Фитогормоны растений

Гормоны растений

Главная / Повреждения растений, вредители и болезни / Фитогормоны

Гормоны растений

Главные классы гормонов растений

Стимуляторы роста и развития

  • Ауксины
  • Гиббереллины
  • Цитокинины
  • Гормоны цветения
  • Витамины группы В

Ингибиторы роста и развития

  • Синтетические ретарданты
  • Дормины
  • Гербициды
  • Десиканты
  • Дефолианты

Гормоны растений — или фитогормоны, вырабатываемые растениями органические вещества, отличные от питательных веществ и образующиеся обычно не там, где проявляется их действие, а в других частях растения. Эти вещества в малых концентрациях регулируют рост растений и их физиологические реакции на различные воздействия. В последние годы ряд фитогормонов удалось синтезировать, и теперь они находят применение в сельскохозяйственном производстве. Их используют, в частности, для борьбы с сорняками и для получения бессемянных плодов.

Растительный организм – это не просто масса клеток, беспорядочно растущих и размножающихся; растения и в морфологическом, и в функциональном смысле являются высокоорганизованными формами. Фитогормоны координируют процессы роста растений. Особенно отчетливо эта способность гормонов регулировать рост проявляется в опытах с культурами растительных тканей. Если выделить из растения живые клетки, сохранившие способность делиться, то при наличии необходимых питательных веществ и гормонов они начнут активно расти. Но если при этом правильное соотношение различных гормонов не будет в точности соблюдено, то рост окажется неконтролируемым и мы получим клеточную массу, напоминающую опухолевую ткань, т.е. полностью лишенную способности к дифференцировке и формированию структур. В то же время, надлежащим образом изменяя соотношение и концентрации гормонов в культуральной среде, экспериментатор может вырастить из одной-единственной клетки целое растение с корнями, стеблем и всеми прочими органами.

Химическая основа действия фитогормонов в растительных клетках еще недостаточно изучена. В настоящее время полагают, что одна из точек приложения их действия близка к гену и гормоны стимулируют здесь образование специфичной информационной РНК. Эта РНК, в свою очередь, участвует в качестве посредника в синтезе специфичных ферментов – соединений белковой природы, контролирующих биохимические и физиологические процессы.

Гормоны растений были открыты только в 1920-х годах, так что все сведения о них получены сравнительно недавно. Однако еще Ю.Сакс и Ч.Дарвин в 1880 пришли к мысли о существовании такого рода веществ. Дарвин, изучавший влияние света на рост растений, писал в своей книге Способность к движению у растений (The Power of Movement in Plants): «Когда проростки свободно выставлены на боковой свет, то из верхней части в нижнюю передается какое-то влияние, заставляющее последнюю изгибаться». Говоря о влиянии силы тяжести на корни растения, он пришел к заключению, что «только кончик (корня) чувствителен к этому воздействию и передает некоторое влияние или стимул в соседние части, заставляя их изгибаться».

В течение 1920–1930-х годов гормон, ответственный за реакции, которые наблюдал Дарвин, был выделен и идентифицирован как индолил-3-уксусная кислота (ИУК). Работы эти выполнили в Голландии Ф.Вент, Ф.Кёгль и А.Хаген-Смит. Примерно в то же время японский исследователь Е.Куросава изучал вещества, вызывающие гипертрофированный рост риса. Теперь эти вещества известны как фитогормоны гиббереллины. Позже другие исследователи, работавшие с культурами растительных тканей и органов, обнаружили, что рост культур значительно ускоряется, если добавить к ним небольшие количества кокосового молока. Поиски фактора, вызывающего этот усиленный рост, привели к открытию гормонов, которые были названы цитокининами.

наверх

Главные классы гормонов растений

Гормоны растений можно объединить в несколько главных классов в зависимости либо от их химической природы, либо от оказываемого ими действия.

Фитогормоны — стимуляторы роста и развития растений.

Стимуляторы роста растений — фитогормоны, усиливающие их рост, улучшающие самочувствие и цветение. К ним относятся:

Ауксины. Вещества, стимулирующие растяжение клеток растений, известны под общим названием «ауксины». Ауксины вырабатываются и накапливаются в высоких концентрациях в верхушечных меристемах (конусах нарастания побега и корня), т.е. в тех местах, где клетки особенно быстро делятся. Отсюда они перемещаются в другие части растений. Нанесенные на срез стебля ауксины ускоряют образование корней у черенков. Однако в чрезмерно больших дозах они подавляют корнеобразование. Вообще чувствительность к ауксинам у тканей корня значительно выше, чем у тканей стебля, так что дозы этих гормонов, наиболее благоприятные для роста стебля, обычно замедляют корнеобразование.

Это различие в чувствительности объясняет, почему верхушка горизонтально лежащего побега проявляет отрицательный геотропизм, т.е. изгибается кверху, а кончик корня – положительный геотропизм, т.е. изгибается к земле. Когда под действием силы тяжести ауксин скапливается на нижней стороне стебля, клетки этой нижней стороны растягиваются сильнее, чем клетки верхней стороны, и растущая верхушка стебля изгибается кверху. По-другому действует ауксин на корень. Скапливаясь на нижней его стороне, он подавляет здесь растяжение клеток. По сравнению с ними клетки на верхней стороне растягиваются сильнее, и кончик корня изгибается к земле.

