Яровизация или как холод помогает цветению

Если вы увлекаетесь выращиванием растений, то вам хорошо известно, как на них действует холод. Большинство растений замедляют свой рост при понижении окружающей температуры. У практикующих аутдор агротехников наверняка есть в кармане история о растениях, которые не успели созреть до первых заморозков и в итоге погибли от холода. Но, несмотря на негативное влияние, холод необходим многим растениям и играет фундаментальную роль в их правильном развитии в таких ключевых функциях, как прорастание, рост и цветение.

Вы, вероятно, слышали о стратификации, когда семена некоторых видов растений остаются в спящем состоянии до тех пор, пока не подвергнутся длительному воздействию низких температур. Это эволюционная адаптация, позволяющая семенам не прорастать до окончания холодной зимы, что значительно повышает их шансы на выживание. Это относится и ко многим ландрейсам, которые имеют гораздо более высокую всхожесть после периода холодного хранения.

Вернализация (или тождественное понятие яровизация) — еще один пример жизненно важной роли холода в развитии растений. Рассмотрим его подробнее.

Яровизацию можно определить как приобретение способности к цветению в результате воздействия длительного холода. Это означает, что виды растений, которым требуется яровизация, должны пройти через период холодов — от нескольких недель до нескольких месяцев при температуре от 1ºC до 7ºC — прежде чем они смогут начать цветение и завершить свой жизненный цикл. Если бы не холодная погода, которая запускает цветение, эти растения оставались бы в вегетативном состоянии неопределенно долгое время.

Почему некоторые растения нуждаются в яровизации?

Яровизация — это эволюционная адаптация, которая позволяет цветковым растениям получить преимущество перед своими конкурентами, когда весной начинается вегетационный период, прорастая и начиная свое развитие осенью до наступления зимних холодов. Однако надвигающиеся холода создают проблему для молодых растений в начале их жизни. Если растения продолжают расти и начинают цвести зимой, то наиболее вероятным исходом будет то, что цветы или плоды будут уничтожены суровыми условиями зимы: дождем, снегом и низкими температурами, что сведет на нет репродуктивные усилия растений на весь сезон.

Чтобы приспособиться к этой угрозе, некоторые растения выработали механизм вернализации. Благодаря этому цветение и плодоношение задерживаются до ранней весны, когда условия гораздо более благоприятны для размножения. Таким образом, растение, которое медленно развивалось с предыдущей осени, теперь может направить свою энергию на цветение и производство семян для обеспечения выживания своего вида, в то время как большинство однолетних растений еще прорастают или находятся на стадии всходов. Это дает ему конкурентное преимущество перед другими растениями, позволяя завершить свой репродуктивный цикл на год раньше, чем начнут развиваться нестойкие однолетние растения, и в то время, когда мало кто из других растений цветет.

Аналогично и по тем же причинам многие деревья и многолетние растения нуждаются в периоде холодной погоды, чтобы освободиться от зимней спячки. Чтобы почки, развившиеся осенью, раскрылись и сформировали листья, они должны подвергнуться длительному воздействию холода. Коротких периодов холодной погоды недостаточно, чтобы дать импульс цветению или освободить деревья от спячки, иначе эти процессы могут быть запущены колебаниями погоды осенью, что приведет к катастрофическим последствиям. Чтобы избежать этого, растения эволюционировали только для того, чтобы реагировать на длительные периоды холода, которые наблюдаются зимой, обеспечивая торможение репродуктивного процесса до весны.

Какие растения требуют яровизации?

Как правило, растения, которым требуется яровизация, чтобы вызвать способность к цветению, — это двухлетние и зимостойкие однолетние растения из умеренных зон. Двулетние растения—- это растения с двухлетним жизненным циклом, первый год они используют для создания здоровой структуры, накапливая энергию в корнях, чтобы пережить зиму, а второй год посвящают размножению, то есть цветению и плодоношению. Существует множество двулетних сортов овощей, однако в основном они выращиваются как однолетние, и обычно их выращивают как двулетние только тогда, когда садоводам нужно сохранить семена для будущих сезонов. К популярным двулетним сортам относятся свекла, брюссельская капуста, капуста, морковь, цветная капуста, сельдерей, мангольд, эндивий, капуста, репа, лук-порей, лук репчатый, петрушка и пастернак.

Зимостойкие однолетники начинают выращивать осенью, и растения зимуют, а весной начинают цвести. Примерами популярных зимостойких однолетних овощей являются фасоль, горох и шпинат. В сельскохозяйственном мире зимостойкие однолетние зерновые культуры играют важную роль в ежегодном производстве зерна, заполняя пробел в севообороте, который не могут заполнить другие культуры, и используя преимущества зимнего снега и дождя для роста. В результате они дают более высокие урожаи, чем летние зерновые культуры. К озимым зерновым культурам относятся рожь, ячмень, пшеница и тритикале. Все они также идеально подходят для использования в качестве покровных культур для защиты и обогащения почвы в зимний период, поскольку их можно заделать в почву задолго до посева.

Как работает яровизация?

Исследования Arabidopsis thaliana (ученые считают его модельным растением для исследований) позволили выявить два гена, экспрессия которых обуславливает необходимость яровизации. Растения, которым для цветения требуется холод, имеют активные копии этих генов, известных как Frigida и FLC (Flowering Locus C). FLC — это репрессор, который активируется осенью и подавляет экспрессию ключевых генов в механизме цветения. Frigida, с другой стороны, активирует и повышает уровень FLC в РНК растения. Длительный период холодной погоды заглушает экспрессию FLC, что приводит к неспособности к цветению.

У видов трав, которым требуется вернализация, таких как ячмень или озимая пшеница, механизм работает несколько иначе, и индукция цветения подавляется геном под названием VRN2. Воздействие длительных периодов холодной погоды увеличивает экспрессию VRN1, другого гена, который работает над подавлением VRN2, что позволяет индукции цветения.

Яровизация для ускорения цветения

Техника вернализации также может быть использована для того, чтобы обмануть растения и добиться более быстрого урожая, чем можно было бы получить в противном случае. Это относится к озимой пшенице, которая, в отличие от яровой, требует 6—10 недель яровизации, чтобы зацвести и дать зерно. Традиционно ее высевают осенью, чтобы выносливые молодые растения перезимовали и начали расти весной для сбора урожая в начале лета, что требует трех сезонов от посева до сбора урожая. Пытаясь повысить урожайность, исследователи сельского хозяйства обнаружили, что, подвергая проросшие зерна воздействию тщательно выверенных температур и определенного фотопериода, можно значительно сократить время между прорастанием и сбором урожая. Используя этот метод, фермеры смогли получить до пяти урожаев зерновых в год, тогда как раньше можно было собрать только два.

Зависимость от фотопериода

Для некоторых видов растений одной только яровизации недостаточно для цветения, необходим также правильный фотопериод. Это означает, что чувствительное к фотопериоду или фотозависимое растение, прошедшее через яровизацию, но подвергшееся воздействию неправильной длины дня, будет оставаться в вегетативном состоянии до тех пор, пока не будет подвергнуто воздействию правильного фотопериода, чтобы вызвать цветение. Это означает, что фотопериодическое растение, требующее яровизации, не будет цвести, если оно не подверглось длительному воздействию холода, даже при правильном фотопериоде. Аналогично, то же самое растение, прошедшее яровизацию, в свою очередь, откажется цвести, если фотопериод неправильный.

Принимаем активное участие

С осени прошлого года наша компания Just Grow сотрудничает с Всероссийским НИИ сельскохозяйственных биотехнологий им. Тимирязева. Мы спроектировали и изготовили самое современное освещение для климатических камер, в которых ведущие ученые нашей страны проводят эксперименты с генетикой растений. Мы оснастили освещением лаборатории для спидбридинга (об этом мы расскажем в следующих выпусках) и комнату для яровизации.

В России впервые проводятся эксперименты по влиянию на растения интенсивности облучения и спектра во время процесса яровизации.

Специально для яровизационных камер компания Just Grow изготовили партию 4-канальных светильников X-SPACE с возможностью изменения спектра. Общая площадь освещенных грядок в комнате для яровизации — более 40 квадратных метров.

Наши коллеги из компании Климбиотех и Gorshkoff спроектировали и изготовили во ВНИИСБ несколько климатических камер с возможностью точного контроля температуры и влажности. В комнате для яровизации мы смогли реализовать градиент по освещенности и градиент по температуре, которые позволяют имитировать разнообразные природные условия и проводить новые недоступные ранее эксперименты с растениями.

Главная цель экспериментов — получение элитной генетики растений внутри страны и снижение зависимости от импорта из недружественных стран. Наша компания очень рада принимать участие в деле продовольственной безопасности нашей страны.

Telegram-канал: JustGrowLED
Телеграм-бот с каталогом продукции: @Just_Grow_Bot
Instagram: @justgrow.led
Сайт: just-grow.ru