Рост и развитие растений. Периодичность ростовых процессов

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ  АГЕНСТВО  ПО  ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение  высшего профессионального  образования

« Оренбургский государственный педагогический университет»

 

 

                                                                                               Институт естествознания  и  экономики

                                                                                               Кафедра  зоологии, ботаники  и  анатомии

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

Рост и развитие растений. Периодичность ростовых процессов.

 

 

 

 

 

                                                          Выполнила: студентка 3 курса

                                                          Отделения « Биология»

                                                          Прилепина А. С.

                                                          Руководитель: Раченкова Е. Г.

 

 

 

 

 

 

 

Защищена «___»___________2012г.

Оценка________________________

Оглавление

Введение……………………………………………………………………         3

 

Особенности роста клеток…………………………………………………...       4

Физиология оплодотворения растений……………………………………..      5

Особенности прорастания семян……………………………………………       8

Типы роста органов растения…………………………………………….....      12

Культура изолированных тканей……………………………………………     14

Дифференциация тканей…………………………………………………….      15

Кинетика ростовых процессов………………………………………………     17

Влияние внешних условий на рост растений………………………………     19

Гормоны роста растений (фитогормоны)…………………………………..     22

Ростовые корреляции. Циркадные ритмы…………………………………      23

Теория циклического старения и омоложения растений………………....      25

Этапы развития растении……………………………………………………     26

 

Заключение…………………………………………………………………...     27

Литература……………………………………………………………………     28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Рост и развитие — неотъемлемые свойства любого живого организма. Это интегральные процессы. Растительный организм поглощает воду и питательные вещества, аккумулирует энергию, в нем происходят многочисленные реакции обмена веществ, в результате чего он растет и развивается. Процессы роста и развития тесно взаимосвязаны, так как обычно организм и растет, и развивается.

Хоть понятия рост и развитие — явления, тесно связанные между собой, они не тождественные. Под ростом следует понимать увеличение массы и размеров тех или иных органов растений, под развитием — качественные изменения, происходящие в их конусах нарастания, которые ведут к образованию половых органов, цветению и плодоношению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Особенности роста клеток

В основе роста многоклеточных организмов лежит увеличение числа и размеров клеток, сопр6овождаемое их дифференциацией, т.е. возникновением и накоплением различий между клетками, образовавшимися в результате деления. Рост клеток принято делить на три фазы: эмбриональную, растяжения, дифференцировки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физиология оплодотворения растений

Рост семенного растения начинается с прорастания семени. Семена у покрытосеменных растений образуются из семязачатка в результате двойного оплодотворения. Жизненный цикл высшего растения (по схеме от зиготы до зиготы) состоит из двух сменяющих друг друга жизненных состояний или поколений — спорофита (диплобионта) и гаметофита (гаплобионта). У цветковых растений женский гаметофит представлен зародышевым мешком, мужской — пыльцевым зерном. В пыльцевых зернах сосредоточено большое количество физиологически активных веществ — фитогормонов (ауксинов), ферментов, много аминокислоты пролина. При попадании пыльцевых зерен на рыльце пестика сразу начинается их взаимодействие. 

 

 

Процесс оплодотворения приводит к резкому изменению физиологических процессов в семязачатке. Питательные вещества из всех органов растения направляются в семязачаток. Однако проводящие пучки заканчиваются в области халазы, далее передвижение идет от клетки к клетке. Это передвижение имеет по крайней мере частично активный характер и требует затраты энергии. Отсюда важное значение имеет усиление процесса дыхания. Активность окислительно-восстановительных ферментов в частности цитохромоксидазы, растет. В некоторых случаях зародышевый мешок образует выросты, что способствует как бы заглатыванию питательных веществ. 

При этом в первую очередь деструкция наступает в клетках нуцеллуса, прилегающих к зародышевому мешку. Вначале используются вещества цитоплазмы, затем наблюдается растворение ядра и, наконец, исчезают клеточные оболочки. Как уже говорилось, зародыш развивается из оплодотворенной яйцеклетки. Яйцеклетка до оплодотворения характеризуется густой мелкозернистой цитоплазмой, в которой иногда дисперсно распределен желто-зеленый пигмент.

Проникновение спермия в яйцеклетку сопровождается изменением вязкости цитоплазмы, повышается ее проницаемость. Оплодотворенная яйцеклетка чаще всего имеет вытянутую форму, при этом она поляризована. Ее апикальный конец заполнен густой цитоплазмой с мелкими вакуолями. Базальный конец (обращенный к микропиле) сравнительно беден цитоплазмой и имеет крупную вакуоль. Считается, что полярность оплодотворенной яйцеклетки обусловлена ее положением и неравномерным притоком питательных веществ. Из апикальной части в процессе деления образуется зародыш, а из базальной — подвесок.

В процессе своего роста (эмбриогенеза) зародыш проходит ряд этапов. Каждый этап требует для своего протекания притока питательных веществ и фитогормонов в определенном соотношении. На первых этапах эти вещества поступают из плаценты (участок завязи, несущий семязачаток), а затем в процессе дифференциации зародыша — из эндосперма. В сформированном зародыше все ткани представляют первичные меристемы. Из вторичного ядра зародышевого мешка, объединенного со спермиями, образуется эндосперм. Благодаря делению триплоидного ядра образуется сначала аморфная многоядерная жидкая масса, затем вокруг ядер обособляется цитоплазма и обычно формируются клеточные стенки, эндосперм затвердевает (у некоторых растений он остается жидким). В процессе развития и роста зародыша ткань эндосперма потребляется и к моменту созревания семян может частично или полностью исчезнуть. Некоторые семена лишены эндосперма, питательные вещества сосредоточены у них в тканях самого зародыша (в семядолях). Наряду с эндоспермом, образующимся внутри зародышевого мешка, вместилищем питательных веществ может быть перисперм.

Оболочка семени образуется из покровов семязачатков. Образованию семян сопутствуют изменения цветка, которые ведут к развитию плода. В образовании плодов принимают участие стенки завязи, цветоложе и другие части цветка. Как уже упоминалось, после опыления происходит увеличение содержания ауксина, что является стимулом для разрастания стенок завязи. В дальнейшем источником ауксинов служат формирующиеся семена. Плоды могут развиваться без оплодотворения и образования семян (партенокарпия). Образование партенокарпических (бессемянных) плодов может происходить в результате опыления без оплодотворения, а также под действием обработки фитогормонами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Особенности прорастания семян

Семена всех растений содержат фитин. Главная функция фитина — снабжать зародыш соединениями фосфора. Одновременно фитин содержит некоторое количество К, Mg, Са. В семенах содержатся также ферменты и гормоны, однако в неактивном состоянии. Распределение веществ в семенах неравномерно. Ткани зародыша обогащены минеральными элементами.

Показано, что зародыш обогащен активными веществами (ферменты, аминокислоты, гормоны), причем особенно много их в зародышевом корешке. Последнее как бы уже предопределяет ту специфическую роль, которую играют клетки корня в жизнедеятельности растущего организма. Процесс прорастания семян включает в себя и те процессы, которые происходят в семени до того, как появляются признаки видимого роста. Для прорастания необходимы определенные условия. Прежде всего нужна вода. Воздушно-сухие семена содержат до 20% воды и находятся в состоянии вынужденного покоя. Сухие семена быстро поглощают воду и набухают.

Для процесса прорастания необходим кислород, поддерживающий процесс дыхания, поскольку процессы, происходящие на первых этапах прорастания, идут с затратой энергии. Оптимальные температуры для прорастания семян обычно соответствуют тем, которые характерны для ареала распространения данного вида растений. Семена некоторых растений лучше прорастают при сменной температуре. Прорастание семян ряда растений требует выдерживания при пониженных температурах. Есть растения, для прорастания семян которых необходим свет.

Вода поступает в семена по градиенту водного потенциала, согласно уравнению: Ψв = Ψосм + Ψдавл + Ψматр.

Поступление воды в семена можно разделить на три этапа.

Первый этап осуществляется в основном за счет матричного потенциала, или сил гидратации. Молекулы воды вокруг гидратированных веществ принимают льдоподобную структуру. Притягивая молекулы воды, гидрофильные группировки уменьшают ее активность. Водный потенциал становится более отрицательным, вода устремляется в семена. На втором этапе поглощения воды силы набухания, или матричный потенциал, также являются основными. Однако начинают играть роль осмотические силы — осмотический потенциал, поскольку в этот период происходит интенсивный гидролиз сложных соединений на более простые. На третьем этапе, который наступает в период наклевывания семян, когда клетки растягиваются и появляются вакуоли, главной силой, вызывающей поступление воды, становятся осмотические силы — осмотический потенциал.

Уже в процессе набухания семян начинается мобилизация питательных веществ — жиров, белков и полисахаридов. Это все нерастворимые, плохо передвигающиеся сложные органические вещества. В процессе прорастания происходит перевод их в растворимые соединения, легко используемые для питания зародыша, поэтому необходимы соответствующие ферменты.