Ауксины ответственны и за фототропизм – ростовые изгибы органов в ответ на одностороннее освещение. Поскольку под действием света распад ауксина в меристемах, по-видимому, несколько ускоряется, клетки на затененной стороне растягиваются сильнее, чем на освещенной, что заставляет верхушку побега изгибаться по направлению к источнику света.

Так называемое апикальное доминирование – явление, при котором присутствие верхушечной почки не дает пробуждаться боковым почкам, – тоже зависит от ауксинов. Результаты исследований позволяют считать, что ауксины в той концентрации, в какой они накапливаются в верхушечной почке, заставляют верхушку стебля расти, а перемещаясь вниз по стеблю, они тормозят рост боковых почек. Деревья, у которых апикальное доминирование выражено резко, как, например, у хвойных, имеют характерную устремленную вверх форму, в отличие от взрослых деревьев вяза или же клена.

После того как произошло опыление, стенка завязи и цветоложе быстро разрастаются; образуется крупный мясистый плод. Рост завязи связан с растяжением клеток – процессом, в котором участвуют ауксины. Теперь известно, что некоторые плоды можно получить и без опыления, если в подходящее время нанести ауксин на какой-нибудь орган цветка, например на рыльце. Такое образование плодов – без опыления – называют партенокарпией. Партенокарпические плоды лишены семян.

На плодоножке созревших плодов или на черешке старых листьев образуются ряды специализированных клеток, т.н. отделительный слой. Соединительная ткань между двумя рядами таких клеток постепенно разрыхляется, и плод или лист отделяется от растения. Это естественное отделение плодов или листьев от растения называется опадением; оно индуцируется изменениями концентрации ауксина в отделительном слое.

Из природных ауксинов шире всего распространена в растениях индолил-3-уксусная кислота (ИУК). Однако этот природный ауксин применяется в сельском хозяйстве значительно реже, чем такие синтетические ауксины, как индолилмасляная кислота, нафтилуксусная кислота и 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д). Дело в том, что ИУК под действием ферментов растения непрерывно разрушается, тогда как синтетические соединения не подвержены ферментативному разрушению, и потому малые их дозы способны вызывать заметный и долго сохраняющийся эффект.

Синтетические ауксины находят широкое применение. Их используют для усиления корнеобразования у черенков, которые без этого плохо укореняются; для получения партенокарпических плодов, например у томатов в теплицах, где условия затрудняют опыление; для того чтобы вызвать у плодовых деревьев опадение части цветков и завязей (сохранившиеся плоды при таком «химическом прореживании» оказываются крупнее и лучше); чтобы предотвратить предуборочное опадение плодов у цитрусовых и некоторых семечковых, например у яблонь, т.е. чтобы отсрочить их естественное опадение. В высоких концентрациях синтетические ауксины применяются в качестве гербицидов для борьбы с некоторыми сорняками.

наверх

Гиббереллины. Гиббереллины широко распространены в растениях и регулируют целый ряд функций. К 1965 было идентифицировано 13 молекулярных форм гиббереллинов, очень сходных химически, но весьма различающихся по своей биологической активности. Среди синтетических гиббереллинов чаще всего применяется вырабатываемая микробиологической промышленностью гибберелловая кислота.

Важный физиологический эффект гиббереллинов – ускорение роста растений. Известна, например, генетическая карликовость у растений, при которой резко укорочены междоузлия (участки стебля между узлами, от которых отходят листья); как выяснилось, это связано с тем, что у таких растений генетически заблокировано образование гиббереллинов в процессе метаболизма. Если, однако, ввести в них гиббереллины извне, то растения будут расти и развиваться нормально.

Многим двулетним растениям для того, чтобы выбросить стрелку и зацвести, требуется в течение определенного времени пребывание либо при низкой температуре, либо на коротком дне, а иногда и то и другое. Обработав такие растения гибберелловой кислотой, их можно заставить зацвести в условиях, при которых возможен только вегетативный рост.

Подобно ауксинам, гиббереллины способны вызывать партенокарпию. В Калифорнии их регулярно применяют для обработки виноградников. В результате такой обработки грозди получаются более крупными и лучше сформированными.

Во время прорастания семян решающую роль играет взаимодействие гиббереллинов и ауксинов. После набухания семени в зародыше синтезируются гиббереллины, которые индуцируют синтез ферментов, ответственных за образование ауксина. Гиббереллины также ускоряют рост первичного корешка зародыша в то время, когда под влиянием ауксина оболочка семени разрыхляется и зародыш растет. Первым из семени появляется корешок, а за ним и само растеньице. Высокие концентрации ауксина вызывают быстрое удлинение стебелька зародыша, и в конце концов верхушка проростка пробивает почву.

наверх

Цитокинины. Гормоны, известные как цитокинины, или кинины, стимулируют не растяжение, а деление клеток. Цитокинины образуются в корнях и отсюда поступают в побеги. Возможно, они синтезируются также в молодых листьях и почках. Первый открытый цитокинин – кинетин – был получен с использованием ДНК спермы сельди.

Цитокинины – «великие организаторы», регулирующие рост растений и обеспечивающие у высших растений нормальное развитие их формы и структур. В стерильных тканевых культурах добавление цитокининов в надлежащей концентрации вызывает дифференцировку; появляются примордии – нерасчлененные зачатки органов, т.е. группы клеток, из которых со временем развиваются различные части растения. Обнаружение этого факта в 1940 послужило основой для последующих успешных экспериментов. В начале 1960-х годов научились уже выращивать целые растения из одной недифференцированной клетки, помещенной в искусственную питательную среду.

