Физиологическая роль основных клеточных органелл (на примере ядра и рибосом)

Истощение и загрязнение земель ещё не очевидно, но нехватка воды уже остро чувствуется в некоторых регионах, например, в ОАЭ, Израиле, Кувейте. В этих регионах остро встаёт проблема орошения. В настоящее время до 80 % всех овощей, зелени, фруктов, в Израиле выращивается гидропонным способом.

Гидропоника — идеальное решение для жарких засушливых стран, так как при экономии воды в разы можно снимать множество урожаев за год.

При тепличном выращивании в северных широтах гидропоника также показывает отличные результаты, при наличии искусственного освещения.

Развитие гидропоники в России связано с возрастающим интересом к т. н. «малым фермерским хозяйствам», где на небольшой площади можно выращивать зелень, овощи, цветочные и ягодные культуры. Всё большей популярностью пользуются модульные системы капельного полива. Они позволяют создать за короткий срок и при небольших затратах оросительную систему как для традиционного земельного выращивания, так и для гидропонных установок типа капельного полива.

По классификации профессора Г. Т. Тараканова различают следующие методы гидропонных систем:

1. Агрегатопоника — выращивание растений на твёрдых субстратах, обладающих небольшой влажностью. Этот метод условно назван гравийной культурой, хотя в качестве субстрата кроме гравия используют и другие материалы. Одна из разновидностей агрегатопоники — выращивание растений на гродане и минеральной вате.

2. Хемопоника — выращивание растений на субстратах растительного происхождения.

3. Ионитопоника — выращивание растений на синтетических ионообменных смолах, насыщенных питательными элементами, которые находятся в поглощённом, но доступном для растений обменном состоянии.

4. Водная культура  — выращивание растений на  водных питательных растворах, в  которые непосредственно погружены  корни растений.

5. Аэропоника, или «воздушная культура», характеризующаяся  тем, что корни растений постоянно  находятся во влажном воздухе  и их часто опрыскивают питательным  раствором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26. Клеточные основы роста и развития.

 

 

В основе роста и развития целого организма и отдельной клетки лежит обмен веществ. В процессе жизни каждого организма происходят постоянные качественные и количественные изменения, прерываемые лишь периодами относительного покоя.

Необратимое количественное увеличение структур, объема и массы живого тела и его частей получило название роста. Развитие - это качественные изменения организма и его составляющих. Рост и развитие тесно связаны между собой, как правило, протекают параллельно, но не сводимы друг к другу. Оба процесса регулируются на клеточном уровне.

Рост отдельных органов и всего организма слагается из роста его клеток. Основные этапы роста, а также и развития на клеточном уровне - деление клеток и их растяжение, т.е. увеличение размеров в длину. Постепенное увеличение линейных размеров, объема и массы клеток - важнейшие показатели роста. В многоклеточных организмах одним из показателей роста является увеличение числа клеток в результате клеточного деления.

Растительная клетка способна к росту растяжением, чему содействуют особенности строения её стенки. Длительность роста растяжением клеток различных тканей неодинакова. У части тканей, стенки которых способны к вторичным изменениям, рост растяжением на определённом этапе прекращается и наступает вторая фаза роста, при которой рост осуществляется путём наложения новых слоёв на первичную оболочку или внедрением в неё.

Особенности роста различны у разных систематических групп организмов. У высших растений рост тесно связан с деятельностью меристем. Рост, так же как и развитие, контролируется фитогормонами. Помимо влияния фитогормонов на рост и развитие растения, заметное воздействие оказывают факторы среды, особенно свет, тепло и влага. Комплекс этих факторов и фитогормонов действует либо независимо, либо взаимодействуя друг с другом. Интенсивность роста существенным образом связана с питанием растений, особенно с азотным и фосфорным.

Типы роста различных органов определяются характером расположения меристем. Стебли и корни растут верхушками, т.е. имеют апикальный рост. Зона нарастания листьев часто находится у их основания, и они имеют базальный рост. Нередко характер роста органа зависит от видовой специфичности. У злаков, например, рост стебля осуществляется у основания междоузлий, когда преобладает интеркалярный рост. Важная особенность роста растений - его ритмичность, т.е. чередование процессов интенсивного и замедленного роста. Она зависит не только от изменений внешних факторов среды, но и контролируется внутренними факторами (эндогенно), закреплёнными генетически в процессе эволюции.

В целом рост растения складывается из четырёх фаз: начальной, интенсивного роста, замедления роста и стабильного состояния. Это связано с особенностями различных стадий онтогенеза, т.е. индивидуального развития растений.

