Рост и развитие растений

Растения и животные

Рост и развитие растений

Многие из нас часто говорят: как хорошо растет или как хорошо развивается стоящее на окне растение. В слова «растет» и «разви­вается» мы часто в обиходе вкладываем один а тот же смысл. А правильно ли это? Нет, неправильно. «Рост» и «развитие» растений — это разные понятия.

Само слово «рост» говорит нам о каком-то увеличении. В самом деле, если мы будем вре­мя от времени измерять одно и то же растение, то обнаружим, что оно в течение своей жизни увеличивается в высоту, молодые листья его и побеги становятся все больше и больше. Вре­мя от времени взвешивая растение, начиная от его всходов и до плодоношения, мы можем обнаружить увеличение его и в весе.

Это увеличение растения в высоту, в объеме, в весе и называют ростом растения. В это же время у растения появляются новые побеги и новые листья.

Как же растет растение? Возьмем с верхуш­ки растения или с кончика какого-либо из его побегов верхушечную почечку. Развернем ее покровы — чешуйки. Под ними окажется не­большой зеленоватый бугорок — это конус роста (нарастания) верхушечной почки побега. Под микроскопом видно, что он состо­ит из одинаковых, почти округлых клеток с очень крупными ядрами. В этих клетках интенсивно идут процессы обмена веществ, в результате которых увеличивается количество плазмы. Поэтому клетки конуса роста усилен­но делятся, количество их увеличивается. Ко­нус нарастания побега за счет их размноже­ния увеличивается в объеме, растет. Эта стадия роста называется эмбриональной.

Разрежем вдоль молодой побег несколько ниже конуса нарастания. Обнаружим, что раз­множившиеся в эмбриональной стадии роста клетки изменились в своем внешнем облике. Они вытянулись вдоль своей оси, а в протоплазме клеток появились большие вакуоли. Это тоже стадия роста. Она называется стадией растяжения. В ней не происходит увели­чения числа клеток. В этой стадии идет увели­чение в объеме каждой из клеток за счет роста клеточных оболочек, которые как бы растяги­ваются. Клетки поглощают много воды, поэто­му в их протоплазме образуются большие ва­куоли. Количество же протоплазмы при этом не увеличивается.

Из этих вытянувшихся в длину клеток впоследствии благодаря неравномерному их росту образуются различные ткани побега.

В самом стебле, в образующихся листьях, а также в корне закладываются особые образова­тельные ткани (их называют меристемами). За счет размножения (деления) клеток этих тканей стебли и корни не только растут в длину, но и утолщаются, а листья разрастаются.

В связи с ростом идет в растении усиленный обмен веществ. Образующиеся при этом белки, углеводы, жиры и другие органические веще­ства участвуют в построении новой прото­плазмы и других частей клеток и тканей рас­тения. Нам известно уже, что зеленое растение может в процессе фотосинтеза строить из минеральных веществ (углекислого газа, воды и минеральных элементов, поступающих че­рез корни из почвы) сложные органические вещества.

Однако полученные при фотосинтезе орга­нические вещества не могут идти непосредствен­но на построение тела растения. Они перестраи­ваются еще раз, прежде чем будут употреблены

на построение клеток и тканей растущего орга­низма. Поэтому в каждом живом организме (будь то растение или животное) усиленный рост его тесно связан с усиленным обменом ве­ществ и усиленным дыханием. Причем в процес­се дыхания образуется необходимая для этих сложных превращений энергия. Таким образом, усиленный обмен веществ и дыха­ние — важные жизненные процессы расту­щего организма.

В явлениях роста принимают участие разно­образные сложные органические вещества. Осо­бое значение при этом имеют ростовые вещества, которые стимулируют рост растений.

Ростовые вещества — сложные органические соединения. Они вырабатывают­ся в очень малых количествах растущими клет­ками и в свою очередь стимулируют рост их. Некоторые из них относятся к витаминам, дру­гие — к спиртам или к слабым органическим ки­слотам.

В первой, эмбриональной, стадии роста деле­ние и размножение клеток стимулируются груп­пой веществ, которая в свое время получила название «биос». В настоящее время ученым стали известны вещества, которые входят в эту группу. К этой группе стимуляторов роста относится, в частности, и витамин В₁

Во второй стадии роста, стадии растяжения, ростовые вещества стимулируют рост клеточных оболочек. Ростовые вещества, действующие во второй стадии роста, называются аукси­нами (от греческого слова «ауксо» — расту). В настоящее время ауксины синтезируются искусственно и широко применяются в прак­тике с целью укоренения черенков растений, ускорения роста, созревания плодов, например, у томатов.