Еще одно важное свойство цитокининов – их способность замедлять старение, что особенно ценно для зеленых листовых овощей. Цитокинины способствуют удержанию в клетках ряда веществ, в частности аминокислот, которые могут быть направлены на ресинтез белков, необходимых для роста растений и обновления его тканей. Благодаря этому замедляются старение и пожелтение, т.е. листовые овощи не так быстро теряют товарный вид. В настоящее время предпринимаются попытки использовать один из синтетических цитокининов, а именно бензиладенин, в качестве ингибитора старения многих зеленых овощей, например салата, брокколи и сельдерея.

наверх

Гормоны цветения. Гормонами цветения считают флориген и верналин. Предположение о существовании особого фактора цветения высказал в 1937 русский исследователь М.Чайлахян. Позднейшие работы Чайлахяна позволили сделать вывод, что флориген состоит их двух главных компонентов: гиббереллинов и еще одной группы факторов цветения, названных антезинами. Для зацветания растений необходимы оба этих компонента.

Предполагается, что гиббереллины необходимы длиннодневным растениям, т.е. таким, которым для зацветания требуется достаточно длительный светлый период суток. Антезины же стимулируют цветение короткодневных растений, зацветающих лишь тогда, когда длина дня не превышает определенного допустимого максимума. По-видимому, антезины образуются в листьях.

Гормон цветения верналин (выявленный И.Мельхерсом в 1939) необходим, как полагают, двулетним растениям, нуждающимся на протяжении некоторого времени в воздействии низких температур, например зимних холодов. Он образуется в зародышах прорастающих семян или в делящихся клетках верхушечных меристем взрослых растений.

наверх

Витамины группы В. К фитогормонам иногда относят и некоторые витамины группы В, а именно тиамин, ниацин (никотиновую кислоту) и пиридоксин. Эти вещества, образующиеся в листьях, регулируют не столько формообразовательные процессы, сколько рост и питание растений.

наверх

Фитогормоны — ингибиторы роста и развития растений.

Ингибиторы роста растений также относятся к фитогормонам. Это вырабатываемые растениями органические вещества, вызывающие кратковременное торможение роста растений или их переход с состояние покоя. К природным ингибиторам роста относятся абсцизовая кислота и некоторые фенольные вещества (например, коричная, салициловая кислоты). Они в больших количествах накапливаются в почках и семенах осенью в период приостановки процессов роста при переходе растений в состояние покоя.

Ингибиторы роста растений по механизму воздействия противоположны природным и синтетическим стимуляторам роста.

В последние годы ряд фитогормонов удалось синтезировать, и теперь они находят применение в сельскохозяйственном производстве и цветоводстве.

К синтетическим ингибиторам роста относятся:

Синтетические ретарданты. Под действием некоторых синтетических фитогормонов, созданных в последние полвека, укорачиваются междоузлия растений, стебли становятся более жесткими, а листья приобретают темно-зеленую окраску. Повышается устойчивость растений к засухе, холоду и загрязнению воздуха. У некоторых культурных растений, например у яблонь или азалий, эти вещества стимулируют зацветание и тормозят вегетативный рост. В плодоводстве и при выращивании цветов в теплицах широко применяются три таких вещества – фосфон, цикоцел и алар.

наверх

Дормины. Дормины – это ингибиторы роста растений: под их воздействием активно растущие вегетативные почки возвращаются в состояние покоя. Это один из последних открытых классов фитогормонов. Они были обнаружены почти одновременно, в 1963 и 1964, английскими и американскими исследователями. Последние назвали главное выделенное ими вещество «абсцизин II». По своей химической природе абсцизин II оказался абсцизовой кислотой и идентичен дормину, открытому Ф.Вейрингом. Возможно, он также регулирует опадение листьев и плодов.

наверх

Гербициды — химические препараты или их смеси, которые используются для борьбы с нежелательной растительностью. По характеру воздействия гербициды условно делятся на две группы:

  • Гербициды сплошные, которые действуют на все виды сорных растений;
  • Гербициды избирательные (селективные), которые поражают только один вид сорных растений и относительно безопасные для других.
  • Такое деление условно потому, что одни и те же вещества в зависимости от концентраций и нормы расхода на единицу обрабатываемой площади могут проявить себя и как сплошные, и как избирательные препараты.

По внешним признакам действия на растения все гербициды делятся на три подгруппы:

  • Гербициды контактного действия — это вещества, поражающие наземные части растений при непосредственном попадании на них препарата. Недостаток препаратов этой подгруппы — последующее отрастание новых побегов.
  • Гербициды системного действия — это вещества, способные передвигаться по сосудистой системе растений. Такие препараты, попав на листья и корни растения, быстро распространяются по всему растению, приводя к его гибели.
  • Гербициды третьей подгруппы вносят в почву для уничтожения прорастающих семян и корней сорных растений.

наверх

Десиканты – химические препараты, применяемые для предуборочного подсушивания растений. Во многих случаях в качестве Д. Могут быть использованы контактные гербициды, если они безопасны для семян обрабатываемых растений и не оставляют ядовитых остатков в обрабатываемой культуре.

наверх

Дефолианты – химические препараты, применяемые для предуборочного удаления листьев с целью механизации уборочных работ, а также удаления листьев перед пересадкой плодовых и других деревьев.

наверх

Оригинал статьи можно найти в Энциклопедии Кругосвет

Фитогормоны и их роль в жизни растений. Классификация фитогормонов.

