культура, по суті, просто припи-няє вегетацію та чекає сприятливих умов, аби її відновити. Проблеми починаються тоді, коли температура знижуєть-ся різко, адже рослина не встигає позбутися надлишкової вологи. Об’єм води внаслідок замерзання може збільшува-тися на 10 – 20% відповідно до рівня температури.
Залежно від швидкості охолодження можливий різний сценарій перезимівлі посівів озимих: за більш-менш по-вільного зниження температури лід утворюватиметься поза клітинами і вони в більшій мірі залишаються неу-шкодженими, а загибель деяких клітин переважно спри-чинена зневодненням; за швидкого охолодження вода за-мерзає між клітинною стінкою й протопластом і в такому разі пошкоджуються поверхневі шари протоплазми; за дуже швидкого заморожування вода не встигає вийти з протопласта й лід утворюється всередині клітин, що спричинює їх загибель.
Для утворення кристалу льоду за -1°С потрібно, аби приблизно 4 млн молекул води зайняли свої місця відпо-відно до кристалічної решітки льоду, а за -30°С для цього вистачить усього 100 молекул. Відомо, що тиск парів над льодом менший, ніж над водою за тієї ж температури. Від-так щойно утворені центри кристалізації починають швидко розростатися. Для клітин це явище є вельми не-безпечним, адже грані крупних кристалів пошкоджують численні мембрани.
Рішення
Дуже частими постфактум-порадами у випадку, коли посіви суттєво постраждали від раптових заморозків можна почути: треба сіяти вчасно, потрібно сіяти глибше, попередник має бути хорошим.
Проте є ще один дієвий метод – використання препаратів на основі поліетиленгліколю. Цю речовину широко застосо-вують у сільському господарстві. Наприклад, завдяки своїй розчинності у воді ПЕГ є чудовим носієм для органічних ін-сектицидів, гормонів, гербіцидів тощо. Але в нашій ситуації він потрібен саме для того, аби запобігти льодоутворенню в клітинах рослини. Поліетиленгліколь – дуже гідрофільна речовина, здатна зв’язувати багато вільної води. Вільна вода – це молекули, що можуть взаємодіяти із зарядженими моле-кулами інших сполук, розчинними у воді. ПЕГ являють со-бою конденсаційні полімери етиленоксиду й води. Низько-мулекулярні сполуки до 700 є безбарвними, в’язкими речо-винами з температурою замерзання від -10°С, тоді як полімеризовані сполуки з більшою молекулярною масою (понад 1000) – тверді речовини із температурою плавлення до 67°С. Загальною рисою ПЕГ є водорозчинність.
За настання мінусових температур клітинний сік, де вже є ПЕГ, перетворюється на гель завдяки чому клітина не втрачає свою цілісність, а за теплої погоди гель знову перетворюється на рідину. Виробники таких препаратів зазначають, що ПЕГ підвищує кількість зв’язаної води в рослинній клітині уже через 3 години на 15%, а через 24 її кількість збільшується в 2–3 рази, що дає змогу рослині не реагувати на перепади температури в межах 16 – 18°С.
Для успішного використання препаратів на основі ПЕГ
- кілька правил:
- ПЕГ слід вносити заздалегідь (за 3 – 5 днів до початку суттєвого зниження температури чи заморозків), аби препарат встиг рівномірно розподілитися рослиною для максимального ефекту.
- Поліетиленгліколі мають різну молекулярну масу. В якості кріопротекторів використовують ПЕГи з масою 400 – 1500 г моль-1. Для більшої ефективності краще за-стосовувати комплекс поліетиленгліколів із мінімальною і максимальною масою в цих межах.
- Гектарна норма витрати діючої речовини залежить від вегетативної маси культури й коливатиметься від 300 до 900 г/га, тобто, що більшою є вегетативна маса культу-ри, то більше препарату варто внести.
Довідка
Основними причинами загибелі рослинних клітин внаслідок дії низьких температур
- їхнє зневоднення та/або пошкодження клітинних структур через утворення льоду. Зневоднення виникає через відтягування води з клітин кристалами льоду, що утворюються в міжклітинному просторі. За тривалої дії морозу кристали льоду досягають значних розмірів і, крім стискання клітин, можуть пошкоджувати плазмалему. Поступове зниження температури призводить до утворення кристалів льоду насамперед у міжклітинному просторі й спочатку не викликає загибелі клітин. Утворення льоду в протопласті клітини, як правило, відбувається за швидкого зниження температури та значно пошкоджує її.
Отож основними причинами загибелі клітин рослин за низьких температур є їхнє надмірне зневоднення або механічний тиск, спричинений кристалами льоду, що пошкоджують тонкі клітинні структури. Морозостійкі рослини «готуються» до зими заздалегідь. Одним із етапів їхньої підготовки є зневоднення клітин. Жири, накопичуючись у клітинах, витісняють із них воду, а вода,що залишилася – міцно зв’язана з молекулами білків і вуглеводів й втрачає здатність до кристалізації. Тому в морозостійких видів рослин кристалів льоду в клітинах не буде. Але за значного зниження температури лід утворюватиметься у міжклітинному просторі. Кристали ростуть, відтягуючи воду з клітин. Сильне зневоднення теж шкідливе: воно призводить до руйнування структури мембран, білків, нуклеїнових кислот. Збільшення вмісту жирів на поверхні протоплазми перешкоджає подальшому виходу води з клітин і тим самим підвищує стійкість рослин до морозів.
Схематичне зображення процесу руйнування клітин під дією льоду (Джерело: lizzieharper. co.uk)
ПЕГ із різними молекулярними масами
