Аграрії кожного року восени переймаються питаннями щодо перезимівлі цих культур: як перезимують, яка їхня кількість буде пошкоджена морозом, від чого залежить якість перезимівлі, як стимулювати до активного відновлення рослини рано навесні?
Ці питання дуже важливі, оскільки саме від того, як перезимує культура, залежать її продуктивність у весняно- літній період і взагалі добробут фермера. Рослини озимої пшениці та озимого ячменю добре витримують низькі позитивні температури, проте значні морози без наявності снігового покриву зазвичай негативно впливають на рослини, а подеколи взагалі призводять до їхньої загибелі.
Відомо, що на 42% території земної кулі зниження температури до -20°С і нижче в зимовий період — це цілком типове явище. Тому дослідження механізмів морозостійкості ключових культур для цих регіонів, куди входить й Україна, є актуальними.
У нашій країні значну увагу вивченню процесів загартування рослин приділяли науковці І.І. Туманов і М.А. Максимов. Швидке зниження температури в екстремальних умовах завжди зумовлює утворення кристалів льоду всередині клітини, що, зазвичай, призводить до розриву внутрішніх мембран клітини й плазматичної мембрани. Поступове зниження температури (0,5–1°С/год), що відбувається в природних умовах, спричинює утворення в міжклітинниках льоду, який витісняє з цього простору повітря.
У відлигу міжклітинники заповнюються водою, яку потім поглинають клітини, якщо вони не загинули. Основними причинами загибелі клітин за низьких від’ємних температур є зневоднення та механічне пошкодження кристалами льоду клітинних структур. Зневоднення виникає через відтік води з клітин у міжклітинний простір, де утворюються кристали льоду.
Така здатність льоду зневоднювати клітини, особливо за тривалої дії низьких температур, схожа до зневоднення, яке виникає внаслідок інтенсивного випаровування в період посухи. За тривалої дії негативних температур кристали льоду збільшуються до значних розмірів і, окрім стискання клітин, пошкоджують плазмолему. Найпоширенішими ознаками пошкодження клітин морозом є втрата клітинами тургору, інфільтрація міжклітинного простору водою та вимивання іонів із клітин.
Однак морозостійкі культури мають здатність попереджувати або знижувати згубну дію низьких від’ємних температур. Такі культури не допускають зневоднення тканин та утворення в клітинах кристалів льоду.
Рослини, які можуть без пошкоджень перезимовувати, мають здатність швидко транспортувати вільну воду з клітин до місць позаклітинного утворення льоду. Тобто, в умовах екстремального зниження температури підтримується висока проникність мембран. Це зумовлено особливостями ліпідного складу мембран морозостійких рослин. У такому разі в складі мембран переважають ненасичені жирні кислоти, тому знижується температура фазового переходу з рідкого стану в гель, яка у морозостійких культур перебуває нижче точки замерзання води.
Завдяки посиленню процесів синтезу речовин, що захищають тканини, за допомогою кріопротекторів підвищують стійкість рослин до морозу. До цих сполук насамперед відносяться полімери, які можуть зв’язувати значну кількість вільної води. Це гідрофільні білки, моносахариди й олігосахариди.
Вода, яка зв’язується кріопротекторами, не замерзає в клітинах і з них не транспортується. Завдяки цьому клітини захищені від утворення в них кристалів льоду та від зневоднення. У морозостійких культур зі зниженням температури посилюється гідроліз крохмалю, в цитоплазмі накопичуються цукри та одночасно зростає інтенсивність синтезу водорозчинних білків. Що більший вміст цих сполук у тканинах, то більша здатність клітин до виживання в умовах від’ємних температур. Є також інший тип полімерів-кріопротекторів — молекули геміцелюлоз, які виділяються в клітинну стінку. Вони обгортають кристали льоду і гальмують їхній ріст, завдяки цьому утворюються дрібніші кристали льоду, які не пошкоджують клітини.