Решающая роль в регулировании роста и развития в настоящее время отводится фитогормонам— веществам, образующимся внутри растений, обладающим большой физиологической активностью, способностью к передвижению из места образования в другие органы и ткани и вызывающим специфический ростовой или формообразовательный эффект.

Регуляторы роста и развития — это органические соединения иного типа, чем питательные вещества, вызывающие стимуляцию (усиление) или ингибирование (ослабление) процессов роста и развития. Они могут быть как природными веществами (фитогормоны, образующиеся внутри растений), так и синтезированными человеком препаратами, используемыми в растениеводстве.

Фитогормоны влияют на деление и растяжение клеток, образование корней на побегах (черенках), дифференциацию тканей, апикальное доминирование, геотропическую и фототропическую реакции растений, переход к цветению, покою и выход из состояния покоя.

У растений выделено пять групп (классов) фитогормонов — ауксины, гиббереллины, цитокинины, ингибиторы роста и этилен.

Ауксины — фитогормоны преимущественно индольной природы: индолилуксусная кислота и ее производные ( 50), вызывающие растяжение клеток, активирующие рост отрезков колеоптилей, стеблей, листьев и корней, вызывающие тропические изгибы, стимулирующие образование корней у черенков растений. Ауксины синтезируются в апикальной меристеме и в растущих тканях.

Гиббереллины (ГК) — фитогормоны — преимущественно гибберел- ловая кислота ГК3 ( 51) и другие гиббереллины (их известно более 50), — стимулирующие деление или растяжение клеток, индуцирующие или активирующие рост стебля, прорастание семян, образование партенокарпических плодов, нарушающие период покоя и индуцирующие цветение длинно дневных видов. Синтезируются в молодых листьях, молодых семенах, плодах, в верхушках корней.

Цитокинины — фитогормоны, главным образом производные пуринов ( 52), стимулирующие деление клеток, прорастание семян, способствующие заложению почек у целых растений и изолированных тканей. Источниками цитокининов служат плоды и ткани эндосперма.

Кроме веществ гормональной природы свойством стимулировать рост и развитие растений обладают и некоторые природные соединения негормональной природы — витамины, некоторые фенолы, произволные мочевины и другие вещества. Как и фитогормоиы, они образуются в растениях в очень малых количествах, но обладают лишь частью регу- ляториых свойств фитогормонов. Так. не все витамины могут транспортироваться по растению, а ростовой и формативный эффект они окашивают лишь в сочетании с фитогормонами. Таким образом, они могут быть отнесены к группе сопутствующих регуляторов с синергистиче- ским принципом действия, усиливающим действие фитогормонов.

Все природные фитогормоны, стимулирующие рост растений, — ауксины, гиббереллины, цитокинины и негормональные соединения со стимулирующим действием объединяются понятием ростовые вещества.

В практике растениеводства широко используются синтетические регуляторы роста, также стимулирующие рост и развитие. Все регуляторы роста, активирующие отдельные фазы роста и органогенеза растений, т. е. природные ростовые вещества и синтезированные, объединяются в группу стимуляторов роста. Синтетическими аналогами фитогормонов — ауксинов и цитокининов — являются а-нафтилуксусная кислота (а-НУК), О-инцолилмасляная кислота (0-ИМК), 2,4-дихлор- феноксиуксусная кислота (2,4-Д), кинетин, 6-бензиламинопурии (6- БАП). Стимуляторы роста типа ауксинов (а-НУК, (3-ИМК, 2,4-Д) применяют для активации корнеобразования, опадения листьев, плодов; типа гиббереллинов — для стимуляции роста стеблей и увеличения размеров цветков и плодов; типа цитокининов (кинетин, 6-БАП) -для активации роста культуры тканей.

рост и развитие растений

рост и развитие растений

рост и разви́тие расте́ний, важнейшие жизненные процессы, лежащие в основе формирования растительного организма, его онтогенеза. Рост растений — необратимое увеличение размеров, связанное с новообразованием клеток, тканей и органов; развитие растений — последовательные качественные изменения структуры и функций, возникающие в процессе онтогенеза и ведущие в конечном счете к воспроизведению себя в потомстве. Рост растений локализуется в так называемых зонах роста и складывается из процессов деления клеток, последующего их увеличения и дифференцировки, обеспечивающей специализацию тканей. Процессы деления и начального роста сосредоточены в образовательных тканях — меристемах. В зависимости от расположения меристем различают верхушечный рост (в длину, за счет верхушечной меристемы побега и корня), боковой (в толщину стебля за счет камбия) и вставочный, или интеркалярный (в длину побега, за счет вставочных меристем в узлах стебля, например, у мятликовых). К меристеме прилегает зона объемного роста и дифференцировки клеток. Зона деления клеток составляет у побега и корня несколько мм, а зона объемного их роста может достигать 10—15 см. У монокарпичных растений темпы роста увеличиваются вплоть до начала цветения, затем начинают убывать, свидетельствуя о старении организма. У поликарпичных растений рост временно замедляется каждый раз в начале бутонизации.

