Основные закономерности водопотребления растений

4. Движения растений

Процессы роста лежат  в основе движения растений. Движения растений различны. Широко распространены в природе тропизмы - изгибы органов растения под влиянием фактора, действующего в одном направлении. Например, при освещении растения с одной стороны оно изгибается в сторону света. Это фототропизм. Растение изгибается потому, что его органы на освещенной стороне растут медленнее, чем на не освещенной, так как свет замедляет деление клеток.

Реакцию растений на действие силы тяжести называют геотропизмом. Стебель и корень по-разному реагируют на земное притяжение. Стебель растет вверх, в противоположном направлении к действию силы тяжести (отрицательный геотропизм), а корень - вниз, по направлению действия этой силы (положительный геотропизм). Переверните прорастающее семя корнем вверх, а стеблем вниз. Через некоторое время вы увидите, что корень изогнется вниз, а стебель вверх, т.е. они займут обычное для них положение.

Движением растения реагируют  и на присутствие в среде химических веществ. Эта реакция называется хемотропизмом. Он играет большую роль в минеральном питании, а также в оплодотворении растений. Так, в почве корни растут по направлению к питательным веществам. Но они изгибаются в противоположную сторону от ядохимикатов, гербицидов.

Пыльцевое зерно прорастает, как правило, только на рыльце пестика  растений своего вида, а спермин (мужские  половые клетки) движутся по направлению  к семязачатку, к расположенным в нем яйцеклетке и центральному ядру. Если же пыльцевое зерно попадает на рыльце цветка другого вида, то оно вначале прорастает, а затем изгибается в обратную от семязачатка сторону. Это свидетельствует о том, что пестик выделяет вещества, которые стимулируют рост "своего" пыльцевого зерна, но подавляют рост чужеродной пыльцы.

Растения отвечают тропизмами и на воздействие температуры, воды, на повреждение органов.

Для растений характерен и  иной тип движения - настии. В основе настий также лежит рост растения, который вызывается различными раздражителями, действующими на растение в целом. Различают фотонастии, вызванные изменением освещения, термонастии, связанные с изменением температуры. Многие цветки открываются утром и закрываются вечером, т.е. реагируют на изменение освещения. Например, утром, при ярком солнечном свете открываются корзинки одуванчика, а вечером, с уменьшением освещенности, они закрываются. Цветки душистого табака, наоборот, раскрываются вечером, с уменьшением освещенности.

В основе настий, как и  у тропизмов, также лежит неравномерный  рост: если сильнее растет верхняя  сторона лепестков, цветок раскрывается, если нижняя - закрывается. Следовательно, в основе движения органов растения лежит их неравномерный рост.

Тропизмы и настии играют большую роль в жизни растений, это один из признаков приспособленности  растений к среде обитания, к активной реакции на воздействие различных  ее факторов.

5. Процессы роста 

Процессы роста - неотъемлемая часть индивидуального развития растений, или онтогенеза. Все индивидуальное развитие особи слагается из целого ряда процессов, определенных периодов в жизни особи, начиная с момента  ее появления и до ее смерти. Количество периодов онтогенеза и сложность  процессов развития зависят от уровня организации растений. Так, индивидуальное развитие одноклеточных организмов начинается с образованием новой, дочерней клетки (после деления материнской  клетки), продолжается в течение  ее роста и заканчивается ее делением. Иногда у одноклеточных бывает период покоя - при образовании споры; затем спора прорастает и развитие продолжается до деления клетки. При вегетативном размножении индивидуальное развитие начинается с момента отделения части материнского организма, продолжается формированием новой особи, ее жизнью и заканчивается смертью. У высших растений при половом размножении онтогенез начинается с оплодотворения яйцеклетки и включает периоды развития зиготы и зародыша, образования семени (или споры), его прорастания и формирования молодого растения, его зрелости, репродуктивности, увядания и смерти.

Если у одноклеточных  организмов все процессы их развития и жизнедеятельности протекают  в одной клетке, то у многоклеточных процессы онтогенеза гораздо сложнее  и состоят из целого ряда преобразований. В ходе развития новой особи в  результате деления клеток образуются различные ткани (покровная, образовательная, фотосинтезирующая, проводящая и др.) и органы, выполняющие разнообразные  функции, формируется половой аппарат, организм вступает в пору размножения, дает потомство (одни растения - раз  в жизни, другие - ежегодно в течение  многих лет). В процессе индивидуального  развития в организме накапливаются  необратимые изменения, он стареет  и отмирает.

