Основная причина роста растений. Условия внешней среды и их влияние на рост и развитие растений



Растения в течение всей своей жизни постоянно находятся во взаимодействии с внешней средой. Требования растений к факторам жизни определяются наследственностью растений, и они различны не только для каждого вида, но и для каждого сорта той или иной культуры.
Это связанно с тем, что каждому растению нужны конкретные, изменяющиеся во времени количества лучистой энергии, температура среды, вода, разнообразные растворенные химические элементы, газовый состав почвенного и атмосферного воздуха, свойства среды обитания.
Вот почему глубокое знание этих требований дает возможность правильно устанавливать структуру посевных площадей, чередование культур, размещение севооборотов.

Факторы жизни растений подразделяются на космические и земные .
К космическим относятся свет и тепло, к земным - вода, воздух и питательные вещества. Космические факторы имеют существенные особенности, так как практически не регулируются в земледелии.
Для нормальной жизнедеятельности растениям необходимы свет, тепло, вода, питательные вещества, включая углекислоту и воздух.

Рассмотрим влияние основных факторов и условий на рост и развитие растений.

Свет

Основным источником света для растений является солнечная радиация. Хотя этот источник находится вне влияния человека, степень использования световой энергии солнца для фотосинтеза зависит от уровня агротехники: способов посева (направление рядков с севера на юг или с востока на запад), дифференцированных норм высева, обработки почвы и др.
Свет, т. е. оптическое излучение солнца в виде электромагнитных волн определенной длины, включающее видимое человеческим глазом инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, оказывает большое влияние на рост и развитие растений. Прежде всего, свет – источник энергии для фотосинтеза.

Фотосинтезом называют процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов. В ходе световой стадии фотосинтеза образуется высокоэнергетические продукты: макроэргическое соединение - АТФ, служащее в клетке источником энергии, и НАДФН, использующийся как восстановитель. В качестве побочного продукта в процессе фотосинтеза выделяется кислород.

Помимо этого, свет оказывает прямое влияние на развитие растений. Без него растения не зацветают и не плодоносят. При недостатке света зерновые, например, плохо кустятся, стебли вытягиваются, растения полегают, зерно получается щуплым, с низким содержанием белка. Свет влияет на качество продукции и других растений: сахарная свекла при хорошем освещении накапливает больше сахара, картофель – крахмала, подсолнечник – жира. Растения реагируют на смену дня и ночи, на изменение интенсивности освещения. Эту реакцию называют фотопериодизмом .

Для нормального развития одних растений нужен длинный световой день, что наблюдается в южных широтах. Так, озимая рожь, овес, пшеница запаздывают с цветением в условиях короткого дня. Другие растения (рис, хлопчатник, сорго, просо, табак) лучше развиваются в широтах с коротким световым днем.

В практике земледелия используют приемы, позволяющие улучшить освещенность растений. К ним относятся правильное ориентирование рядов посевов по отношению к странам света. Например, посев зерновых рядками в меридиональном направлении по сравнению с широтным дает прибавку урожая до 2...3 ц/га за счет лучшего освещения растений утром и вечером и затенения их друг другом в жаркие полуденные часы.

Необходимо создать правильную густоту стояния растений при посеве, более равномерно распределять их по площади, уничтожать сорные растения, затеняющие культурные. Своевременное прореживание растений и уничтожение сорняков улучшают освещенность растений. Как правило, более ранние сроки посева и посадки способствуют усилению фотосинтетической деятельности и повышению урожая. В условиях длительного лета применяют пожнивные и поукосные посевы, позволяющие полнее использовать солнечную радиацию.

Тепло

Тепло в жизни растений, наряду со светом представляет основной фактор жизни растений и необходимое условие для биологических, химических и физических процессов в почве. Каждое растение на различных фазах и стадиях развития предъявляет определенные, но неодинаковые требования к теплу, изучение которых составляет одну из задач физиологии растений и научного земледелия. Тепло в жизни растений влияет на скорость развития в каждой стадии роста. В задачу земледелия входит также изучение теплового режима почвы и способов его регулирования.

Все процессы, происходящие в растении (прорастание семян, рост, плодообразование, фотосинтез), наилучшим образом протекают при определенной оптимальной температуре. При отклонении ее в ту или иную сторону эти процессы тормозятся, что приводит к снижению урожая. Для каждой фазы развития существуют минимальные и максимальные температуры, при которых физиологические процессы останавливаются, и растения даже могут погибнуть.

По отношению к теплу растения подразделяют на холодостойкие, семена которых прорастают при температуре почвы 2 – 5 ˚С, и за весь вегетационный период им нужна сумма активных (более 10 ˚С) среднесуточных температур воздуха 1200 – 1800 ˚С, и теплолюбивые, семена которых прорастают при температуре почвы 8 –12 ˚С и нуждаются в сумме активных среднесуточных температур воздуха 3000 – 4000 ˚С.
Для многолетних и озимых сельскохозяйственных растений нужна определенная температура почвы в зимний период.



Воздух

Воздух в жизни растений (атмосферный и почвенный) необходим как источник кислорода для дыхания растений и почвенных микроорганизмов, а также как источник углерода, который растение усваивает в процессе фотосинтеза. Кроме того, Воздух в жизни растений необходим для микробиологических процессов в почве, в результате которых органическое вещество почвы разлагается аэробными микроорганизмами с образованием растворимых минеральных соединений азота, фосфора, калия и других элементов питания растений.
Растению необходим углекислый газ, используемый им при фотосинтезе, и кислород – в процессе дыхания, т. е. в процессе окисления, связанном с выделением энергии для других физиологических процессов. Углекислый газ растения поглощает из приземных слоев атмосферы, состав которой человек практически изменить не может.
Кислород растение получает из воздуха и из почвы. Кислородное питание может быть нарушено при затоплении растений или при обильных снегопадах и не промёрзшей почве, когда растения продолжают вегетировать.

Растения чувствительны к составу почвенного воздуха, в частности к содержанию в нем кислорода. Он, прежде всего, необходим для прорастания семян и потребляется корнями растений. Особенно требовательны к кислороду корнеплоды и клубнеплоды, масличные и бобовые культуры. Менее требовательны – зерновые, некоторые из них снабжают корни кислородом, запасенным в воздухоносных полостях стеблей. Эти полости особенно развиты у риса, который может расти на почве, затопленной водой, а также у кукурузы.
Кислород, а также азот нужен многим микроорганизмам, принимающим активное участие в формировании плодородия почвы.

Количество и состав почвенного воздуха можно регулировать, изменяя содержание влаги в почве с помощью орошения или осушения, соответствующей обработке почвы (рыхлением или прикатыванием). Внесение органических удобрений (навоза, компостов, торфа) приводит к увеличению концентрации углекислого газа в почве и уменьшению кислорода. В почвах, содержащих много гумуса, формируется благоприятная структура, что улучшает их воздушный режим.

Вода

Вода в жизни растений и питательные вещества, за исключением углекислоты, поступающей как из почвы, так и из атмосферы, представляют почвенные факторы жизни растений. Поэтому воду и питательные вещества называют элементами плодородия почвы.
Значение воды в жизни растений определяется целым рядом ее свойств. Среди них необходимо отметить способность ее быть растворителем и средой, в которой совершается передвижение веществ и их обмен. В растительном организме воды содержится от 70 до 95 %. С поступлением и передвижением ее в растениях связаны все жизненные процессы. При наличии воды и других факторов семена набухают и прорастают, растут ткани, поступают в растения и передвигаются в них питательные элементы, осуществляется фотосинтез и синтезируется органическое вещество.

Вода - незаменимый терморегулятор для растений. Проходя через него, она регулирует температуру растительного организма и повышает его устойчивость к высоким и низким температурам. Вода поддерживает тургор клеток, распределяет по отдельным органам продукты ассимиляции.
Растения нуждаются в воде с момента посева семян и до окончания формирования урожая. При этом в разные периоды жизни растения требуют неодинакового количества воды: меньше - в начальный период, больше - в период формирования мощной вегетативной массы и генеративных органов, к концу жизни потребность в воде уменьшается.

Период острой потребности растения в воде называется критическим, у зерновых он совпадает с фазой выхода в трубку - колошением, у зернобобовых - цветения, у картофеля - цветения и клубнеобразования. Недостаток влаги в это время резко снижает продуктивность растений.
Важной функцией воды является и то, что она влияет на плодородие почвы. Вступая во взаимодействие с ней, вода изменяет физическое состояние, течение микробиологических процессов, химические и другие превращения, становится одним из факторов почвообразовательного процесса, определяет уровень эффективного и потенциального плодородия почвы.
Источник водоснабжения растений - почва. Жизнь растения зависит не только от наличия влаги в почве, но и от ее потенциала, характеризующего степень связности влаги твердой фазой почвы и ее осмотическое давление, зависящее от концентрации почвенных растворов.

Элементы питания растений

В обмене веществ между растениями и окружающей средой важнейшим условием является корневое питание. В состав сухой массы растений входит несколько десятков элементов питания, однако некоторые из них абсолютно необходимы для всех растений. Это макроэлементы – углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо, сера и микроэлементы – бор, марганец, медь, цинк, молибден, кобальт и др.

Первые четыре макроэлемента (углевод, кислород, водород, азот) входят в состав органической массы растений и называют органогенами, остальные – зольными элементами.
Углевод, кислород и водород, на долю которых приходится около 93 – 94% сухой массы растений, усваиваются растением из воздуха в процессе фотосинтеза, а азот и все зольные элементы растения берут из почвы.
Каждый элемент питания имеет определенное значение в жизни растений.
Углерод, кислород, водород и азот – важнейшие составные части органических веществ – углеводов, белков и жиров.

Азот входит в состав белков, которые являются основой жизни, и влияет главным образом на ростовые процессы. При недостатке азота рост и развитие растений сильно замедляются, растение имеет мало листьев и бледную окраску. Избыток азота значительно увеличивает рост растений, затягивая их созревание.
Фосфор особенно необходим на ранних этапах развития растений и в период плодоношения. Он способствует лучшему развитию семян, плодов и ускорению созревания культур.
Калий накапливается преимущественно в молодых частях растений, играет важную роль в накоплении углеводов, повышает устойчивость растений к заболеваниям. Вместе с фосфором он увеличивает зимостойкость озимых культур.
Кальций способствует развитию мощной корневой системы у растений, уменьшает вредное влияние ионов водорода и алюминия.

Сера, магний, железо участвуют в окислительных процессах. Сера входит в состав белка, магний – хлорофилла, железо – необходимый элемент при образовании хлорофилла, хотя и не входит в его состав.
Микроэлементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов. Они влияют на процессы обмена веществ в растениях и выполняют ряд других специфических функций.

Обобщение многовекового опыта выращивания сельскохозяйственных культур привело к формированию законов земледелия.



Рост - это процесс новообразования элементов структуры

организма, к которым относятся органы, ткани, клетки, орга-неллы клеток. Рост сопровождается увеличением массы и разме-ров растения. В отличие от животных растения растут в течение всей своей жизни, образуя новые клетки, ткани и органы.

Развитие - это качественные изменения в структуре и функ-циональной активности растения и его частей в процессе его ин-дивидуального развития (онтогенеза). Рост и развитие тесно свя-заны друг с другом и совершаются одновременно. Рост - одно из свойств развития и развитие не может идти при отсутствии роста, для него необходим хотя бы едва начавшийся рост. В дальнейшем определяющим является процесс развития.

Основа роста растения - деление и рост меристематических клеток. Рост клеток происходит в три фазы: эмбриональную, рас-тяжения и дифференциации.

В эмбриональной фазе рост осуществляется за счет деления ме-ристематической клетки с образованием дочерних клеток. Дочер-ние клетки увеличиваются в размерах и, достигая размеров мате-ринской, вновь делятся. Эти процессы требуют больших затрат питательных веществ и энергии.

Фаза растяжения характеризуется значительным увеличением размера клетки. В них появляются вакуоли, которые постепенно; сливаются в одну большую. Клеточная стенка растягивается, ее новые размеры фиксируются включением микрофибрилл целлю-лозы.