Важным свойством роста является ритмичность. Существуют ритмы, следующие за изменениями внешних условий — длины дня, температуры воздуха, влажности почвы и т. д. (экзогенные), и контролируемые внутренними факторами (эндогенные). Отсутствие видимого роста называется покоем растений, во время которого сохраняется скрытая меристематичкая активность и идут процессы морфогенеза. Так, у яблонь после прекращения роста побегов осенью продолжается рост зачатков цветков в генеративных почках. Покой — проявление сезонной ритмичности роста растений. Особенностью роста (а также развития) является полярность, т. н. ориентация в пространстве клеточных структур и происходящих в них процессов. Это выражается в различии морфогенеза на противоположных концах органов и всего растения (например, черенок образует корни на полярно нижнем конце, а почки распускаются на верхнем). Для осуществления ростовых процессов зоны роста должны непрерывно снабжаться питательными веществами и фитогормонами.

Процессы роста растений тесно связаны с их развитием и органообразовательными процессами, или морфогенезом. Фазы развития растений проходят или независимо от внешних условий — под действием внутренних факторов (автономное развитие), или нуждаются в индуцирующем влиянии определенных условий внешней среды (индуцированное развитие). Последнее зависит от приспособительных реакций, которые приурочивают его ход к наиболее благоприятному сезону. Так, озимым зерновым, свёкле, моркови для образования цветков необходима яровизация. Некоторым растениям (например, табаку, горчице) для образования цветков нужен световой день определенной длины (см. Фотопериодизм) и т. д.

Для успешного Р. и р. р. необходимы тепло, вода, свет, элементы питания. Для каждого вида существуют свои минимальные и максимальные температуры, длина дня и другие показатели. Так, для пшеницы оптимальная температура 25—27°C, максимальная 35—37°C; для кукурузы соответственно 30—35°C и 40—45°C. Большое значение имеют условия освещения и спектральный состав света. Например, при преобладании сине-фиолетовых лучей формируются растения с хорошо развитыми листьями и корнями, но с укороченным стеблем. Необходимым условием нормального Р. и р. р. является снабжение их элементами корневого питания (см. Минеральное питание растений) и обеспеченность водой. Между различными органами растения существует взаимовлияние (коррелятивная связь), обеспечивающее гармоничный рост и развитие растения в целом. Такая связь наблюдается, например, между ростом верхушечной почки и боковых побегов, между клубнеобразованием (например, у картофеля) и интенсивностью разрастания надземных побегов.

Структура растения (доля отдельных органов в общей биомассе), а следовательно, и урожая зависит от соотношения процессов роста и развития. С учётом этого строится и система агротехнических мероприятий. Так, если растения выращивают для получения вегетативных частей (корнеплодов, листьев), используются технологические приёмы возделывания, вызывающие форсирование роста и подавление генеративного развития у этих растений. Если же растения выращивают ради семян и плодов, агротехника направляется на ограничение избыточного роста вегетативной массы и на усиленное формирование органов плодоношения. Существуют различные приёмы, с помощью которых можно успешно влиять на Р. и р. р. К их числу относится применение ретардантов, этилена и его производных и других регуляторов роста растений. С помощью мутагенов можно изменить наследственность растений, что позволяет, например, ограничить ростовые процессы (создание карликовых форм растений) и тому подобное.

Влияние внешних факторов на рост и развитие растений

Если бы не было растений, то не было бы на Земле и разнообразия живых организмов. Без растений не могут существовать ни животные, ни человек. В чем же заключается секрет такой необходимости растений для жизни на Земле?

Во-первых, зеленые растения выделяют кислород, необходимый для дыхания всех живых организмов. Чем меньше растений вокруг нас, тем труднее дышать.

Во-вторых, растения способны образовывать из неорганических веществ неживой природы сложные органические вещества, без которых не могут жить животные и человек, а также грибы и бактерии! Все эти организмы зависят от растений. Травоядные животные поедают растения, а хищные, питаясь травоядными, получают таким образом переработанную ими пищу. Человек питается и растительной, и животной пищей, но житвотная пища не может быть получена без растений. Если погибнут зеленые растения, погибнут от голода животные и люди.

Растения используются человеком не только как источник питания, но и как сырье для разных отраслей промышленности: пищевой, текстильной, бумажной, химической и другой.

Все растения делятся на 2 большие группы:

─ дикорастущие

─ культурные, т. е. специально выведенные и выращиваемые человеком.

К культурным растениям относятся:

• пищевые растения, используемые человеком в пищу;

• кормовые растения, используемые на корм скоту;

• технические растения дают сырье для промышленности (лен, хлопок);

• декоративные растения, которые выращивают для украшения нашей жизни.

Так как значение растений очень важно для жизнедеятельности человека, поэтому очень важно, чтобы урожай культурных растений были стабильно высокими.

Учитывая все выше сказанное, мы хотели бы проанализировать какие факторы влияют на рост и развитие растений, а следовательно и на увеличение урожая, поэтому объектом исследования является:

1. луковица

2. горох

3. бобы

Предмет исследования:

Влияние внешних факторов (света, тепла, влаги, кислорода воздуха, минеральных веществ) на рост и развитие растений.

Цель исследования:

Изучить влияние внешних факторов на рост и развитие растений.

Для достижения цели были поставлены задачи исследования:

1. научиться выполнять простейшие исследования

2. проанализировать воздействие внешних факторов (света, тепла, влаги, минеральных веществ, кислорода воздуха) на прорастание семян, развитие и рост растений

3. закрепить в условиях опыта имеющиеся знания, умения и навыки.

Для решения поставленных задач был выбран следующий метод – эксперимент.

I. Теоретическая часть

Факторы, влияющие на рост растений.