Рост растений в большой степени зависит от внешних условий: температуры, света, наличия кислорода и питательных веществ.

Большое значение имеет температура окружающей среды. При очень низких и очень высоких температурах рост задерживается и даже прекращается совсем. Для всех растений существует оптимум температуры (наилучшая температура), при которой рост их идет лучше всего.

В качестве примера можно привести влия­ние температуры на прорастание семян. Зернов­ки озимой ржи и озимой пшеницы могут про­растать при температурах близких к 0°. Бы­стрее всего они прорастают при температурах +20, +25°. А вот зерновки кукурузы начинают прорастать только при температуре около +8° а оптимальная температура для их прораста­ния лежит около +30°. Из приведенного при­мера видно, что это зависит от происхождения растений. Южные растения (кукуруза) приспо­собились к более высоким температурам, се­верные (озимая рожь, пшеница) — к более низким; Однако при этом нужно помнить, что температура, оптимальная для прорастания се­мян, не всегда может оказаться оптимальной для дальнейшего роста и развития выросших из них растений.

Во время усиленного роста растения мало устойчивы к низким температурам. В особен­ности они мало устойчивы в стадии растяже­ния клеток. В клетках растений в этой стадии роста много воды (большие вакуоли), которая легко замерзает. Образующийся при этом лед повреждает клетки и ткани растений.

Летом древесные растения, например, легко повреждаются низкими температурами, так как они в это время усиленно растут. Зимой же они легко переносят даже сильные морозы. Это объясняется тем, что осенью рост посте­пенно прекращается и растения начинают при­спосабливаться к наступающим низким темпе­ратурам зимы. При постепенном снижении тем­пературы происходит так называемое зака­ливание растений (см. ст. «Как зимует растение»).

Устойчивость растений к низким температу­рам, к замерзанию — вопрос важный для на­шей страны с ее суровыми зимами. Особенно важно знать причины вымерзания озимых хле­бов в различных районах нашей страны.

Если наблюдать внимательно за тем, как ведут себя растения в нашем климате в естест­венных условиях, можно обнаружить, что осенью однолетние растения после их обсеме­нения отмирают, а двулетники и многолетники переходят в состояние покоя.

У травянистых двулетников отмирает их надземная часть, а подземная сохраняется. От нее весной начинают снова отрастать над­земные побеги.

У наших кустарников и деревьев осенью опадает листва, жизнь их зимой как бы зами­рает. Они переходят в состояние покоя.

Период покоя у растений умеренных широт является приспособлением к смене времен года, к наступлению неблагоприятных для роста и развития растений условий зимовки.

«Разбудить» растение в это время, т. е. заставить растение раскрыть свои почки и да­же зацвести, очень трудно. Это можно сделать лишь при помощи сильных воздействий: опуская ветки на ряд часов в теплую воду (теплые ванны), или окуривая их под стеклянным колпаком дымом, или обрабатывая парами эфира.

Лишь в конце зимы можно обнаружить, что нормальный обмен веществ между клетками восстановился.

У многих растений период покоя заканчи­вается рано, когда зима не прошла и стоят еще низкие температуры. Ветки растений, внесен­ные в теплую комнату и поставленные в воду уже в конце февраля, недели через две-три начинают раскрывать свои почки и цвести. В естественных же условиях они не трогаются в рост потому, что еще холодно, а низкие тем­пературы не способствуют началу роста.

Что же такое развитие растений? Рассмотрим это на примере наших хлебных зла­ков (пшеница, ячмень). Когда их зерно посеяно в почву, при благоприятных внешних условиях (влажности, температуре, доступе кислорода воз­духа) появляются всходы. Затем отрастают боковые побеги, наступает кущение. У рас­кустившегося растения через некоторое время стебли начинают усиленно расти, образуя длин­ные соломины. Это называют выходом в трубку. Затем наступает колошение. Вышедший из соломины колос цветет и пос­ле опыления дает зерно, которое проходит молочную, восковую спелость и, наконец, полностью созревает (полная спе­лость). Эти изменения называются фазами развития, а весь цикл изменений в течение жизни этих растений — развитием растения. Этим фазам развития соответствуют и измене­ния в обмене веществ.

Внимательно с помощью микроскопа и лупы посмотрим, что происходит в течение раз­вития растений с кончиками стебля соломи­ны. Можно обнаружить, что соломина закан­чивается маленькой почечкой. В этой почечке, из ее образовательной ткани, последовательно формируются листья и колос, а в его колосках цветки с тычинками и пестиками.