Продолжительность онтогенеза, т.е. жизни особи, также зависит  от уровня организации растений. Одноклеточные  организмы живут несколько дней, многоклеточные - от нескольких дней до нескольких сотен лет.

Продолжительность развития растительных организмов зависит и  от факторов среды: света, температуры, влажности и др. Ученые установили, что при температуре 25°С и выше ускоряется развитие цветковых растений, они раньше зацветают, образуют плоды и семена. Обильная влажность ускоряет рост растений, но задерживает их развитие.

Сложное воздействие на развитие растений оказывает свет: растения реагируют на продолжительность  дня. В процессе исторического развития одни растения нормально развиваются, если продолжительность светового  дня не превышает 12 ч. Это растения короткого дня (соя, просо, арбуз). Другие растения зацветают и образуют семена при выращивании в условиях более  продолжительного дня. Это растения длинного дня (редис, картофель, пшеница, ячмень).

Знания о закономерностях  роста и индивидуального развития растений используются человеком на практике при их выращивании. Так, свойство растений образовывать боковые корни  при удалении кончика главного корня  используют при выращивании овощных  и декоративных растений. У рассады  капусты, томатов, астр и других культурных растений при пересадке в открытый грунт прищипывают кончик корня, т. е. проводят пикировку. В результате прекращается рост главного корня в  длину, усиливается отрастание боковых  корней и распространение их в  верхнем, плодородном слое почвы. Вследствие этого улучшается питание растений и увеличивается их урожай. Пикировка  широко используется при высадке  рассады капусты. Развитию мощной корневой системы способствует окучивание - рыхление и приваливание почвы к нижним частям растений. Таким путем улучшается поступление в почву воздуха и тем самым создаются нормальные условия для дыхания и роста корней, для развития корневой системы. Это, в свою очередь, улучшает рост листьев, вследствие чего усиливается фотосинтез и образуется больше органических веществ.

Обрезка верхушек молодых  побегов, например яблони, малины, огурцов, приводит к прекращению их роста  в длину и усилению роста боковых  побегов.

В настоящее время для  ускорения роста и развития растений применяют стимуляторы роста. Их используют обычно при черенковании и пересадке растений для ускорения  образования корней.

В хозяйственных целях  иногда необходимо затормозить рост растений, например прорастание картофеля зимой и особенно весной. Появление ростков сопровождается ухудшением качества клубней, потерей ценных веществ, снижением содержания крахмала, накоплением ядовитого вещества соланина. Поэтому для задержки прорастания клубней перед закладкой на хранение их обрабатывают ингибиторами. В результате клубни до весны не прорастают и сохраняются свежими.

III. Фотосинтез.

Питание - процесс жизнедеятельности, благодаря которому на нашей планете  происходит круговорот веществ и  энергии, связывающий мир минеральный  и мир живой. Главное звено  в круговороте составляют зеленые  растения, способные создавать органические вещества из неорганических с использованием солнечной энергии. 
По способу питания все организмы, населяющие нашу планету, делят на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные организмы (от греч. autos - "сам", trophe - "пища") - организмы, образующие органические вещества из неорганических соединений с использованием энергии Солнца или энергии, которая освобождается в химических реакциях. Автотрофами являются растения - водоросли, мхи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные, а также некоторые бактерии, которые получают энергию вследствие окисления неорганических соединений.

Все остальные живые существа не способны использовать солнечную  энергию и синтезировать органические вещества из неорганических. Они относятся к гетеротрофам (от греч. heteros - "другой", trophe - "пища"). Это животные, грибы, большинство бактерий. Они получают энергию за счет окисления органических соединений. 
Питание растений - процесс поглощения и усвоения из окружающей среды химических элементов, необходимых для их жизни. Одни питательные элементы растения поглощают из воздуха в форме углекислого газа и молекулярного кислорода, другие - из почвы в форме воды и ионов минеральных солей. Соответственно различают воздушное (фотосинтез) и почвенное (корневое) питание.

Я подробнее расскажу о  воздушном питании, а именно о  таком сложном, но увлекательном  процессе, как фотосинтез.

