Физиология роста и развития растений

Рост в течение всей жизни — фундаментальное свойство растений. Рост — это необратимое увеличение растения хотя бы по одному параметру: по числу клеток, линейным размерам, сырой и/или сухой биомассе. Самый быстрый и экономичный способ роста — рост растяжением, при котором происходит сильная вакуолизация клеток — то есть объём клетки увеличивается в основном за счёт увеличения объёма вакуоли при почти неизменном объёме цитоплазмы. Для растяжения основными « строительными материалами» являются вода и углеводы (целлюлоза, пектин и др.), тогда как для обеспечения деления клеток нужен приток минеральных веществ, прежде всего — азота, фосфора и др.

Рост – явление количественное. В отличие от него, развитие – качественное явление, при котором появляются новые структуры (новые типы клеток, ткани, органы), меняются функции уже существующих структур, происходит дифференцировка. В жизненном цикле высших растений выделяют следующие фазы: эмбриональную (от зиготы до созревания семени), ювенильную (от прорастания семени до перехода к цветению), генеративную (период цветения и плодоношения) и сенильную (старение).

Зародыш растения развивается внутри семени. Эмбриональная стадия начинается с зиготы. Первое деление зиготы определяет ось полярности — направление  роста верхушки побега и кончика корня. Затем на стадии глобулы, растение приобретает радиальную дифференцировку — от центра стебля или корня к периферии состав тканей начинает различаться. Далее, на стадии «сердца» выделяются апикальные меристемы побега и корня и зачатки семядолей. Заканчивается эмбриогенез переходом семени в состояние покоя.

На следующих стадиях рост поддерживается за счёт зон делящихся недифференцированных клеток — меристем. Апикальные (верхушечные) меристемы находятся на верхушках побега и кончике корня, боковые лежат среди проводящих элементов. Апикальная меристема побега образует регулярные элементы: листья, междоузлия, боковые побеги. Апикальная меристема корня даёт начало различным типам клеток и тканям корня. Боковые меристемы, образуя дополнительные элементы проводящей системы, обеспечивают утолщение побега и корня.

При переходе от ювенильной к генеративной стадии под действием внешних и внутренних факторов в апикальной меристеме побега закладываются органы размножения — соцветия.

Понятие «старение» чаще применяется к отдельным органам, чем к целому растению. Можно рассматривать старение листа (сезонное или не связанное с временем года), старение (созревание) плодов, старение и отмирание надземных частей травянистых растений и др. Старение — сложный скоординированный процесс ферментативной деградации (разборки) различных молекул (например, хлорофилла, белков, нуклеиновых кислот), при этом растворимые продукты деградации оттекают в другие органы.

Координация процессов роста, дифференцировки клеток и развития растения, а также реализация ответных реакций на различные внешние воздействия у многоклеточных организмов осуществляется благодаря межклеточной коммуникации, в основном с помощью гормонов и других сигнальных молекул. Гормоны растений — фитогормоны ( греч. φυτό – растение) — имеют ряд особенностей по сравнению с гормонами животных. Так, у растений нет специализированных желёз для образования гормонов, поэтому возможно их действие непосредственно в месте синтеза. Гормоны растений — относительно низкомолекулярные вещества, так как они должны проникать сквозь поры клеточных стенок. В отличие от гормонов животных, каждый фитогормон запускает не конкретный физиологический ответ, а специфические каскады физиологических реакций.

Свет для растений — не только источник энергии для синтеза органических веществ в процессе фотосинтеза, но и важный регуляторный фактор большинства процессов роста и развития. Восприятие светового информационного сигнала осуществляется с помощью молекул-рецепторов света — фоторецепторов. Растения имеют несколько групп фоторецепторов, различающихся по структуре и спектральным свойствам (т.е. качеству воспринимаемого ими света):

• фоторецепторы синего света и ближнего ультрафиолета: фототропины и криптохромы;
• фоторецепторы красного света — фитохромы.

Литература:

1. Медведев С.С. Физиология растений: Учебник. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. – 336 с.

Полевой В.В. Физиология растений: Учеб. для биол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1989. – 464 с.

2. Физиология растений: Учебник для студ. вузов / Н.Д. Алехина, Ю.В. Балнокин, В.Ф. Гавриленко и др.; Под ред. И.П. Ермакова. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 640 с.

3. П. Зитте, Э.В. Вайлер и др. « Ботаника» т. 2 «Физиология растений» под ред. В.В. Чуба. М., Издательский центр «Академия», 2008.