Для того, чтобы культурные растения при выращивании давали стабильно высокие урожаи, необходим уход и определенные условия.

Размножение растений происходит семянами. Перед прорастанием семена большинства растений проходят период покоя. У одних растений он бывает коротким, у других более длительным. Семена, которые не прошли периода покоя, не прорастают. В природе есть и также растения (ива, тополь), семена которых прорастают сразу и через несколько дней или недель теряют всхожесть. Семена бобов и гороха прорастают через 3-5 дней.

Для прорастания семян необходимы вода, тепло и воздух. При достаточном количестве воды семя набухает и плотная кожура разрывается. Тепло, вода и содержащиеся в семени ферменты превращают находящиеся в нем питательные вещества в сахар, который необходим для роста зардышевого корешка, стебелька и почечки.

Потребность в воде и воздухе для прорастания семян у разных растений различная. Засухоустойчивое просо начинает прорастать, если его зерновки поглотили воды в 4 раза меньше их собственного веса, а у гороха и бобов все наоборот. Им воды необходимо вчетверо больше, чем для проса.

Следующая задача, которую мы ставим перед собой, — посмотреть, что влияет на рост и развитие растений.

Из литературы известно, что для полноценного роста и развития растений необходимы:

• тепло

• влага

• минеральные вещества и микроэлементы

• воздух

Почва – верхний плодородный слой земли, из которого растение получает воду и элементы питания. В почве происходит минерализация органических остатков. В состав почвы входят песок, глина, минеральные соли, перегной, воздух и вода. Воздух необходим для дыхания корней, поэтому на полях и в садах почву рыхлят. В растение из почвы поступают минеральные соли и микроэлементы.

При недостатке в почве минеральных солей их вносят в виде минеральных удобрений. Минеральные удобрения содержат, главным образом, те элементы, которых обычно не хватает в почве: азот, фосфор, калий. Азот усиливает рост надземных побегов; калий способствует росту корней, клубней, луковиц; фосфор ускоряет созревание плодов. Кроме того, фосфор и калий повышают холодостойкость растений. В нашем эксперименте применяются удобрения: «Кемира-люкс» – бесхлорное удобрение, содержащее все необходимые растениям макро- и микроэлементы.

«Агринола-Аква» – жидкое комплексное удобрение, которое содержит сбалансированное количество макро- и микроэлементов, а также гуминовые кислоты.

Зеленая окраска растений обусловлена наличием в клетках растения особого вещества – хлорофилла. Для образования его необходим свет. Выросшие без света побеги бывают белыми или бледно-желтыми. Хлорофилл участвует в процессе фотосинтеза – это образование органических веществ на свету из углекислого газа и воды.

Из сахаров, образовавшихся при фотосинтезе, а также, минеральных солей, поглощенных корнями из почвы, растение создает вещества, которые ему необходимы: белки, жиры и многие другие. Из одних веществ строятся новые клетки, другие используются в процессе дыхания, как источник энергии, третьи откладываются в запас.

Горох, бобы и лук, как объекты исследования

Также хотелось бы несколько слов сказать об объектах исследования.

Горох и бобы – растения из семейства Бобовых.

Горох посевной – одно из самых древних культурных растений, его возделывали еще до нашей эры.

Возделывается горох как высокопитательной пищевое растение. В его семенах содержится до 34% белка, почти столько же, сколько в мясе.

Горох посевной – однолетнее растение с мощными корнями, глубоко уходящими в почву. На корнях имеются клубеньки, в клетках которых живут клубеньковые бактерии. Они усваивают азот из воздуха, поэтому все бобовые богаты белком.

Среди бобовых много продовольственных растений(фасоль, соя, горох, арахис) и корневых (люцерна, клевер и другие), поэтому они имеют большое значение для народного хозяйства.

Лук репчатый – одна из важнейших овощных культур семейства Лилейных. Это луковичное растение с трубчатыми листьями. В пищу используются и луковицы, и листья, которые содержат много витаминов, особенно витамин С.

И лук, и чеснок широко используются в колбасном производстве и консервной промышленности для засолки огурцов и грибов.

Также в этих растениях содержатся фитонциды – летучие вещества, угнетающие многие бактерии, поэтому они используются как средство против инфекционных болезней.

Практическая часть

Для решения поставленных задач были проведены следующие опыты:

Опыт №1: чтобы доказать необходимость воды и воздуха в прорастании семян, был поставлен следующий опыт.

Берем 3 стакана, на дно каждого кладем семена гороха по 10-15 штук.

Стакан №1 оставляем сухим; стакан №2 заполняем водой до краев (т. е. без доступа воздуха); стакан №3 – наливаем воды столько, чтобы она смачивала семена, но не покрывала их полностью.

Через 5 дней смотрим результат:

Стакан №1 – осталось без изменения;

Стакан №2 – семена набухли, но не проросли;

Стакан №3 – семена дали ростки

Результат первого опыта доказывает, что для прорастания семян необходимы воздух и вода.

Опыт №2: помимо влаги и воздуха на прорастание семян влияют температурные условия. В этом тоже легко убедится. Чтобы доказать необходимость температурных условий в прорастании семян, был поставлен следующий опыт.

Берем 2 стакана, кладем в них по 10 горошин и наливаем воды столько, чтобы она смочила семена, но не покрывала их полностью.

Стакан №1 оставляем в комнате (t=23-25)

Стакан №2 ставим в холодильник ( t=4-6)

Через 5-6 дней смотрим результат:

Стакан №1 – семена проросли;

Стакан №2 – осталось без изменений.