Частично ферменты находятся в эндосперме или зародыше в связанном, неактивном состоянии и под влиянием набухания переходят в активное состояние. Однако ферменты образуются и de novo. Для образования ферментов de novo необходимы соответствующие матричные РНК.

Под воздействием соответствующих ферментов начинается усиленная мобилизация — распад сложных нерастворимых соединений на простые растворимые. Так, крахмал распадается на сахара, белки расщепляются до аминокислот, а последние до органических кислот и аммиака. Образовавшийся аммиак обезвреживается в виде амидов. В процессах прямого аминирования и переаминирования образуются новые аминокислоты, которые перетекают в осевую часть зародыша, где из них строятся новые специфические белки. Специфичность этих белков закодирована в ДНК клеток зародыша.

Более сложные превращения претерпевают жиры. Жиры сравнительно с углеводами — восстановленные соединения, и при их окислении выделяется больше энергии. Возможно, поэтому растения с мелкими семенами в большинстве случаев накапливают жиры как запасное питательное вещество. Распад жиров начинается с образования жирных кислот и глицерина. Процесс катализируется двумя липазами, одна из которых находится непосредственно в олеосомах, а другая в мембране глиоксисом — специальных органелл. Жирные кислоты подвергаются в глиоксисомах окислению с образованием ацетил-КоА. Ацетил-КоА вступает в глиоксилатный цикл. Прежде всего, при взаимодействии ацетил-КоА с щавелево-уксусной кислотой (ЩУК) образуется лимонная кислота. Лимонная кислота изомеризуется до изолимонной. Изолимонная кислота под влиянием уникального фермента этого цикла — изоцитратлиазы распадается на янтарную и глиоксилевую кислоты. В глиоксисомах оставшаяся глиоксилевая кислота со второй молекулой ацетил-КоА образует малат. Образовавшийся малат окисляется до ЩУК, и, таким образом, глиоксилатный цикл заканчивается.

Таким образом, при прорастании семян идут многочисленные взаимосвязанные процессы — распад питательных веществ, их превращение, транспорт и образование из них новых веществ, идущих на построение клеток и органов. Энергия для всех этих процессов поставляется процессом дыхания. Уже в первый период после намачивания интенсивность поглощения кислорода возрастает. 

 

На этой фазе прорастания образуются и такие фитогормоны, как ауксины и цитокинины.   

Как уже рассматривалось выше, гиббереллины при набухании переходят в свободную форму и вызывают новообразование ферментов гидролаз в клетках алейронового слоя. Образовавшиеся при этом нуклеазы катализируют распад нуклеиновых кислот, появляются пуриновые основания, дают начало фитогормону цитокинину. Одновременно под влиянием ферментов протеаз белки распадаются до аминокислот, среди которых имеется триптофан. Как известно, триптофан является предшественником фитогормона ауксина. Цитокинины и ауксины регулируют рост зародыша (эмбриогенез). Цитокинины вызывают деление клеток, ауксины — их растяжение. 

Зародыш состоит из зародышевого корешка, стебля и почечки. Дальнейший рост проростков несколько различается в зависимости от типа растений. У однодольных растений проклевывание начинается с роста зародышевого корешка, затем при подземном прорастании начинает расти колеоптиль (первый свернутый лист). Когда колеоптиль достигает поверхности почвы, его рост прекращается, из почечки начинает расти первый настоящий лист, который прорывает колеоптиль. У многих однодольных растений из нижней части стебля образуются придаточные корни. У однодольных при надземном прорастании (лук) после появления корешка начинается неравномерное разрастание семядоли, которая, образуя петлю, выходит на поверхность.

                      

 

Типы роста органов растения

 

Характерной чертой ростовых процессов растительных организмов является их локализация в определенных тканях — меристемах. Меристемы различны по расположению в отдельных органах. Апикальные, или верхушечные, меристемы расположены в окончаниях (верхушках) стебля и корня. Вставочные, или интеркалярные, меристемы характерны для стебля (рост междоузлий у злаков) и для некоторых листьев. Латеральные меристемы обеспечивают рост стебля в толщину (камбий, феллоген).

Клетки меристемы делятся; дочерние клетки достигают размеров материнской и снова делятся. Однако размер и объем меристем остаются постоянными. Это связано с тем, что большинство меристематических клеток через несколько делений (4—5) переходят к росту растяжением. Однако есть инициальные клетки, которые делятся в течение всей жизни органа.