Кіріспе
Экологияда көлеңкеге төзімділік - өсімдіктің жарық деңгейінің төмен болуына төзімділік. Термин бау-бақша шаруашылығында және ландшафтта қолданылады, бірақ бұл жағдайда оның қолданылуы кейде нақты емес, әсіресе коммерциялық питомниктерде сатылатын өсімдіктерді таңбалауда. Көлеңкеге төзімділік - өсімдіктердің күрделі, көп қырлы қасиеттері. Өсімдіктердің әртүрлі түрлері көлеңкеге әртүрлі бейімделеді, ал белгілі бір өсімдік өзінің тарихына немесе даму сатысына байланысты көлеңкеге төзімділіктің әртүрлі деңгейлерін немесе тіпті жарыққа деген қажеттілігін көрсете алады.
Негізгі түсініктер
Кейбір паразиттік өсімдіктерді қоспағанда, барлық құрлық өсімдіктері күн сәулесін қажет етеді. Алайда, әдетте, күн сәулесінің көп болуы өсімдіктердің өмір сүруін оңайламайды. Тура күн сәулесінде өсімдіктер құрғап, УФ-сәулелерге ұшырайды және УФ-сәулелерді бөгейтін пигменттер мен судың жоғалуын болдырмайтын балауызды қаптамалар өндіретін энергияны жұмсауы керек. Көлеңкеге бейімделген өсімдіктер толық күн сәулесінде тұруға бейімделген өсімдіктерге қарағанда алыс қызыл жарықты (730 нм шамасында) тиімдірек пайдалана алады. Қызыл жарықтың көп бөлігін көлеңкеге төзімді емес шатырлы өсімдіктер сіңіреді, бірақ алыс қызыл жарықтың көбі шатырға еніп, төменгі қабатқа жетеді. Бұл жерде кездесетін көлеңкеге төзімді өсімдіктер осындай толқын ұзындығындағы жарықты пайдалана отырып фотосинтез жасауға қабілетті. Көбінесе көлеңкеде және күн сәулесінде қоректік заттардың жағдайы әртүрлі болады. Көбіне көлеңке басқа өсімдіктердің шатырларының болуынан пайда болады, бұл әдетте күн сәулесі мол аймақтардан топырақ қоректік заттарына толығымен басқа ортамен байланысты. Осылайша көлеңкеге төзімді өсімдіктер энергияны тиімді пайдалану үшін бейімделген. Қарапайым сөзбен айтқанда, көлеңкеге төзімді өсімдіктер жапырақты өндіруге жұмсалған шығынға қарағанда күн сәулесінің көп мөлшерін алу үшін кеңірек, жұқарақ жапырақтар өсіреді. Көлеңкеге төзімді өсімдіктер көлеңкеге төзімді емес өсімдіктерге қарағанда топырақтың қоректік заттарын көбірек пайдалану үшін бейімделген. "Көлбеуге төзімді" өсімдіктер мен "көлбеуді жақсы көретін" немесе "кинофильді" өсімдіктер арасында айырмашылық болуы мүмкін. Сциофилды өсімдіктер көлеңкелеу дәрежесіне тәуелді, бұл басқа өсімдіктердің көпшілігін өлтіреді немесе олардың өсуін едәуір тежейді.
Жапырақ қозғалысы
Жарық ортасының өзгеруіне бейімделу үшін жапырақ қозғалысының әртүрлі түрлері анықталды: даму, пассивті және белсенді. Белсенді қозғалыстар кері айналады. Кейбір өсімдіктер көк сәулені сіңіретін пигменттерді сенсор ретінде және жапырақ қозғалысын басқару үшін пульвиналық моторлық тін ретінде пайдаланады. Бұл бейімделулер әдетте баяу, бірақ салыстырмалы түрде тиімді. Олар фотосинтез қабілеті төмен, бірақ кейде жарық сәулелері түсетін кейбір көлеңкелі өсімдіктерге пайдалы. Пассивті қозғалыстар құрғақшылықпен байланысты, онда өсімдіктер қатты жарық кезінде жапырақтардың шағылысуын арттыру (мысалы, жапырақ бетінде тұз кристалдарын өндіру арқылы) немесе ауаға толы шашты дамыту сияқты пассивті бейімделуді қолданады. Даму қозғалыстары баяу және кері қайтарылмайды.
Хлоропласт қозғалысы
Хлоропласт қозғалысы - молекулалық деңгейдегі жарықтың өзгеруіне бейімделудің бір түрі. Зерттеулер хлоропласттардың қозғалысы жапырақ қозғалысымен бірдей фоторецепторды бөлісетінін көрсетті, өйткені олар ұқсас әрекет спектрлерін көрсетті. Бұл жылдам бейімделу, бірнеше минут ішінде пайда болады, бірақ шектеулі, өйткені ол жарық сіңірудің 10 ~ 20% -ын ғана азайта алады. Жарық интенсивтілігі жоғары өсімдіктер әдетте жарықсыз өскен өсімдіктерге қарағанда антеннасы кішірек болады. Зерттеулер PSII антеннасының акклиматикалық модуляциясы оның апопротейнінің протеолизі салдарынан пайда болатын PSII (LHC PSII) сыртқы жарық жинау кешендерін ғана қамтитынын анықтады. Ензим экспрессиясы мен активациясынан кейін жарықтың жоғары болуына жауап беру екі күнге дейін созылады. Сыртқы LHC II-ді протеолиз арқылы жартылай азайту бір рет іске қосылғаннан кейін бір тәуліктен аз уақыт алды. PS сандарын өзгертіп, өсімдік қоршаған ортаның өзгеріп жатқан жарығына бейімделе алады. Түбімен өсірілген өсімдіктер әдетте кездесетін қызыл жарықтың азаюын өтеу үшін, олар жоғары жарықпен өсірілген өсімдіктерге қарағанда PS II мен PS I арақатынасының жоғары болуына ие болды. Алайда, бұл механизмге қатысы бар факторлар толық түсініксіз. Зерттеулер LHC II-ді қоса алғанда, ақуызды фосфорилирлеудің жарық акклиматизациясы кезінде сигналдарды аударудың маңызды жолы екенін көрсетті.
Шөптесін өсімдіктер
Ауа райының орташа температурасында көптеген жабайы гүлдер мен ағаш емес өсімдіктер жапырақшасын көктемнің басында, ағаштар жапырақ шашудан бұрын жапырақшалап, орманның жабық шатырынан шығады. Бұл, бір жағынан, мүмкін, өйткені жер көбірек қорғалған, сондықтан өсімдіктер қатып қалу қаупі бар уақытта қатып қалу қаупі аз. Мұның ең үлкен мысалы - қысқы бір жылдық өсімдіктер күзде көктеп, қыста өсіп, көктемде гүлдеп, өледі. Ағаштар сияқты шөптесін өсімдіктер де көлеңкеге төзімділігі әр түрлі. Кейбір ерте жапырақтайтын өсімдіктер шатыр жапырақтары шыққаннан кейін де сақталады, ал басқалары тез өледі. Көптеген түрлерде бұл жағдайдың болуы немесе болмауы қоршаған ортаға, мысалы сумен қамтамасыз ету мен күн сәулесінің деңгейіне байланысты. Гидрангия хирта - Жапонияда өсетін көлеңкеге төзімді жапырақты бұта. Өсімдіктердің көпшілігі жарыққа қарай өсе де, көптеген тропикалық жүзімдер, мысалы, Monstera deliciosa және арациелер тұқымдасының басқа мүшелері, мысалы, Филодендрон туысының мүшелері, бастапқыда жарықтан алыстады; бұл олардың ағаштың сабағын табуға көмектесетін, содан кейін олар жарқын жарық аймақтарына көтерілетін, циофилді өсімнің керемет мысалы. Филодендронның жоғарғы бұтақтары мен жапырақтары күн сәулесінің астында жарық сүйетін, фотофильді өсімдіктер сияқты өседі.
Ағаштар
Жауын-шашын мол болатын және су өсімді шектейтін фактор емес ормандарда көлеңкеге төзімділік ағаш түрлерін сипаттайтын ең маңызды факторлардың бірі болып табылады. Алайда әр түрлі ағаш түрлерінің көлеңкеге бейімделу ерекшеліктері де әр түрлі. Солтүстік Америкадағы барлық ағаш түрлерінің ішіндегі ең көлеңкеге төзімді деп саналатын шығыс гемологы шырылдап, тұрып, тіпті мүлдем жабық шатыр астында да өседі. Сонымен қатар, қайыңдар өздерінің тамырлары арқылы жақын маңдағы ағаштарға энергияны беру қабілетін көрсетеді. Ал, қарама-қарсы, қант кеспеағашы, сондай-ақ көлеңкеге төзімді деп саналады, жабық шатыр астында өсіп, су астында өседі, бірақ ол бос орын пайда болған кезде ғана толық мөлшерге жетеді. Қайың, қарағай сияқты көлеңкеге төзімді емес өсімдіктер жабық шатыр астында өспейді. Көлеңкеге төзімді емес түрлер көбінесе ылғалды жерлерде, су бойында немесе тікелей күн сәулесі жеткілікті болатын бұзылған жерлерде өседі. Жарықсыз жағдайда бәсекеге қабілетті болудан басқа, көлеңкелі түрлер, әсіресе ағаштар ашық ауамен салыстырғанда күндізгі температураның салыстырмалы түрде төмен болуына төтеп бере алады, және ең бастысы, тамырлар, әсіресе бағынысты өсімдіктермен жоғары бәсекеге төтеп бере алады. Жеңіл және жерасты бәсекелестігінің салыстырмалы маңыздылығын ажырату өте қиын, ал практикалық тұрғыдан олар ажырамас байланыста.