При выращивании растений исключительно в условиях светокультуры в фитотронах, камерах зимой в Заполярье и в других случаях иногда нарушается подача электроэнергии. Растения могут оказаться в темноте на длительное время, значительно превышающее фотопериодический цикл, выработанный в процессе эволюции.

Реакция растений на длительную темноту

Длительное (порядка нескольких суток) отсутствие оптического излучения вызывает нарушение физиологических процессов, изменение структуры отдельных органелл, внешние повреждения органов и, наконец, гибель растений. По данным Т. Н. Шманаевой, у томатов уже на 2-е сутки уменьшается количество нуклеиновых кислот, размеры ядер, увеличивается плазмоядерное отношение, прекращаются митозы, задерживаются ростовые и формообразовательные процессы. Более длительная темнота вызывает фрагментацию ядер и полное их разрушение в клетках апикальной меристемы точек роста. На 7-е сутки растения погибают. При этом наблюдается большая потеря воды всем растением, некроз листьев, побурение и ослизнение корней. Нарушается обмен веществ, что проявляется в избыточном накоплении амидного и аммиачного азота. В листьях происходит одновременный и быстрый распад пигментов и частичный их ресинтез (хлорофилла – на 4-е сутки темноты, каротиноидов – на 6-е). Общее уменьшение количества пигментов понижает степень поглощения листом лучистой энергии за счет увеличения пропускания и отражения. Ход спектральной кривой при этом не смещается. Хлоропласты собираются к концам клетки или вокруг ядра. Задерживается их движение, изменяется форма – они становятся округлыми или угловатыми. Наблюдаются изменения и в структуре хлоропластов: у огурцов уже через 2 суток отмечена их деструкция. Уменьшается число гран, толщина мембран тилакоидов, увеличивается расстояние между ними. Постепенно разрушается строма хлоропластов. Через 5 суток образуются проламеллярные тела, затем разрушается оболочка, хлоропласт перестает существовать как автономное образование и прекращает функционировать. Разрушение структуры хлоропластов зависит от продолжительности темноты: сначала набухают тилакоиды гран и стромы, а затем появляются проламеллярные тела, которые со временем теряют решетчатую структуру; разрушается оболочка хлоропластов, остатки гран, и отдельные тилакоиды перемещаются непосредственно в цитоплазму.

Устойчивость растений к повреждающему действию длительной темноты определяется разными факторами: наследственными свойствами данной культуры, возрастом растений, этапом органогенеза, наличием запасных веществ, фотопериодической реакцией и т. п. Особое значение имеют параметры внешней среды: температура воздуха, условия минерального питания, режим предтемнового облучения и др. При температуре воздуха порядка 30° С огурцы погибают на 2-е, а томаты на 4-е сутки. Пониженная температура повышает устойчивость растений: томатов при 12° С – до 7 дней, пшеницы при 3° С -до 15 дней. Если после этого срока создать нормальные условия облучения, то растения возобновляют рост. При выращивании растений на питательной смеси исключение из нее азота повышает, а отсутствие фосфора понижает устойчивость растений. Интенсивность облучения в предтемновой период играет роль регуляторного механизма, определяющего направление и степень функциональных и структурных процессов, протекающих в растениях во время длительной темноты. В определенных условиях темнота играет важную защитную роль. Повреждающее действие на растения кислот, щелочей, гербицидов, рентгеновского излучения и низкой положительной температуры значительно слабее в темноте, чем на свету.