Ще в середині попереднього століття Туманов розробив теорію, за якою морозостійкі рослини для повного загартування мали пройти декілька етапів: входження в стан спокою, перша й друга фази загартування. Ці етапи актуальні як для злакових культур, так і для інших рослин. Під час переходу до стану спокою зупиняється діяльність точок росту, ріст гальмується і зрештою припиняється. У цей період також відбувається інтенсивна реутилізація з листків у зимуючі органи низки речовин — вуглеводів, білків, жирів і мінеральних елементів. Усі ці зміни гальмують інтенсивність обміну речовин і блокують процеси взаємодії рослини з навколишнім середовищем, що знижує стресостійкість посівів.
Перша фаза загартування розпочинається восени в сонячну погоду за денної температури — 5–10°С, та вище нуля— вночі. В озимих злаків цей період триває недовго — впродовж декількох днів. У цих умовах інтенсивність дихання у рослин зменшується набагато швидше порівняно з процесами фотосинтезу. Це сприяє значному збільшенню кількості вуглеводів.
У пшениці озимої, ячменю озимого зазвичай найбільше накопичується глюкози і сахарози. Крім цього, в цей період прискорюється синтез вищих жирних кислот (в основному ненасичених) та розчинних білків. Ці речовини здатні зв’язувати у формі гідратних оболонок значну кількість води.
Надлишок вуглеводів відкладається у вигляді крохмалю в паренхімних клітинах серцевинних променів. Протягом зимівлі вміст полісахаридів зменшується внаслідок їхнього гідролізу та використання на процеси дихання, а також вони підтримують високу концентрацію цукрів у зимуючих органах.
Для другої фази характерні температури нижче 0°С, наявність світла у цей період необов’язкова.
Після таких двох фаз загартування рослини краще перезимовують. Вихід рослин із стану спокою супроводжується зниженням вмісту в тканинах кріопротекторів, вплив загартування та морозостійкість втрачаються. Через це весняні заморозки мають згубну дію на рослини озимини.
На стійкість посівів пшениці озимої чи озимого ячменю впливають такі фактори: строки сівби, погодні умови та кількість внесених мінеральних добрив восени (особливо азотних), товщина снігового покриву взимку. Строки висіву озимих зернових культур мають прямий вплив на майбутню морозостійкість рослин. Будь-які крайнощі в строках висівання зумовлюють негативний вплив. Ранній висів (на початку вересня) забезпечує формування потужних рослин ще в осінній період. Проте, якщо восени тривалий час зберігається тепла погода з достатньою кількістю опадів, це призводить до переростання рослин у посіві. Такі рослини пізно закінчують вегетацію, мало накопичують кріопротекторів у тканинах і через форсований ріст стають чутливими не тільки до морозів, а й до збудників грибних хвороб. Проведення сівби в надто пізні строки також не сприяє оптимальній стійкості рослин до від’ємних температур, тож рослини в зиму входять надто слабкими.
Температурний режим восени визначає, як інтенсивно проходять послідовні фази загартування рослин. Тривала тепла погода стимулює продовження вегетації, таким чином затримуються процеси переходу рослини в режим підготовки до зимівлі. Надто швидке зниження температури також не дає змоги рослинному організму пристосуватися до холоду. Оптимальними є умови, за яких достатньо тривалий час удень зберігається температура 3-8°С.
Особливо великої шкоди посівам у роки із сильними морозами завдає льодяна кірка. Вона буває притерта та висяча і по-різному негативно впливає на зимуючі рослини. Висяча кірка за тривалого її зберігання може створювати парниковий ефект, що призводить до передчасного росту рослин та зниження їхньої морозостійкості.
Таким чином, на стан перезимівлі озимих культур впливають фактори навколишнього середовища, проте правильно вибрані строки висіву восени та корекція догляду за озимими культурами навесні здатні звести негативні впливи до мінімуму.