Следовательно, для прорастания семян необходима определенная температура. Семена одних растений при прорастании требуют много тепла (огурцы, кукуруза), другие мало (пшеница, рожь). С этими особенностями семян связаны разные сроки посевов (пшеницу и рожь сеют ранней весной; кукурузу и огурцы – поздней весной, когда почва уже прогрелась).

Опыт №3: чтобы доказать влияние минеральных веществ на рост и развитие растений, был поставлен следующий опыт.

Проросшие семена и луковицы были посажены в 3 горшка с почвой и были заданы следующие условия: горшок №1 – темное прохладное место, полив – отстоявшейся водой.

горшок №2 – светлое теплое место, полив – отстоявшейся водой.

горшок №3 – светлое теплое место, полив – отстоявшейся водой+подкормка минеральными удобрениями+рыхление почвы.

Результаты опыта:

Горшок №1: растения взошли позднее, чем в горшках №2,3 на 4 дня. Имеют вытянутую форму, стебли слабые, окраска бледная, желто-зеленая.

Горшок №2: растения взошли позднее, чем в горшке №3 на 2 дня. Стебли имеют обычную форму, зеленого цвета.

Горшок №3: растения взошли раньше других, у луковицы большее количество листьев, чем в горшках №1,2; растения крепкие, ярко-зеленого цвета.

Результат третьего опыта доказывает, что для наилучшего роста и развития растений необходима совокупность внешних факторов (света, тепла, влаги, кислорода воздуха, минеральных солей).

всходы появились через. дней 11 дней 9 дней 7 дней цвет листьев бледно-желто-зеленый зеленый ярко-зеленый количество листьев у лука 7 9 12

форма растений вытянут обычная обычная

Заключение

В результате наших исследований мы:

1). научились выполнять простейшие опыты

2). проанализировали воздействие внешних факторов (свет, тепло, влага, кислород воздуха, минеральные вещества) на прорастание семян, на рост и развитие растений

3). закрепили имеющиеся знания, умения и навыки в условиях опыта.

На основании результатов данного исследования можно сделать следующие выводы: для прорастания семян необходима определенная температура для прорастания семян необходимы воздух и вода для роста и развития растений необходимы следующие факторы: свет, тепло, влага, кислород воздуха, минеральные вещества.

Каким образом одна оплодотворенная яйцеклетка может стать источником большого количества тканей и органов. которые образуют целостный организм? Учеными было доказано, что нормальное развитие возможно только от

взаимодействия внешних и внутренних факторов. К внешним у растений относятся: свет, температура, длина светового дня, влажность, …. А к внутренним? Основные внутренние факторы, регулирующие рост и развитие растений имеют химическую природу и к ним относятся гормоны. Именно растительные гормоны играют основную роль в регуляции роста. Термин «гормон» был введен физиологами, что означает органические вещества, образующиеся в одной ткани, а затем транспортируются в другие, где вызывают определенный физиологический эффект. Гормоны активны в очень небольших количествах. В этом их сходство с гормонами в животном организме и человека. Один физиолог вычислил массу гормона по отношению к массе побега и выяснил, что это можно сопоставить как иголку в 20-тонной стоге сена.

Слово «гормон» произошло от греческого слова «hormaein», что означает возбуждать. Но на сегодняшний день выяснено, что многие гормоны проявляют тормозящее действие. Поэтому эти биологически активные вещества рассматривают не как стимуляторы, а как химические регуляторы. Толчок к изучению растительных гормонов дало открытие ауксина.

Ауксин.

Одним из первых экспериментов по изучению регуляций роста предстоит еще Чарльзу Дарвину. Согласно его исследованиям было определено, что от верхней части к нижней передается некий стимул, который заставляет стебель сгибаться. В 1926 г. голландский физиолог Ф.В.Венту удалось выделить этот «стимул» с верхушек побегов. Позже была доказана роль ауксина в регуляции растяжение клеток верхушечных почек, но в то же время он тормозит рост боковых почек.

Ауксин проявляет различное влияние на растение в зависимости от времени воздействия, вида растений, типа тканей. В высоких концентрациях ауксин токсичен.

1. Ауксин увеличивает пластичность клеточной оболочки. Когда она смягчается, клетка увеличивается в размерах за счет тургорного давления. По мере его уменьшения, клетка поглощает воды больше и продолжает разрастаться до тех пор, пока не встретит достаточного сопротивления со сторонни оболочки.

2. Ауксин влияет на дифференциацию проводящей ткани в побеге, который растет. Если в стебле перерезать или удалить части сосудистых пучков, то из клеток сердцевины образуются новые проводящие ткани, которые устанавливают связь с пучками неповрежденных участков. А если удалить листья и почки выше места среза, то формирование новых клеток задержится и добавив ауксин до черешка листа, оставшийся над местом среза, формирование сосудистой ткани восстанавливается. Итак, ауксин играет роль в присоединении сосудистых тяжей, листьев, развивающихся в сосудистых пучков стебля.

3. У деревьев ауксин способствует росту камбия. Когда весной начинают делиться клетки меристематических зоны побега, то ауксин, поступая из верхушки побега, стимулирует деление клеток камбия и образование вторичной флоэмы и вторичной ксилемы.

4. Практически было выяснено, что ауксин способен стимулировать образование дополнительных корней у черенков. Это позволяет размножать растения вегетативным путем. Но необходимо знать, что избыточное количество ауксина приводит к торможению дальнейшего роста растения.