Так, переход растения к репродуктивному состоянию обычно сопровождается ослаблением активности меристем. Процессы роста могут прерываться продолжительными периодами торможения, наступление которых в северных широтах связано с концом лета и приближением зимы. Иногда у растений наблюдается как бы остановка роста - состояние покоя. Покой у растений - это такое физиологическое состояние, при котором резко снижаются скорость роста и интенсивность обмена веществ. Оно возникло в ходе эволюции как приспособление для переживания неблагоприятных условий среды в различные периоды жизненного цикла или сезона года. Покоящееся растение значительно более устойчиво к морозам, жаре, засухе. В состоянии покоя могут находиться целые растения (зимой или во время засухи), их семена, почки, клубни, корневища, луковицы, споры и др. Семена многих растений способны к длительному покою, обусловливающему их надёжную сохранность в почве. Известен случай развития нормального растения из семени одного из бобовых, пролежавшего в условиях вечной мерзлоты 10000 лет. В состоянии покоя находятся, например, клубни картофеля, благодаря чему они не прорастают некоторое время после уборки.

В понятие "развитие" вкладываются два смысла: индивидуальное развитие отдельного организма и развитие организмов в ходе эволюции. Индивидуальное развитие отдельного организма от рождения до смерти называется онтогенезом, а развитие организмов в ходе эволюции - филогенезом. Физиология растений занимается изучением развития главным образом в ходе онтогенеза.

Меристематические клетки полипотентны, т.е. дают начало клеткам, способным развиваться самыми различными путями. Переход меристематической клетки к росту растяжением сопровождается появлением в ней множества вакуолей и их слиянием в одну, вытягиванием стенок клеток в длину и поглощением вакуолями большого количества воды. Наиболее важный момент в развитии клеток высшего растения - их дифференцировка, т.е. возникновение структурной и функциональной разнокачественности. В результате дифференциации образуются специализированные клетки, присущие отдельным тканям. Дифференцировка осуществляется как во время растяжения, так и после окончания видимого роста клеток и определяется дифференциальной активностью генов. Ход дифференцировки, как и рост, контролируется фитогормонами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38. Яровизация, её суть и значение  в жизни растений.

 

 

Яровизацией называют реакцию растения на воздействие в определённый период его жизни низких положительных температур, (2-100С).

Яровизация – это адаптация растений к сезонным изменениям климата. Продолжительность вегетационного периода растений со времени посева семян до их созревания зависит в значительной степени от условий внешней среды. Так, позднеспелые сорта могут стать раннеспелыми, озимые – яровыми, яровые – озимыми.

По отношению к факторам внешней среды в жизни растений существует два разнокачественных этапа развития. На первом этапе в растениях происходят процессы, вызываемые положительными низкими температурами, а на втором под влиянием разной длины дня – процессы, обуславливающие переход растений к плодоношению. Яровизация как агротехнический приём состоит в воздействии низкими положительными температурами на семена озимых культур, которые не плодоносят без этого при весеннем посеве. Этот приём используют и в селекции.

Исследования учёных Н.М. Сисакяна и И.И. Филипповича показали характерные закономерности в изменении активности отдельных дыхательных ферментов в процессе яровизации. В начале яровизации озимой пшеницы в зародыше наблюдается активность цитохромоксидазы, позже её активность снижается и проявляется деятельность другого фермента – аскорбиноксидазы. В начале яровизации наиболее активны дегидрогеназы янтарной и лимонной кислот; с появлением аскорбиноксидазы возрастает активность дегидрогеназы яблочной кислоты. В листьях озимой пшеницы высеянной яровизированными семенами, активность цитохромоксидазы немного меньше чем в листьях не яровизированной пшеницы.

Таким образом, яровизация семян влияет на обмен веществ. Семена, полученные от яровизированных растений, по биохимическому составу отличаются от семян, не яровизированных растений.

Содержание глютелина и глобулина свидетельствуют о том, что под влиянием яровизации происходят изменения в качестве белка и в характере обмена веществ. У яровизированных и не яровизированных растений установлены разные проницаемость и вязкость цитоплазмы, содержание хлорофилла, активность окислительных ферментов направленность их действия и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

51. Накопление и превращение веществ при формировании семян. Взаимодействие вегетативных и репродуктивных органов в процессе формирования семян.

 

 

При созревании семян масличных культур преобладают процессы синтеза жира и белков. Биосинтез жира начинается сразу же после оплодотворения и длится до полного созревания семян. Однако, впервые 10-15 дней после цветения (подсолнечник, лен) этот процесс протекает крайне медленно. В начальный период созревания в семенах высокое содержание полисахаридов, растворимых углеводов и белка. Количество жира сравнительно незначительно. Когда прекращается рост ткани семени, синтез белка уменьшается и начинается усиленное превращение углеводов в жиры. Накопление жира в семенах в этот период сопровождается интенсивной убылью подвижных углеводов.

