Введение

В экологии, теневая толерантность - это способность растения терпеть низкий уровень света. Термин также используется в садоводстве и ландшафтном дизайне, хотя в этом контексте его использование иногда неточно, особенно при маркировке растений для продажи в коммерческих питомниках. Теневая толерантность - это сложное, многогранное свойство растений. Различные виды растений имеют различные приспособления к тени, и конкретное растение может проявлять различную степень терпимости к тени или даже потребность в свете, в зависимости от его истории или стадии развития.

Основные понятия

Все наземные растения, за исключением некоторых паразитирующих на них, нуждаются в солнечном свете, чтобы выжить. Однако, как правило, больше солнечного света не всегда облегчает выживание растений. При прямом солнечном свете растения подвергаются высыханию и воздействию ультрафиолетовых лучей, и должны тратить энергию, производя пигменты, блокирующие ультрафиолетовый свет, и восковые покрытия, чтобы предотвратить потерю воды. Растения, приспособленные к тени, обладают способностью использовать дальнекрасный свет (около 730 нм) более эффективно, чем растения, приспособленные к полному солнечному свету. Большую часть красного света поглощают растения, не переносящие тени, но большая часть дальнего красного света проникает в кроны, достигая нижнего этажа. Растения, которые выживают в тени, способны к фотосинтезу, используя свет с такой длиной волны. Ситуация с питательными веществами часто отличается в тени и на солнце. Большая часть тени обусловлена наличием других растений, и это обычно связано с совершенно другой средой - более богатой почвенными питательными веществами, чем солнечные районы. Таким образом, растения, переносящие тень, приспособлены к тому, чтобы эффективно потреблять энергию. Проще говоря, растения, переносящие тень, выращивают более широкие, тоньше листья, чтобы поймать больше солнечного света относительно стоимости производства листа. Тенеустойчивые растения также обычно адаптированы для того, чтобы больше использовать питательные вещества почвы, чем растения, не переносящие тени. Можно провести различие между растениями, "терпимыми к тени", и растениями, "любящими тени" или "учеными". Растения с шиповидным покровом зависят от определенной степени затенения, которая в конечном итоге убьет большинство других растений или значительно приостановит их рост.

Движение листьев

Были выявлены различные типы движения листьев для адаптации к изменяющейся световой среде: развивающийся, пассивный и активный. Активные движения обратимы. Некоторые растения используют в качестве датчика и пульвинарной двигательной ткани поглощающие синий свет пигменты для движения листьев. Эти адаптации обычно медленные, но относительно эффективные. Они полезны для некоторых теневых растений, которые имеют низкую фотосинтетическую способность, но иногда подвергаются воздействию небольших световых вспышек. Пассивные движения связаны с засухой, когда растения используют пассивную адаптацию, такую как увеличение отражения листьев при сильном освещении (например, путем производства кристаллов соли на поверхности листьев) или развитие заполненных воздухом волосков. Движения развития медленные и необратимые.

Движение хлоропласта

Движение хлоропластов - одна из адаптаций растений к изменяющемуся свету на молекулярном уровне. Исследование показало, что движение хлоропластов разделяет тот же фоторецептор с движением листьев, поскольку они показывают схожие спектры действия. Это быстрая адаптация, происходящая в течение нескольких минут, но ограниченная, поскольку она может только уменьшить 1020% поглощения света при сильном освещении. Растения, выращенные при высокой интенсивности света, обычно имеют меньшую антенну по сравнению с растениями, выращенными при слабом освещении. Исследование показало, что акклиматическая модуляция размера антенны PSII включает только внешние комплексы сбора света PSII (LHC PSII), вызванные протеолизом его апопротеина. Реакция на более высокий уровень света занимала до двух дней после экспрессии и активации фермента. Сокращение внешнего LHC II вдвое с помощью протеолиза заняло менее суток после активации. Изменяя число ПС, растения могут адаптироваться к изменяющемуся освещению окружающей среды. Чтобы компенсировать уменьшение красного света, с которым обычно сталкивается растение, выращенное под навесом, они имели более высокое соотношение PS II к PS I по сравнению с растением, выращенным под более высоким освещением. Однако факторы, связанные с этим механизмом, не совсем понятны. Исследование показало, что фосфорилирование белка, включая LHC II, является важным путем для передачи сигнала при акклиматизации на свет.

Растения травянистые

В умеренных зонах многие дикие цветы и нелесовидные растения сохраняются в закрытом навесе леса, выливая листья ранней весной, прежде чем деревья выливают листья. Это частично возможно, потому что земля имеет тенденцию быть более защищенной, и, таким образом, растения менее восприимчивы к морозам в течение периода времени, когда это все еще было бы опасно для деревьев, чтобы листья вышли. В качестве крайнего примера этого, зимнее однолетнее растение прорастает осенью, растет зимой, и цветет и умирает весной. Как и у деревьев, у травянистых растений различная терпимость к тени. Некоторые растения, листвующие рано, будут сохраняться после того, как листья покроются, в то время как другие быстро отмирают. У многих видов, происходит ли это или нет, зависит от окружающей среды, такой как водоснабжение и уровень солнечного света. Гортензия хирта - это тенеустойчивый лиственный кустарник, обитающий в Японии. Хотя большинство растений растут в сторону света, многие тропические виноградники, такие как Monstera deliciosa и ряд других членов семейства Araceae, такие как представители рода Philodendron, изначально растут вдали от света; это драматический пример научного роста, который помогает им найти ствол дерева, на который они затем поднимаются в области более яркого света. Верхние побеги и листья такого филодендрона растут как типичные светолюбивые, фотофильные растения, когда они появляются на полном солнце.

Деревья

В лесах, где обильные осадки и вода не являются ограничивающим фактором роста, терпимость к тени является одним из самых важных факторов, характеризующих виды деревьев. Однако у разных видов деревьев есть свои особенности приспособления к тени. Восточный хемлок, который считается самым тенеустойчивым из всех североамериканских видов деревьев, способен прорастать, сохранять и даже расти под полностью закрытым навесом. Также они способны передавать энергию близлежащим деревьям через корневую систему. В отличие от этого, сахарный клен, также считающийся высоко терпимым к тени, прорастает под закрытым навесом и сохраняется в качестве подлеска, но вырастает до полного размера только при создании зазора. Нетерпимые к тени виды, такие как ива и осина, не могут прорастать под закрытым навесом. Нетерпимые к тени виды часто растут на водно-болотных угодьях, вдоль водных путей или в местах, где есть достаточный доступ к прямому солнечному свету. Помимо того, что они способны соревноваться в условиях низкой интенсивности света, теневые виды, особенно деревья, способны выдерживать относительно низкие дневные температуры по сравнению с открытой, и, прежде всего, высокую конкуренцию корней, особенно с подчиненной растительностью. Очень трудно разделить относительную важность легкой и подземной конкуренции, и в практическом плане они неразрывно связаны.