После отложения молекул целлюлозы внутри и особенно на поверхности первичной оболочки (вторичного утолщения) рас-тяжимость клеточной оболочки уменьшается, а тургор увеличива-ется, что приостанавливает процесс поглощения клеткой воды.

В этот период клетка постепенно теряет способность к дальней-шему растяжению.

В фазе дифференциации происходит окончательное формирова-ние клетки, превращение ее в специализированную, т.е. выпол-няющую определенную специфическую функцию: водопроводя-щую (сосуды и трахеиды ксилемы), проводящую органические вещества (ситовидные трубки флоэмы), запасающую (клетки па-

ренхимы), механическую (либриформ) и т.д.

Регуляторы роста.

Рост обусловлен наследственностью и регулируется с помо-щью специфических физиологически активных веществ - фито-гормонов и ингибиторов. Первые вызывают ускорение роста и развития, вторые, наоборот, ограничивают рост. Большую роль в регуляции роста растений с помощью фитогормонов играет их концентрация. Стимуляция роста наблюдается лишь при очень низкой концентрации этих веществ в клетках растений, большие концентрации могут действовать как ингибиторы.

К фитогормонам относятся ауксины (индолилуксусная кислота ИУК), гиббереллины, цитокинины. Природными ингибиторами являются абсцизовая кислота, фенольные ингибиторы, этилен.

Общие свойства фитогормонов заключаются в следующем: каж-дый гормон участвует в регуляции ряда структурных и функцио-нальных процессов, т.е. обладает полифункциональными свой-ствами; сила и характер действия гормонов зависят от концентра-ции; в растении гормоны действуют не изолированно, а в тесном взаимодействии друг с другом. Гормоны образуются в небольших количествах преимущественно в меристематических тканях, а также в листьях и из них перемещаются в те части растения, где проис-ходят ростовые или формообразовательные процессы.

Ауксины активизируют деление и растяжение клеток, участву-ют в ростовых движениях, обеспечивают апикальное доминиро-вание - подавление верхушечной почкой роста боковых, стиму-лируют корнеобразование.

Гиббереллины усиливают рост стебля в длину, ускоряют рост плодов и прорастание семян.

Цитокинины ускоряют деление клеток, задерживают старение листьев, в каллюсе ткани вызывают формирование побегов, пре-рывают покой спящих почек, повышают устойчивость растений к неблагоприятным воздействиям.

Природные ингибиторы роста подавляют действие фитогормо-нов или тормозят их синтез. Они широко распространены в семе-нах, покоящихся почках. С ними связано и одревеснение побегов древесных растений, способствующее их успешной перезимовке.

Абсцизовая кислота регулирует процессы старения и опадания листьев, созревания плодов, стимулирует переход в покой почек, семян, луковиц. Регулирует движение устьиц в период засухи. Эту кислоту называют гормоном стресса, так как ее количество воз-растает при неблагоприятных условиях.

Этилен тормозит деление клеток, способствует старению тка-ней, ускоряет опадание листьев, созревание плодов.

Фенольные соединения регулируют количество ауксинов в клет-ке, а также участвуют в регуляции образования корней, растяже-нии клеток.

В практике растениеводства получили широкое распространение синтетические регуляторы роста растений. Они используются в пред-посевной обработке семян, укоренении черенков, пересадке овощ-ных и цветочных культур, а также взрослых древесных растений.

Основные закономерности роста

В природе у растений наблюдается чередование периодов ин-тенсивного роста и замедления или полной остановки роста. Это явление носит название периодичности роста и связано со сменой времен года. Осенью растения сбрасывают свои листья, а иногда и целые укороченные побеги, приостанавливают рост и впадают в состояние покоя. Различают суточную и возрастную периодичность роста. Суточная периодичность роста зависит от температуры. Боль-шинство наших древесных пород наиболее интенсивно растет в высоту в возрасте 20 - ЗО лет, а прирост по объему ствола макси-мальных значений обычно достигает в 50 - 60 лет.

Покой - это состояние растения, при котором видимый рост отсутствует. Он характеризуется пониженным содержанием воды в тканях растения, ослабленным обменом веществ и пониженным дыханием. В состояние покоя часто переходит не все растение, а его отдельные органы, например спящие почки, семена. Различают два вида покоя: органический и вынужденный. При органическом покое растение и его органы не выходят из состояния покоя даже при благоприятных условиях. Глубокий покой характерен для се-мян многих древесных пород. Под вынужденным покоем понимают такое физиологическое состояние семян, почек, побегов, при ко-тором они не могут распуститься из-за неблагоприятных внешних условий (недостаток воды, низкая температура).

Все части растения оказывают взаимное влияние друг на друга, они скоординированы между собой. Такое явление называется кор-реляцией роста. Так, например, центральный побег опережает в ро-ете боковые, но стоит повредить верхушечную почку или удалить верхнюю часть центрального побега, как нижерасположенные вет-ви начинают расти вертикально, принимая на себя функции вер-хушечного побега. Этот прием широко используется в садах и озе-ленительных посадках при формировании кроны деревьев. Тормо-зящее влияние верхушечной почки на боковые называется апикаль-ным доминированием. Сходное коррелятивное торможение наблюда-ется и у корней. «Прищипка» главного корня приводит к образова-нию многочисленных боковых корешков. В основе корреляции ро-ста лежит гормональная регуляция перераспределения питатель-ных и физиологически активных веществ в растении.

Полярность растений - это специфическая ориентация струк-тур и процессов в пространстве. Она проявляется в образовании на морфологически верхнем конце стеблевого черенка побегов, а на морфологически нижнем - корней независимо от того, в пря-мом или перевернутом положении находится черенок. Явление полярности связано с транспортом ауксина по флоэме от морфо-логически верхнего конца к нижнему. Полярность обеспечивает организацию в пространстве отдельных частей того или иного организма, разделение функций по оси растения.

Движения растений

Причиной, вызывающей изменение расположения органов растений в пространстве, является внешний фактор. В ответ на одностороннее действие фактора у растений наступают изгибы, приводящие к изменению ориентации органа. Эти движения, вы-зываемые односторонне действующим раздражителем, называются тропизмами. Если изгиб вызван направленным действием света- это фототропизм, силой тяжести - геотропизм, неравномерным распределением влаги в почве - гидротропизм, питательных ве-ществ - хемотропизм. Благодаря положительному фототропизму растения образуют листовую мозаику, т.е. листья в пространстве располагаются так, чтобы максимально использовать свет. Наибо-лее яркий пример хемотропизма - рост корней в сторону боль-ших концентраций питательных веществ в почве.

Настиями называются ростовые движения, которые возника-ют в ответ на действие диффузных, т.е. не имеющих строгой на-правленности, факторов. К таким факторам относятся температура (термонастии), свет (фотонастии) и др. Настии свойственны лис-тьям, лепесткам, чашелистикам. Примером может служить откры-вание и закрывание цветков при смене дня и ночи. Одним из фак-торов, в результате которых возникают настии, является нерав-номерный рост клеток путем растяжения. В большинстве случаев настические изгибы - это тургорные движения. Они осуществляются благодаря увеличению и уменьшению в вакуолях специализированных клеток осмотически активных веществ, в результате чего изменяется тургорное давление. Процесс открывания и закрывания устьиц связан с изменением тургорного давления в замыкающих клетках.

На протяжении многих веков рост рассматривался в качестве первичной и самоочевидной особенности растительного организма, которая даже не заслуживает исследования.

Научная постановка вопроса о причинах постоянного и необратимого количественного увеличения живого вещества в растении, стала возможной только в конце XVII в. с развитием техники микроскопических исследований. Первые попытки постичь причины роста стебля в толщину принадлежат одному из «отцов микроскопической анатомии растений» Неемии Грю . Этот ученый определенно говорит о том, что ему удалось на поперечных микроскопических срезах ствола разглядеть пояс роста дерева в толщину, который находится между древесиной и корой.

Грю объясняет, как он себе представляет процесс этого нарастания в толщину. «Каждый год кора дерева разделяется на две части и распределяется по двум противоположным путям. Наружная часть откладывается по направлению к коре и со временем становится сама корой. Внутренняя же часть коры ежегодно разрастается и присоединяется к древесине. Так, кольцо проводящих лимфу каналов коры на следующий год будет кольцом древесины, затем то же повторяется с другим кольцом каналов и древесины, и так далее из года в год». Здесь, наряду с правильной идеей о периодичности нарастания слоев древесины, мы видим фантастические представления Грю о возможности превращения одних форм проводящей ткани в другие.

Изучение растущего слоя внутренней коры, начатое Грю, продолжил французский лесовод Дюгамель (1700–1781). Но он уже не смешивает, подобно Грю, проводящие лимфу каналы коры с молодыми клетками древесины и исключает возможность всякого превращения одних тканей в другие.

Дюгамель выделяет между корой и древесиной третий, промежуточный, слой, который он характеризует как желатинообразный пояс внутренней коры. Он приписывает именно этому поясу живых делящихся клеток (который он назвал камбием) значение образовательного слоя, источника, порождающего новые слои древесины, откладываемые внутрь от кольца, и новые слои флоэмы, откладываемые по периферии кольца.

Детальным изучением строения и функций слоя камбиальных клеток занялся в 70-х гг. XIX в. школьный учитель Санио . Он прежде всего выяснил, что слои камбиальных клеток являются не тем мощным поясом делящихся клеток, каким его представляли раньше, а весьма тонким поясом, состоящим всего из одного ряда клеток, так что в каждом радиальном ряду клеток мы имеем всего одну клетку, вполне заслуживающую названия камбиальной. Эта клетка дает начало как лубяным, так и древесинным элементам, помещающимся в одном с нею радиальном ряду.

Происходит это следующим образом. Время от времени камбиальная клетка делится параллельно поверхности стебля на две равные клетки: внутреннюю и внешнюю. Одна из них сохраняет свойства камбиальной клетки, другая же идет на построение или луба, или древесины: если внешняя клетка остается камбиальной, то внутренняя приобретает характер древесинной и присоединяется к ксилеме, а если камбиальной остается внутренняя клетка, то получается новый лубяной элемент.

Деление клеток камбия в тангентальной (параллельной поверхности стебля) плоскости и образование новых элементов древесины и луба, накладывающихся на прежде образованные, приводит к разрастанию стебля в толщину, или так называемому вторичному утолщению. Утолщение стебля сопровождается увеличением диаметра камбиального кольца, которое достигается спорадическим делением клеток камбия радиальными перегородками.

В 60-х и 70-х гг. XIX в. было подробно изучено и описано происхождение пробковой ткани коры, разрастающейся за счет деления живых клеток особого пробкового камбия, или феллогена, расположенного в коре. Этими работами были заложены основы современных научных представлений о процессе нарастания стебля в толщину, наблюдаемом у голосеменных и двудольных растений.

Параллельно с изучением процесса роста стебля в толщину изучался и рост стебля в высоту. В 40-х гг. XIX в. творцы клеточной теории истолковали процесс роста растений как результат деления клеток растительного организма. Особое внимание исследованию этого процесса уделил знаменитый мюнхенский ботаник Карл Негели , обнаруживший точки роста, или зоны усиленного размножения растительных клеток, на верхушках стеблей и боковых ветвей, а также и на кончике корня.

В 60-х гг. XIX в. к изучению процессов роста приступил известный ботаник Юлиус Сакс. Он уточнил наблюдения Негели и подразделил явления, из которых слагается рост в длину каждого органа растения, на три следующие стадии: 1) эмбрионального роста, т. е. усиленного деления клеток; 2) растяжения клеток; 3) внутренней дифференцировки (образования специализированных тканей).

Эта последовательность стадий стала очевидной для Сакса после одного из первых опытов, имевшего своей задачей выяснить, какой своей частью корень растет быстрее всего. Сакс брал только что тронувшиеся в рост семена фасоли и наносил несколько меток тушью на выступившем из семени корешке, начиная с самого кончика корня к его основанию, причем метки эти располагались точно на расстоянии 1 мм одна от другой. Через 20–24 ч вследствие роста корня метки оказывались раздвинутыми, но не одинаково, а в соответствии со скоростью роста отдельных зон корня.

Оказалось, что зона наибольшего роста, или зона растяжения, находится на некотором расстоянии от кончика корня. Клетки зоны, расположенной ниже (т.е. ближе к кончику корня), пребывают, видимо, в предшествующей фазе эмбрионального роста. Клетки зоны, находящейся выше, находятся уже в следующей фазе, в которой рост постепенно ослабевает, а сами клетки дифференцируются. В зоне роста корня, как выяснил Сакс, происходят и те изгибы, которые определяют направление роста корня.

Не ограничиваясь этими данными, Сакс и ряд других ученых занялись изучением деталей прохождения второй стадии – стадии растяжения. Они поставили своей задачей узнать, в силу каких причин клетки растягиваются. Использовав учение об осмосе и считая оболочку и стенкоположный слой плазмы клетки осмотическими перепонками, окружающими концентрированный клеточный сок, а саму клетку – подобием осмометра, эти ученые разработали теорию пассивного роста клеток. Согласно этой теории, в процессе роста клетки главную роль играет тургорное давление содержимого клетки на ее стенки. Тургорное же давление определяется поступлением воды внутрь клетки.

Эта область исследований в 70-х гг. XIX в. привлекла к себе внимание большого числа ученых, мнения которых о деталях процесса растяжения клеточной оболочки расходились. Одна группа ученых с Саксом во главе считала, что клеточная оболочка в процессе роста упруго растягивается, как резиновый баллон, а обратному ее сокращению препятствует постоянное образование все новых и новых слоев клетчатки на внутренней поверхности клеточной стенки. Эта точка зрения известна как теория аппозиции (наложения).

Противоположную точку зрения отстаивал Карл Негели, утверждавший, что при тургорном растяжении клеточной оболочки в промежутки между ее коллоидными частицами постоянно вставляются новые такие частицы. Эта теория получила название «теории интусусцепции (внедрения)».

Спор между сторонниками обеих теорий продолжался на протяжении нескольких десятилетий. В настоящее время ясно, что оба процесса (и внедрение, и наложение) могут иметь место при различных формах роста растений.

Следует сказать еще несколько слов о развитии научных приемов определения интенсивности процессов роста.

Для измерения и регистрации роста стебля в 70-х и 80-х гг. XIX в. был предложен целый ряд приборов, названных ауксанометрами. Принцип механической регистрации роста стебля и первая простейшая модель ауксанометра были предложены Саксом. Прирост стебля, к верхушке которого привязывалась шелковинка, перекинутая через вращающийся блок, отмечался по перемещению прикрепленной к блоку стрелки. На том же принципе были основаны и последующие, более совершенные, ауксанометры.

При помощи ауксанометрических измерений было подтверждено влияние внешних условий на процесс роста (положительное влияние тепла и влажности, задерживающее рост влияние света и т. д.). Кроме того, была установлена сезонная и суточная периодичность роста (при одинаковых условиях температуры и влажности растение днем растет медленнее, чем ночью).

Тормозящее влияние света на процессы роста стебля в длину было установлено целым рядом опытов сравнительного выращивания молодых проростков в темноте и на свету. У проростков в темноте наблюдался быстрый рост стебля в длину, хотя при этом всегда получались растения болезненного вида, тощие, со слабо развитыми зачатками листьев, желтые (лишенные хлорофилла, или этиолированные). На свету проростки, наоборот, превращались в растения, хотя и более низкие, но плотные, с нормальным содержанием хлорофилла и нормальным развитием листовых пластинок.

На основании этих исследований Сакс попытался дать первое объяснение бывшего до тех пор загадочным изгибания растущих побегов в сторону источника света (гелиотропизм). Это явление было истолковано Саксом как результат неравномерного роста клеток на освещенной и теневой сторонах стебля.

Сам механизм воздействия света на рост клеток Сакс представлял себе упрощенно, как чисто местное, ограниченное освещенной поверхностью воздействие лучистой энергии на протоплазму клеток. Дальнейшие исследования показали, что оно несравненно более сложно.

Вообще, вопрос о причинах направленности роста основных органов растений – корня и стебля – занимал людей науки с давних пор. Почему корень растет вниз, в глубь земли, а стебель, наоборот, стремится расти вверх? Эти вопросы обсуждались еще в конце XVIII в.

Французские материалисты тех времен считали, что корень растет по направлению к центру земли, а стебель в обратном направлении, благодаря силе тяжести. За экспериментальную проверку этого положения взялся англичанин Т.Найт (1759–1838).

Он поставил опыт, имевший в основе своего замысла идею устранить воздействие силы земного притяжения на растения в одном и том же направлении. На окружности большого колеса (вращающегося в вертикальной плоскости) Найт укрепил несколько сосудов, открытых сверху и снизу (т.е. лишенных дна). Эти сосуды он заполнил влажным мхом и в мох посадил семена фасоли. Колесо приводилось во вращение водяной струей, оно делало 150 оборотов в минуту. Из-за вращения колеса положение семян по отношению к центру Земли очень часто менялось. При этом воздействие силы тяжести как бы устранялось (она действовала на развивающееся растение во всех возможных направлениях).

Через несколько дней, когда семена проросли, обнаружилось, что стебельки, растущие обычно вверх, теперь стали расти к центру колеса, т.е. против центробежной силы. Корешки же направились по радиусам от центра колеса, т.е. в направлении действия центробежной силы. Таким образом, центробежная сила в этом опыте Найта определила направление роста точно так же, как в нормальных условиях направление роста определялось силой тяжести.

Найт не ограничился этим опытом и решил доказать, что сила тяжести и центробежная сила равноценны в смысле их воздействия на рост растений. Во втором опыте Найт скомбинировал действие центробежной силы с силой тяжести. Он опять поместил сосуды с семенами на окружности колеса, но само колесо расположил не вертикально, а горизонтально. Колесо приводилось в движение при помощи часового механизма.

Оказалось, что направление роста стеблей и корней в этом случае зависело от скорости вращения колеса. При очень малой скорости вращения проростки росли почти так же, как без вращения. При очень большой скорости проростки ложились в плоскости колеса, т.е. и корень, и стебель росли в горизонтальной плоскости, но первый рос от центра колеса, а второй к центру. При средней скорости направление роста было промежуточным.

Так было доказано, что явления, называемые теперь положительным и отрицательным геотропизмом, обусловлены не какими-то внутренними «жизненными силами» растительного организма, а силой земного притяжения.

Продолжение следует

Публикация произведена при поддержке компании “Тринити Моторс Запад”, официального дилера марки Chevrolet. Воспользовавшись предложением дилерского центра, Вы сможете, за наличные или в кредит, купить новый элегантный седан Chevrolet Aveo, с комплектацией и ценами на который, можно ознакомиться на сайте “Тринити Моторс Запад”, по адресу http://chevrolet.mkad47.ru/avtomobili/aveo-sedan/ . Так же, на страницах сайта дилерского центра “Тринити Моторс Запад”, можно прочесть отзывы от других владельцев автомобилей марки Chevrolet, и узнать о текущих акциях и скидках.

Вопрос 1. Дайте определение понятиям.

Индивидуальное развитие – это совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом от момента его зарождения до смерти.

Рост – это количественное увеличение биомассы организма за счет увеличения геометрических размеров и массы отдельных его клеток или увеличения числа клеток благодаря их делению.

Вопрос 2. Какие условия окружающей среды могут повлиять на рост живых организмов? Приведите примеры их жизни растений и животных.

На рост живых организмов влияет солнечный свет, температурный режим, влажность. Например, в тундре из-за низких температур растения представлены в карликовых формах, так как им не хватает тепла.

Вопрос 3. Рассмотрите в учебнике рисунок 88, на котором изображены годичные кольца на спиле дерева.

Ответьте на вопросы:

1) Что такое годичные кольца?

Годичные кольца - области цикличного прироста тканей у некоторых видов растений, грибов и животных, обусловленных неравномерностью развития организма в период воздействия внешних факторов, обычно в результате перепада температур с изменением сезонов года.

2) Как вы думаете, что можно узнать по годичным кольцам о жизни дерева?

По годичным кольцам (их количеству) можно определить возраст дерева, а так же какие условия были для дерева в том или ином году.

3) Почему годичные кольца имеют неодинаковую толщину?

Это объяснятся тем, что в разные года были неодинаковые условия для жизни дерева.

4) В каких условиях шло образование широких годичных колец, а в каких – узких?

Широкие годичные кольца свидетельствуют о благоприятных условиях, а узкие – о неблагоприятных.

Вопрос 4. Рассмотрите рисунок, на котором изображена чешуя а и способ определения возраста рыбы по годовым кольцам б.

Ответьте на вопросы:

1) Каков, на ваш взгляд, возраст рыбы, чешуя которой изображена на рисунке а? Отметьте цифрами годичные кольца на чешуе, соответствующие годам жизни рыбы.

Рыбе 7 лет, так как на чешуйке видно 7 годичных колец.

2) От чего зависит ширина годичных колец на чешуе рыбы?

Ширина годичных колец рыбы зависит от роста чешуи, поэтому по ним легко определить возраст рыбы. В процессе роста появляются молодые чешуйки большого размера, они нарастают над старыми, образуя годичные кольца. Летом рыба растет быстро и колечки на чешуе широкие, а зимой медленно и колечко получается узкое. С каждым годом чешуя становится прочнее.

Вопрос 5. Рассмотрите рисунок, на котором изображены основные этапы роста и развития цветкового растения. Подпишите, что изображено под цифрами 1-8.

1 - взрослое дерево

3 - пыльца

4 - пестик

5 - завязь

7 - семечко

8 - молодой побег (росток)

Ответьте на вопросы:

1) Как вы думаете, что является основной причиной роста растений?

Основной причиной роста растения является деление клеток.

2) Проявление каких жизненных свойств можно считать основой развития растений?

Питание, дыхание, рост составляют основу развития растений.

3) На основании какого признака растения классифицируют как однолетние, двулетние и многолетние? Приведите примеры.

Это основано на продолжительности жизни растения

Однолетние: петунии, бархатцы, укроп, цветная капуста

Двулетние: морковь, капуста

Многолетние: одуванчик, крапива, земляника

Вопрос 6. Рассмотрите рисунок, на котором изображены основные этапы роста и развития животных на примере рыбы. Подпишите, что изображено под цифрами 1-9.

1) взрослая самка.

2) взрослый самец.

3) процесс слияния гамет.

4) оплодотворение яйцеклетки.

5) зигота.

6) икринка.

7) личинка, которая образовалась из икринки.

8) малек, который развился из личинки.

9) молодая особь рыбы.

Ответьте на вопросы:

1) Какие из указанных на рисунке этапов относятся к процессам роста?

Этапы 8 и 9 относятся к процессам роста.

2) Чем отличается рост животных от роста растений?

Растения обладают неограниченным ростом, а у животных рост ограничен.

3) С какого этапа начинается развитие у животных?

Развитие организма начинается с момента оплодотворения яйцеклетки.

4) Длительность процессов роста и развития у разных животных неодинакова. Выскажите предположение, от чего это зависит. Приведите примеры.

Это зависит от условий обитания живого организма.

Вопрос 7. Проверьте свою наблюдательность: когда приостанавливается рост многолетних растений в вашей местности? Каковы причины этого явления?

Рост растений приостанавливается в осенне-зимний период. Это происходит из-за того, что температура воздуха понижается.

Вопрос 8. Для чего в процессе сельскохозяйственных работ производят обрезку или прищипку вегетативных органов культурных растений? Приведите примеры.

На рост любого органа растения тратятся ресурсы. Зона роста вегетативных органов находится на концах этих органов. Прищипка и обрезка удаляют эту зону, прекращая рост растения. Следовательно, все ресурсы перенаправляются к генеративным органам – плодам, чего, собственно, и добиваются сельхоз работники. Примером могут служить помидоры.

Вопрос 9. Процессы роста и развития чередуются с периодами покоя. Что это за периоды и каковы их основные признаки?

Периоды покоя – это периоды при котором организм переносит неблагоприятные условия. У животных и растений замедляется обмен веществ. У деревьев уплотняется камбий за счет того дерево растет в толщину.

Вопрос 10. Заполните таблицу «Циклы развития насекомых».

Вопрос 11. Выполните лабораторную работу «Определение возраста дерева по спилу (ствола или ветки)».

1) Рассмотрите предложенный вам спил ствола или ветки дерева. Найдите на нем кору и древесину.

2) С помощью лупы подсчитайте число годичных колец и определите по ним возраст дерева или его ветки.

3) Зарисуйте данный спил, сделайте на нем соответствующие подписи.

4) Рассмотрите годичные кольца. Одинаковы ли они по толщине? Объясните, чем отличается древесина, образовавшаяся весной, от древесины позднего периода.

Древесина формируется весной и летом. Древесина, отложенная камбием весной или в начале лета, отличается от древесины, сформировавшейся поздним летом. Причем переход от ранней к поздней более плавный, чем от поздней к ранней. Это видно из годовых колец дерева. Ранняя древесина имеет более светлый цвет, менее прочная. Поздняя древесина менее пористая, состоит из более мелких клеток с толстыми стенками.

Условия внешней среды и их влияние на рост и развитие растений

Рост и развитие растений тесно связаны с условиями внешней среды. Основными из внешних факторов являются тепло, свет, влага, воздух и питательные вещества. Все они равнозначны и ни один из них нельзя заменить другим. Поэтому необходимо знать роль каждого фактора в жизни овощных и плодовых культур, чтобы иметь возможность управлять ими.

Тепло. Все растения для своего нормального роста, развития и формирования продуктивной части требуют определенный температурный режим. По требованиям к теплу их делят на очень требовательные, среднетребовательные и менее требовательные.

Из овощных культур наиболее требовательны к теплу арбуз, дыня, баклажаны, перец, огурцы, помидоры, тыква, физалис, кабачки, патиссоны, фасоль, кукуруза. Прорастание семян этих культур начинается при температуре 13–14°, а при длительном понижении ниже 10–12° рост и развитие этих культур приостанавливается, а при заморозках они погибают. Наиболее благоприятная температура для их роста, развития и плодоношения находится в пределах 20–30°.

Менее требовательны к теплу картофель, капуста всех видов, корнеплоды, лук репчатый, чеснок, салат, шпинат, горох, бобы, многие пряно-вкусовые растения. Семена их прорастают при температуре ниже 10°. Эти культуры хорошо растут, развиваются и формируют продуктивную часть при температуре 17–20°.

К зимостойким овощным растениям относят многолетние виды лука, хрен, ревень, щавель и некоторые другие. Рост их начинается при температуре 1–2°, в период вегетации они переносят заморозки до -10°, и, находясь в состоянии покоя, они безболезненно перезимовывают в открытом грунте.

Среди плодовых и ягодных культур наиболее теплолюбивы виноград, персик, абрикос, грецкий орех, цитрусовые; среднетребовательны черешня, груша, слива, вишня, яблоня и менее требовательны крыжовник, смородина, малина, земляника, облепиха. Важное значение имеет также и продолжительность теплого периода, и изменение температурного режима как в течение вегетации, так и в период вынужденного зимнего покоя.

Так, если начальный рост корней у большинства плодовых культур начинается при 4–7°, то для более активного их роста требуется температура 8–20°, если набухание почек у яблони и других растений начинается при 5°, то для их распускания и роста побегов требуется уже 10°, а для нормального цветения и оплодотворения - 15–20°.

При низкой температуре в период цветения распустившиеся цветки не опыляются, а пыльца, попавшая на рыльце пестика, не прорастает и оплодотворения не происходит. Значительно различаются плодовые деревья и по морозостойкости как в пределах различных видов, так и в пределах сортов. Опасны для плодовых растений очень низкие температуры зимой. Наиболее чувствительна к морозам корневая система. Корни карликовых подвоев яблони, а также земляники погибают при -8–10°. Особенно страдает корневая система в бесснежные зимы, а также после засушливых лета и осени.

При сильных морозах особенно повреждаются кора и древесина в развилках деревьев и у основания штамбов. Очень опасны и значительные перепады температур в конце зимы: ночью -10–20°, днем +5–10.

Значительно различаются культуры и сорта и по жаростойкости. При очень высоких температурах многие растения приостанавливают свой рост, особенно формирование продуктивных органов, так, например, при температуре выше 29° клубнеобразование у картофеля полностью приостанавливается.

Свет. Солнечный свет, в естественных условиях открытого грунта, как известно, единственный источник энергии, обеспечивающий фотосинтез. Только при наличии света листья вегетирующих растений осуществляют синтез органических веществ. Садовые растения по-разному реагируют на освещенность: одни нуждаются в интенсивном освещении и плохо растут и резко снижают урожай при недостатке света (черешня), другие - теневыносливы (актинидия).

Овощные культуры делят на растения короткого (грунтовые огурцы, помидоры, перец, баклажаны, арбузы и другие тыквенные) и длинного дня (капуста, лук, чеснок, корнеплоды, тепличные сорта огурцов). Для более быстрого роста и развития первым необходима длина дня менее 12 часов, при хорошем освещении, а вторым - более 12 часов и они выносят частичное затенение.

Искусственно укорачивая или удлиняя световой день, можно получить более высокие урожаи некоторых овощных культур и продукцию лучшего качества. В естественных условиях достигают этого, регулируя сроки посадки. В закрытом грунте длину дня можно изменять с помощью искусственного освещения.

Вода. Составляет 70–95 % сырой массы растений. На создание всех органов растений требуется огромное количество воды - до 300–800 кг воды на 1 кг сухого вещества.

Основной источник воды для растения - почвенная влага. Оптимальная влажность для роста и развития плодовых и овощных растений находится в пределах 65–80 % полной влагоемкости. Такая влажность почвы может быть обеспечена при годовом количестве осадков 600–700 мм.

Ростовская область расположена в основном в зоне неустойчивого и недостаточного увлажнения. Осадков выпадает от 320 мм на востоке до 510 мм на юго-западе, но по годам они распределяются крайне неравномерно. Почти ежегодно имеет место длительный бездождный период (1,5–2 месяца) который усугубляется низкой влажностью воздуха и суховееями.

Недостаток осадков создает определенные трудности при выращивании ряда овощных, ягодных и плодовых культур, и получение достаточно высоких урожаев возможно только в условиях орошения.

К наиболее влаголюбивым культурам относятся: картофель, огурцы, баклажаны, капуста, земляника и некоторые другие. Наиболее чувствительны растения к недостатку влаги в период прорастания семян и в рассадный период. Взрослые растения можно поливать более редко, но обильно, чтобы промочить основную массу корневой системы. Полив должен быть регулярным, так как большие перерывы в поливе приводят к израстанию клубней и корнеплодов, растрескиванию плодов помидоров, кочанов капусты, отчего потребительские качества их резко ухудшаются.

Все теплолюбивые овощные культуры (особенно огурцы и помидоры) надо поливать теплой водой (20–25°). Полив холодной водой (6–10°) приводит к заболеванию растений.

Длительный вегетационный период (230–260 дней), достаточное количество тепла и плодородные почвы позволяют выращивать на приусадебных участках и в коллективных садах высокие урожаи большинства овощных, плодовых и ягодных культур, в том числе и таких теплолюбивых, как помидоры, перец, баклажаны, арбузы, дыни, виноград, абрикосы и другие.

Из книги Выращивание грибов автора Гарибова Лидия

Рост и развитие грибов Недаром говорят: «Растут, как грибы после дождя». Время роста и развития плодового тела от момента появления зачатков до его созревания составляет обычно 10–14 дней. При этом, конечно, имеют значение температура и влажность почвы и воздуха. Для

Из книги Гидропоника для любителей автора Зальцер Эрнст Х

Из книги Удобрения и подкормки автора Петросян Оксана Ашотовна

Влияние извести на свойства и питательный режим почвы Основное нейтрализующее почвенную кислотность вещество в составе известковых удобрений – карбонат кальция, или известь. При внесении в почву нерастворимый в воде карбонат кальция взаимодействует с угольной

Из книги Дачный лунный календарь на 2013 год автора

Влияние Луны на самочувствие и здоровье садовода

Из книги 300 советов виноградарю-любителю автора Савельев В. Ф.

ВИНОГРАД И УСЛОВИЯ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ Прежде чем заняться виноградарством, любитель должен хорошо уяснить себе требование винограда, как растения, к условиям внешней среды - температуре воздуха и почвы, их влажности, освещенности участка, ветрам, свойствам почвы. Ведь от

Из книги Грибы. Выращиваем на своем участке автора Шнуровозова Татьяна

Развитие грибов Плодовое тело гриба, видимое на поверхности, представляет собой только небольшую часть целого организма мицелия с многочисленными нитями-гифами. По мере развития грибницы гифы разрастаются радиально от центра к периферии, преодолевая за год около 30 см.

Из книги Отличный урожай круглый год автора Серикова Галина Алексеевна

Факторы, влияющие на рост Чтобы овощные растения хорошо росли, обеспечивали нас своими плодами (независимо от того, корнеплоды это или листья), им требуются определенные условия. Факторы, без которых невозможно существование и развитие растений, - тепло, свет, воздух,

Из книги Дачный лунный календарь на 2014 год автора Кизима Галина Александровна

Влияние Луны на самочувствие и здоровье садовода Луна в Овне Считается, что Овен отвечает за голову, мозг, нос, глаза и органы чувств. Когда Луна находится в Овне, не рекомендуются хирургические операции в области головного мозга, черепа, глаз, лица, языка, полости рта,

Из книги Огород на подоконнике автора Онищенко Леонид

Болезни комнатных растений. Симптомы болезней растений Комнатные растения, как люди и животные, иногда болеют. Болезни комнатных растений имеют свои особенности. Распознать их можно по определенным признакам, симптомам. К сожалению, лечение болезней комнатных растений

Из книги Современные теплицы и парники автора Назарова Валентина Ивановна

Из книги Арбуз, дыня, алыча и другие южные культуры [Выращиваем в средней полосе] автора Колпакова Анастасия Витальевна

Условия выращивания Условия выращивания дыни Почва. Дыни предпочитают легкие и среднесуглинистые почвы, а также почвы, богатые органикой. На легких песчаных и тяжелых суглинистых почвах дыни растут хуже. В последнем случае урожайность можно увеличить внесением

Из книги Плоскорез Фокина! Вскопать, прополоть, прорыхлить и скосить за 20 минут автора Герасимова Наталья

Влияние ароматических трав на рост и развитие

Из книги Основы пчеловодства [Самые необходимые советы тому, кто хочет завести собственную пасеку] автора Медведева Н. И.

Развитие и жизнь трутня в пчелиной семье Развиваются трутни из неоплодотворенных яиц через 24 дня после кладки. Появляются обычно в мае – июне, когда у семьи пробуждается инстинкт роения, и живут до конца лета, пока пчелы имеют хороший взяток. Пчелы кормят их, проявляют

Из книги 500 советов виноградарю автора Бойчук Юрий Дмитриевич

Влияние наличия пыльцевых зерен в меде на зимовку пчел Большая часть видов меда содержит в 1 г около 3000 пыльцевых зерен (в 1 г гречишного меда их содержится от 50 до 500, верескового – до 8500 зерен). Наличие большого количества зерен в меде отрицательно сказывается на зимовке

Из книги Русский огород, питомник и плодовый сад. Руководство к наивыгоднейшему устройству и ведению огородного и садового хозяйства автора Шредер Рихард Иванович

Как происходит развитие винограда Развитие виноградного куста в течение года имеет два периода: период покоя (от опадения листьев до так называемого «плача») и период вегетации (от начала «плача» до опадения листьев).В период покоя, то есть зимой, лоза не растет. Но в это

Из книги автора

8. Влияние света и теплоты на почву Так как солнечный свет способен вызывать некоторые химические реакции, то, вероятно, он не остается без влияния на составные части почвы. Известно, что цвет почвы оказывает влияние на степень поглощения ею теплоты солнечных лучей;