Такие же изменения последовательно проис­ходят и у двудольных растений. У фасоли, например, сначала на поверхность почвы вы­носятся две семядоли (всходы); затем развер­тываются настоящие листья, формируется сте­бель, несущий в пазухах листьев бутоны; бутоны раскрываются, и растение цветет. После опы­ления и оплодотворения образуются плоды (бобы) с семенами, проходящие те же фазы созревания, что и у злаков (молочная, воско­вая и полная спелость).

Итак, на своем жиз­ненном пути, в своем развитии растение фор­мирует органы размно­жения, цветет и пло­доносит.

И. В. Мичурин на основе своих многочис­ленных наблюдений по­казал, что у древесных растений развитие идет по определенным эта­пам, качественно отлич­ным друг от друга. Этим этапам Мичурин дал соответствующие названия: «молодой воз­раст», «юношеский воз­раст», «возраст возмужа­лости» и «период старос­ти». В каждом этапе раз­вития у растения имеют­ся свои особенности.

В дальнейшем было показано, что однолет­ние и двулетние выс­шие растения в цикле своего развития также проходят несколько эта­пов, или стадий, раз­вития, для прохожде­ния которых необходи­мы определенные усло­вия внешней среды. При прохождении этих стадий в растении, его клетках, тканях проте­кают такие процессы обмена веществ, в ре­зультате которых рас­тение цветет и плодоносит. Если этих благо­приятных для прохождения той или иной ста­дии развития внешних условий не будет, то соответствующие стадии развития не пройдут, растение не будет цвести и плодоносить.

В настоящее время выделяют четыре стадии развития растений. Из них хорошо изучены лишь две: стадия яровизации и световая.

Стадия яровизации протекает под влиянием определенных температур и начинается с момента наклевывания семени, когда расте­ние только что тронулось в рост. Наши озимые злаки проходят стадию яровизации при пони­женных температурах от 0 до +5°. Будучи высеваемы всегда с осени, они приспособились к пониженным температурам осенне-зимнего периода. Продолжительность стадии яровиза­ции у них равна 35—60 дням. Яровые злаки, высеваемые весной, приспособились проходить свою стадию яровизации при более высокой температуре ранней весной, т. е. около +10°. Стадия яровизации при этой температуре про­ходит у яровых злаков быстрее, чем у озимых (от 5 до 14 дней). Для типичных южных расте­ний, которые высеваются на юге при более вы­сокой температуре (хлопчатник), а в умеренном климате поздней весной (просо), для прохожде­ния стадии яровизации необходима еще более высокая температура (около +25°). Таким образом, для прохождения стадии яровизации необходимы определенные условия внешней среды, в частности температурные условия, к ко­торым приспособились многие поколения данного вида растений в том или ином климате.

По окончании стадии яровизации растение вступает в следующую стадию развития световую стадию. Эта стадия проте­кает у разных растений в различных условиях соотношения длины дня и ночи. Опыты показали, что озимая пшеница после прохождения стадии яровизации не зацветает в условиях короткого дня. Она колосится, цветет и плодя носит лишь тогда, когда после окончания стадии яровизации ей будет дан длинный день. Другие растения, например просо, соя, хри­зантема (растения южного происхождения), не цветут и не плодоносят на длинном дне. Цве­тение и плодоношение наступают у них после окончания стадии яровизации лишь на корот­ком дне (примерно 12 часов).

Так было выяснено, что у одних растений световая стадия протекает на длинном дне (длиннодневные растения), у других — на ко­ротком дне (короткодневные растения). Таким образом, изменяя при прохождении стадии яровизации температуру окружающей среды, а при прохождении стадии световой — соотно­шение длины дня и ночи, можно управлять развитием растений, наступлением его цветения и плодоношения.

Световая стадия, в отличие от стадии яро­визации, проходит лишь в зеленом растении, так как питательные вещества, необходимые для того, чтобы она проходила, образуются в зеленых листьях.

Стадии развития идут в строгой последова­тельности одна за другой. Световая стадия на­чинается только тогда, когда закончилось про­хождение стадии яровизации.

В последние годы были установлены у ряда растений третья и четвертая стадии развития, без последовательного прохождения которых растение нормально не плодоносит. Было пока­зано, например, что четвертая стадия развития проходит лишь при определенной интенсивно­сти освещения. Если при прохождении этой стадии даже слегка затенить растение, то впо­следствии окажется, что зерен в колосе такого растения образуется мало, колос будет почти пустым (череззерница) или даже совсем пустым (пустоколосье).

Так советскими учеными была создана тео­рия стадийного развития растений, которая дает возможность управлять их развитием.