5. Ауксин ускоряет рост плодов. Особенно интересно, что обрабатывая ауксином женские части, у растений начинают развиваться плоды без оплодотворения, например, бессемянных томатов, огурцов, баклажанов. Кроме этого ауксин содержится в образованном семенах. Например, в садовой клубники семена находятся снаружи суничины и, если удалить семечки с цветоложа во время его развития, то нормальный плод не сформируется. Или, если удалить небольшую часть семян, то цветоложе будет развиваться только там, где семена осталось. При искусственной обработки ауксином, рост плода будет продолжаться дальше.

6. Ауксин действует на опадение листьев и других частей растения. Если необходимо задержать опадение листьев, цветков, плодов, то растение обрабатывают ауксином искусственно. Это имеет большое значение в сельском хозяйстве. На плантациях цитрусовых это используется чаще всего и это позволяет получить большие урожаи.

7. Синтетические ауксины широко используются для борьбы с сорняками.

Открытие ауксина стимулировало поиск других типов химических веществ, регулирующих рост растений.

Цитокининов.

Цитокинины были открыты благодаря их способности ускорять деление клеток и формирование почек. Пожелтение листьев связано с потерей хлорофилла. Это явление можно предупредить обработкой цитокининов. Например, на срезанные листья нанести пятнами цитокининов, то эти пятна останутся зелеными, а остальные части пожелтеют. Учеными было исследовано, что старение частей растений происходит вследствие постепенного «отключение» отдельных генов с последующей потерей способности к синтезу м-РНК и белка. Итак, цитокинины препятствуют исключению этих генов и способствуют продлению синтеза гормонов и образованию соединений, например, хлорофилл. Но в каких частях растения образуется цитокининов неизвестно: в корне, или в районе растяжение клеток, или ниже верхушки побега. Зато в плодах, которые развиваются, его очень много.

Этилен.

Биологическая история этилена началась с XIX в., Когда городские улицы освичувались лампами, в которых горел газ. Немецкие ученые заметили, что утечка газа из светильников вызывает опадение листьев у растений, которые растут вдоль тиневои стороны городских улиц. Позже это было доказано во многих городах. Лишь в 1901 г. доказали, что компонентом светильного газа является этилен. Ученые наблюдали, когда обработать таким газом проростки, они начинают менять направление роста. Позднее было доказано, что этилен оказывает большое влияние почти на все процессы роста, развития и старения растений.

1. Этилен имеет значение для созревания плодов. По мере постепенного созревания в них происходят постоянные изменения: в недозрелых плодах разрушается хлорофилл, а проявляются в действии другие пигменты, изменяющие окраску. Мясистая часть становится мягкой. Таким образом, этилен, как естественный продукт, выделяется многими растительными тканями, плодами, цветами, листьями, безлистном стеблями и корнями растений, а также некоторыми видами грибов. На сегодняшний день этиленом обрабатывают томаты, для ускорения их созревания, которые собирают зелеными. Этилен также используется для ускорения созревания орехов и винограда.

2. Этилен способствует осыпанию листьев, цветков и плодов. В листьях этилен активизирует ферменты, вызывающие разрушение клеточных оболочек, связанные с опадением. Поэтому этилен используют на практике для легкого отделения плодов вишни, ежевики, черники, винограда, позволяя провести механический сбор урожая. Он также используется для разряжения садов.

3. Этилен используется для изменения пола цветков в однодомных растений. Им обрабатывают мужские цветки, чтобы увеличить количество женских, следовательно увеличить урожай.

Таким образом, этилен — газообразный гормон, который образуется в результате неполного сгорания углеводородов. Он относится к природных регуляторов роста и вызывает род физиологических реакций.

Гиббереллин.

Такие гормоны как гиббереллины были выделены в начале ХХ ст .. и долгое время не изучались. Впервые они были выделены из паразитических грибов, которые нарушают нормальный рост сеянцев риса. Сегодня стало известно, что они содержатся во всех частях растений в различных концентрациях.

1. Наибольшая концентрация их в недозрелых семян. К прорастанию семян находится в состоянии покоя, который может прерываться холодом или светом. Гиббереллины могут заменить факторы, способствующие росту зародыша и появлению проростков.

2. Большинство растений в первый год жизни образуют лишь розетку листьев. А цветы и плоды появляются уже на второй год. Поэтому, обрабатывая гиббереллин, получают семена уже в первый год.

3. Гиббереллины стимулируют прорастание пыльцы и рост пыльцевых трубок у многих растений. Этим они могут вызвать образование партенокарпических плодов у яблони, смородины, огурцов, баклажанов. Не обошло это и цитрусовые, и персиковые деревья, и орехоплодные. Гиббереллины стимулируют прорастание семян злаков.

Абсцизовая кислота — гормон, который был найден в спящих почках и плодах. Было выяснено, что этот гормон тормозит рост. Во многих случаях, абсцизовая кислота вызывает действие, противоположное всем остальным, стимулирующим рост, гормонам.

Таким образом, гормоны представляют собой важные химические регуляторы роста, которые образуются в одних тканях организма, а затем транспортируются в другие, где проявляется их физиологическое действие. Они активны в очень малых количествах.

Действие растительных гормонов зависит от свойств тканей и окружающей их химической среды. Успехи в исследованиях гормонов сделали возможным вмешательство в генетику растений.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *