Фазы и типы роста растений

62. Рост растений. Фазы роста. Большая кривая роста.

Рост – необратимое увеличение размеров и массы клетки, органа или всего организма, обусловленное новообразованием элементов их структур. Эмбриональная фаза или митотический цикл клетки делится на два периода: собственно деление клетки (2-3 ч) и период между делениями – интерфаза (15-20 ч). Митоз – это такой способ деления клеток, при котором число хромосом удваивается, так что каждая дочерняя клетка получает набор хромосом, равный набору хромосом материнской клетки.

Фаза растяжения. Прекратившие деление клетки переходят к росту растяжением. Под действием ауксина активируется транспорт протонов в клеточную стенку, она разрыхляется, ее упругость повышается и становится возможным дополнительное поступление воды в клетку. Происходит рост клеточной стенки из-за включения в ее состав пектиновых веществ и целлюлозы. Пектиновые вещества образуются из галактуроновой кислоты в везикулах аппарата Гольджи. Везикулы подходят к плазмалемме и их мембраны сливаются с ней, а содержимое включается в клеточную стенку. Микрофибриллы целлюлозы синтезируются на наружной поверхности плазмалеммы. Увеличение размеров растущей клетки происходит за счет образования большой центральной вакуоли и формирования органелл цитоплазмы.

В конце фазы растяжения усиливается лигнификация клеточных стенок, что снижает ее упругость и проницаемость, накапливаются ингибиторы роста, повышается активность оксидазы ИУК, снижающей содержание ауксина в клетке.

Фаза дифференцировки клетки. Каждая клетка растения содержит в своем геноме полную информацию о развитии всего организма и может дать начало формированию целого растения (свойство тотипотентности). Однако, находясь в составе организма, эта клетка будет реализовать только часть своей генетической информации. Сигналами для экспрессии только определенных генов служат сочетания фитогормонов, метаболитов и физико-химических факторов (например, давление соседних клеток).

Фаза зрелости. Клетка выполняет те функции, которые заложены в ходе ее дифференцировки.

Старение и смерть клетки. При старении клеток происходит ослабление синте-тических и усиление гидролитических процессов. В органеллах и цитоплазме образуются автофагические вакуоли, разрушаются хлорофилл и хлоропласты, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, ядрышко, набухают митохондрии, в них снижается число крист, вакуолизируется ядро. Гибель клетки становится необратимой после разрушения клеточных мембран, в том числе и тонопласта, выхода содержимого вакуоли и лизосом в цитоплазму.

Старение и смерть клетки происходит в результате накопления повреждений в генетическом аппарате, клеточных мембранах и включения генетической програмированной клеточной .

К ривую, описывающую скорость роста, можно разделить на 4 участка: 1) лаг-период, когда рост почти не заметен и идут процессы, подготавливающие организм к видимому росту, 2) лог-фаза, когда скорость роста изменяется логарифмически, 3) фаза замедления роста, 4) стационарная фаза (рис. 10.1).

1 – лаг-период, 2 – логарифмическая фаза, 3 – фаза замедленного роста, 4 – фаза стационарного состояния (по С. И. Лебедеву).

Для измерения скорости роста используются следующие показатели. Удельная скорость роста r – прирост массы растения или отдельного его органа в единицу времени, который рассчитывается по формуле Блекмана: W₁

где W0 – начальный, а W1 – конечный вес сухого вещества, t – промежуток времени между определениями.

Относительный или процентный рост R – прирост, вычисленный в процентах от исходного веса растения или органа: (W₁ – W₀)

Абсолютная скорость роста К – величина прироста за промежуток времени, отнесенная к единице времени:

Источник

Типы роста органов растений

На самых ранних этапах онтогенеза у растения растут все части. Позже ростовые процессы локализуются в определенных зонах – меристемах, которые представляют собой популяции небольших клеток с эмбриональными свойствами.