Фотосинтез (воздушное  питание) - процесс образования органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) в хлоропластах с использованием энергии света. Функцию воздушного питания выполняет в основном лист и расположенные в его клетках хлоропласты. У некоторых растений воздушное питание происходит в клетках стебля, в которых также имеются хлоропласты, например у кактуса, спаржи. У водорослей, которые не имеют органов, фотосинтез происходит во всех клетках.

Лист, как главный орган, где происходит фотосинтез, у большинства  растений имеет форму широкой  пластинки, что обеспечивает наибольшее соприкосновение с воздушной  средой.

Листья так располагаются  на стебле, что они почти не затеняют друг друга и хорошо освещаются солнечными лучами. Подобное расположение листьев  называют листовой мозаикой. Листовая пластинка у многих растений располагается  перпендикулярно к лучам света, что еще более улучшает ее освещение.

Внутреннее строение листа  также хорошо приспособлено к  использованию света. Важнейшая  ткань листа, где осуществляется фотосинтез - мезофилл (ассимиляционная ткань). Ее клетки содержат хлоропласты, в которых и происходит фотосинтез.

Хлоропласты - важнейшие органоиды растительной клетки. У одних растений они имеют овальную, у других - сильно вытянутую форму, их размеры не превышают 10 мкм. Их число в клетках разных водорослей и высших растений варьирует от 1 до 40 на клетку. Внутреннее строение хлоропластов сложное, при большом увеличении в микроскоп видно множество пластинок, расположенных стопками. Это граны. В гранах хлоропласта расположены ферменты, а также зеленый пигмент хлорофилл. Этот пигмент и обусловливает зеленый цвет растения.

Хлорофилл играет большую роль в фотосинтезе: именно он поглощает солнечный свет и использует его энергию на образование органических веществ.

Свет - источник энергии, за счет которой из простых, бедных энергией неорганических веществ образуются сложные, богатые энергией органические вещества. Без хлорофилла фотосинтез в растении не идет, но и без света фотосинтез невозможен, так как нет источника энергии.

В листе находятся жилки, которые представлены сосудисто-волокнистыми пучками. Вверху сосудисто-волокнистого пучка находится ксилема, а снизу флоэма. Внутри пучка расположена механическая ткань, выполняющая опорную функцию. Система разветвленных проводящих пучков обеспечивает снабжение листа водой, минеральными и некоторыми органическими веществами, а также отток образующихся в процессе фотосинтеза веществ в другие органы растения. Устьица эпидермиса, сеть межклетников в мезофилле, тонкие оболочки клеток способствуют проникновению в них, а затем и в хлоропласты СО₂. Покрывающий лист эпидермис, клетки которого, за исключением замыкающих клеток устьиц, бесцветные, не содержат хлоропластов, свободно пропускает свет в мезофилл, где происходит фотосинтез.

Таким образом, в процессе исторического развития у растений во внешнем и внутреннем строении возникли приспособления, способствующие повышению интенсивности фотосинтеза.

1. Механизм фотосинтеза и его значение

Первую группу реакций  называют световой, вторую - темновой. Соответственно выделяют и две фазы фотосинтеза.

В световую фазу под действием света (фотонов) один из подвижных электронов молекулы хлорофилла переходит на более высокий энергетический уровень или покидает молекулу, которая превращается в сложный ион. Через тысячные доли секунды электрон возвращается обратно. Но за это время в хлоропластах за счет энергии электронов, покинувших под действием света молекулы хлорофилла, происходит синтез АТФ, а также расщепление воды на водород, который захватывается пиридиннуклеотидом НАДФ, переносчиком водорода, и кислород, выделяющийся в атмосферу. Эти процессы и составляют сущность световой фазы фотосинтеза.

В темповую фазу дальнейшие процессы фотосинтеза протекают без непосредственного участия световой энергии: они могут осуществляться как на свету, так и в темноте. В этой фазе используются продукты световой стадии - АТФ и восстановленный переносчик водорода (НАДФ•Н₂). Центральное место среди ферментативных реакций темновой фазы занимает реакция восстановления углекислого газа водородом до углеводов. СО₂ диффундирует в лист из атмосферы и включается в состав одного из промежуточных соединений. В итоге образуются углеводы - сначала моносахариды, затем дисахариды и полисахариды.