По мере созревания семян наряду с изменением общего содержания жиров меняется и их качественный состав. Масло из недозрелых семян содержит больше свободных и насыщенных жирных кислот, чем масло из созревших семян. Так, в масле из семян подсолнечника количество насыщенных жирных кислот при созревании уменьшилось с 84,6 до 6,7 %.

При этом увеличивается содержание ненасыщенных жирных кислот, особенно линоленовой (с тремя двойными связями в молекуле). При созревании семян льна количество линоленовой кислоты в масле возрастает почти в 2 раза. Следовательно, по мере созревания семян качества масла увеличивается.

Под влиянием изменений условий внешней среды происходят глубокие качественные изменения в составе веществ, образующихся в растениях. Так, растения при выращивании их на севере или в горах дают масло, содержащее значительно больше ненасыщенных, жирных кислот, чем эти растения на юге и ли в долинах. Выделение эфирных масел бывает настолько интенсивным, что если возле растения развести костёр, то может произойти воспламенение.

В процессе развития растения и взаимодействия его со средой может легко изменяться и способность ткани к адсорбции ферментов. В растении, развивающемся нормально, происходит постоянное перераспределение ферментов. Между раствором и структурными образованиями клетки. Этим достигается координирующее действие цитоплазмы на ферментативные процессы, которые в своей совокупности создают тот или иной тип обмена веществ. Поэтому разного рода воздействия, которые испытывают растения, обычно влияют на имеющиеся в них ферменты, на биологическую среду растительной клетки, в которой эти ферменты содержаться, и уже потом приводят к усилению или ослаблению тех или иных процессов.

Закономерности изменчивости химического состава сельскохозяйственных растений под влиянием климатических, почвенных факторов и условий питания широко используется при районировании сельскохозяйственных культур, имеет большое практическое значение. Так, процентное содержание масла в семенах льна при культуре его в разных регионах почти одинаково, однако значительно меняется его химический состав. Лен, выращиваемый на севере, даёт хорошо высыхающее масло. Это обуславливается высоким содержанием в нем ненасыщенных жирных кислот. На юге тот же сорт льна имеет столько же масла в семенах, как и на севере, но оно характеризуется меньшим содержанием ненасыщенных жирных кислот и поэтому плохо высыхает. Для характеристики качества масла используется йодное число. Чем выше йодное число, тем лучше качество масла.

Обмен веществ способен глубоко изменяться под влиянием окружающей среды. К решающим внешним факторам, определяющим интенсивность процесса обмена и обуславливающим качественную и количественную изменчивость химического состава растительных организмов относятся влажность, температура, удобрения, приёмы возделывания.

Все виды удобрений, как органических, так и минеральных, существенно влияют на урожай и его качество, на химический состав растений, повышая содержание белков, углеводов и ряда других веществ. Так, под влиянием минеральных удобрений увеличивается содержание масла в семенах клещевины. При продвижении культуры горчицы белой с севера на юг масличность семян снижается вдвое. Условия среды оказывают большое влияние на образование белков, алкалоидов, витаминов и других соединений.

Знание критических периодов (недостаточная обеспеченность влагой, элементами минерального питания, неблагоприятный температурный и световой режим) в жизни растений по отношению к отдельным факторам внешней среды очень важно для разработки рациональной технологии возделывания сельскохозяйственных культур.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

68. Выпревание, вымокание, гибель под ледяной коркой, выпаривание, повреждение растений от зимней засухи.

 

 

Выпревание. Среди перечисленных невзгод первое место занимает выпревание растений. Гибель растений от выпревания наблюдается преимущественно в тёплые зимы с большим снеговым покровом, который лежит 2—3 месяца, особенно если снег выпадает на мокрую и талую землю. Исследования И. И. Туманова (1932) показали, что причина гибели озимых от выпревания — истощение растений. Находясь под снегом при температуре около 0 °С в сильно увлажнённой среде, почти полной темноте, т. е. в условиях, при которых процесс дыхания идет достаточно интенсивно, а фотосинтез исключён, растения постепенно расходуют сахара и другие запасы питательных веществ, накопленные в период прохождения первой фазы закаливания, и погибают от истощения (содержание Сахаров в тканях уменьшается с 20 до 2—4 %) и весенних заморозков. Такие растения весной легко повреждаются снежной плесенью, что также приводит к их гибели.