В меристеме выделяют группы клеток, которые делятся, чтобы продуцировать новые клетки, дающие начало тканям и органам. Эти клетки называют инициалями, их можно сравнить со стволовыми клетками животных организмов.

Меристемы различают по местоположению в растении и в соответствии с этим различают типы роста:

1. апикальный – меристемы располагаются на верхушках стеблей и корней;
2. базальный тип роста свойственен для листьев однодольных растений и цветочных стрелок. Рост листьев двудольных растений осуществляется по всей поверхности листа;
3. интеркалярный тип роста характеризуется тем, что зоны роста располагаются над каждым узлом – местом прикрепления листа. Так растут стебли злаков;
4. латеральный тип роста характерен для роста в толщину стеблей и корней двудольных в результате деления меристематических клеток камбия – образовательной ткани, расположенных латерально между ксилемой древесины и флоэмой коры.

Интенсивность роста определяют, измеряя длину, объем, сырую или сухую массу.

Причины быстрого роста связаны не с частотой клеточного деления (она практически одинакова – 1 деление в сутки), а в размерах зоны роста.

Наблюдения за ростом растений, в том числе и при постоянных условиях среды, показали, что рост растения и его отдельных органов происходит неравномерно. Еще во второй половине 19 века был установлен закон Сакса: скорость роста увеличивается сначала медленно, затем все быстрее и быстрее, достигает максимального значения, а затем постепенно уменьшается.

Графически закон Сакса может быть выражен следующей кривой:

На этой S-образной кривой роста выделяют 4 участка:

1 – лаг-фаза (начальный период роста), когда происходят процессы подготовки к активному росту. Продолжительность этого этапа от нескольких часов до нескольких месяцев. Зависит от концентрации ингибиторов и скорости их распада или выведения.

2 – лог-фаза (фаза интенсивного роста), когда зависимость роста от времени выражается прямой линией. В эту фазу происходит активный рост клеток растяжением, формирование тканей, органов, устанавливаются межтканевые и межорганные взаимодействия.

3 – фаза замедления ростовых процессов определяется старением организма или органа, изменением концентрационного соотношения гормонов-активаторов и ингибиторов.

4 – фаза стационарного состояния, когда организм или орган достигает зрелости, ростовые процессы прекращаются, размеры стабилизируются.

Все эти фазы запрограммированы в геноме растения, условия среды вносят коррективы в продолжительность и скорость роста.

Ростовые корреляции

Влияние одних частей организма на скорость и характер роста других называют корреляцией (взаимозависимостью). Различают стимулирующие и тормозящие корреляции. Корень стимулирует рост побега. Формирующиеся семена стимулируют рост околоплодника.

Образование цветов тормозит рост и заложение листьев. Если цветы все время удалять, то побеги растут долго. Этим приемом однолетнее растение можно превратить в многолетнее.

Удаление пасынков у томатов вызывает усиленный рост плодов, а пикировка – вызывает ветвление корней.

Апикальное доминирование – это пример тормозящей корреляции. Если у хвойных (сосны, ели) удалить верхушку, то из верхней пазушной почки возникает побег, растущий вертикально как главный, т.е. плагиотропный побег (побег растет под углом к главному, вертикальному побегу) становится ортотропным.

В основе ростовых корреляций – изменение гормонального статуса и соответственно перераспределение питательных веществ.

Источник

1. Понятие о росте и развитии растений.

В результате процессов водообмена, минерального питания, фотосинтеза, дыхания, обмена веществ и энергии, протекающих в растении, оно (растение) растет и развивается. Рости и развитие являются важнейшими проявлениями жизнедеятельности растения. Под ростом понимается необратимое увеличение размеров, массы растения, обусловленное новообразованием органов, тканей, клеток, отдельных клеточных органелл.

Развитие – ход генетически обусловленных качественных биохимических, физиологических, морфологических изменений, происходящих в растении в течение его жизни – онтогенеза. Развитие – это структурные и функциональные изменения организма. Процессы роста и развития тесно взаимосвязаны, взаимозависимы. Не может быть роаста без развития и – наоборот. Например, при недостатке освещения, нормальной водообеспеченности, обильном азотном питании, быстрый рост сопровождается медленным развитием. А при интенсивном освещении, высокой температуре и недостаточном водообеспечении, быстрое развитие растений сопровождается медленным ростом.

Особенностями роста и развития каждого растения определяется его способность использовать условия его жизни.

В целом же характер роста и развития зависит, в первую очередь от генетических фаторов.Они определяют такие признаки как одно- двух- и многолетность, тип скороспелости, общую продуктивность, устойчивость к стрессорам (неблагоприятным факторам) и др. Однако, реализация потенциальных возможностей растения, обусловленного его генетической природой, во многом зависит от внешних условий, в которых оно развивается.

2. Клеточные основы роста.

Рост и развитие организма начинается с серии делений оплодотворенной яйцеклетки – зиготы. В результате и появляются различные ткани, органы.

В основе роста растений, его тканей, органов лежит увеличение числа и размеров клеток, т.е. их рост. Каждая клетка растения в процессе роста проходит три фазы:

Эмбриональная фаза проходит в зонах нарастания, состоящих из клеток меристемы. Верхушка побега (до 30 см), прикрыта почкой. Верхушка корня прикрыта (защищена) чехликом. Каждая клетка возникает в результате деления из другой эмбриональной клетки. Толчок к делению – изменение ядерно-плазматического отношения. Рост – за счет увеличения массы протоплазмы. В таких клетках вакуолей нет. В морфологически нижней части зоны нарастания эмбриональные клетки переходят во вторую фазу – фазу растяжения. В этой фазе клетки перестают делиться. Появляются вакуоли за счет тургора – растяжения. Клетка увеличивается в 50-100 раз. Рост идет, главным образом, за счет увеличения объема. Клетки лишены индивидуальных особенностей. Эти особенности проявляются в третьей фазе – дифференцировки. Химические, физиологические, анатомические особенности, что приводит к формированию из разных клеток разных тканей. Рост идет, главным образом, за счет утолщения клеточной оболочки.

3. Типы роста органов растений.

Различным органам растения свойственны разные типы роста. Это зависит от расположения зоны нарастания. Этим рост растения отличается от роста животных. Существуют следующие типы роста:

1. Апикальный (верхушечный) апекс. 2 -30 см – до 50 – побег. Корень примерно 10 мм.
2. Базальный.
3. Интеркалярный (вставочный). Бамбук.
4. Латеральный (боковой).
5. Каллусный (раневой).

В результате изменений, происходящих на клеточном уровне, формируется внешний облик растения. Этот процесс называется формообразование или морфогенез. Он включает в себя процессы роста и развития клеток (цитогенез), тканей (гистогенез) и органов (органогенез), которые генетически запрограммированы и скоординированы между собой.

Морфогенез = цитогенез + гистогенез + органогенез

Апикальные меристемы надземных побегов и корня представляют собой не только образовательные ткани, из которых формируется весь растительный организм, но и главные координирующие (доминирующие) центры, влияющие морфогенетические процессы в целом растении. В результате апикального доминирования, т.е. торможения роста боковых побегов, ствол деревьев растет немного быстрее, чем боковые ветви. Вследствие этого, деревья имеют более или менее конусовидную форму кроны.

Апикальное доминирование усиливается при боковом затенении и ослабляется при хорошем освещении. Это можно наблюдать на деревьях, растущих в лесу и на открытом месте. Процессы роста можно оценить количественно. Если измерить прирост массы, объема или высоты за единицу времени (сутки, вегетационный период), то получим величину, называемую «интенсивностью роста».

Если же проследить за интенсивностью роста отдельной клетки, ткани, органа или целого растения, то можно обнаружить общий характер их роста, который можно изобразить S – образной кривой роста.

Источник