Физиология растений и ее связь с другими науками
Физиология растений и ее связь с другими науками отражают глубокие познания в развитии и жизни растений. Физиология растений изучает жизненные процессы растений: водный режим, (подробнее: Вода в жизни растений), воздушное и почвенное питание, обмен веществ, рост и развитие и др.
Задачи физиологии растений
Основная задача физиологии растений — познание закономерностей жизнедеятельности растений и умение управлять ею с целью получения наибольшего количества продукции лучшего качества.
Центральной проблемой физиологии растений является разработка научных основ питания сельскохозяйственных растений с целью наилучшего удовлетворения их потребностей в элементах воздушного и почвенного питания. Правильное разрешение этой проблемы обеспечивает получение высоких и устойчивых урожаев.
Для увеличения производства зерна путем повышения урожайности сельскохозяйственных культур внедряют лучшие сорта зерновых и других культур, более полно используют минеральные и органические удобрения, правильно применяют ядохимикаты для борьбы с сорняками, болезнями и вредителями.
Задачи физиологической науки заключаются в том, чтобы полнее изучать физиологические особенности растений, чтобы на этой основе выводить более урожайные, зимостойкие, засухоустойчивые и солеустойчивые сорта, обладающие способностью накапливать больше белков, жиров, углеводов, витаминов и других веществ.
Связь физиологии растений с другими науками
Знание физиологии растений необходимо:
- Для изучения растениеводства, селекции, агрохимии, земледелия и других специальных дисциплин.
- Физиология растений является частью биологической науки, изучающей закономерности жизни организмов.
- Она тесно связана с морфологией, анатомией растений. Морфология и анатомия растений изучают внешнюю форму растений и микроскопическое строение тканей и органов, а физиология растений — функции этих органов в жизни растений.
- Прямая связь физиологией растений с систематикой растений, которая строится на основе эволюционного принципа.
- Физиология растений связана также с микробиологией: многие вопросы физиологии растений, в частности дыхание и брожение, изучались на микроорганизмах. Микроорганизмы играют большую роль в жизни растений, так как некоторые из них являются минерализаторами растительных и животных остатков. Кроме того, имеются микроорганизмы, фиксирующие атмосферный азот. Таким образом, в результате жизнедеятельности микроорганизмов создаются лучшие условия для минерального питания растений.
- Самым тесным образом физиология растений связана с агрохимией, растениеводством и почвоведением. Агротехника — глубина вспашки почвы, норма и сроки высева семян, размещение растений на поле, сроки культивации и прополок, формы удобрений и сроки их внесения, полив, уборка и хранение урожая — настоятельно требует знания физиологии растений.
- Тесная связь существует также между физиологией растений и цитологией, генетикой и селекцией. Наследственные свойства организма связаны с ядром клетки и хромосомами; установлено, что большое значение в передаче наследственных свойств имеют нуклеиновые кислоты, имеющиеся как в ядре, так и в цитоплазме. В селекции при подборе родительских пар необходима, физиологическая характеристика скрещиваемых сортов; селекция является строго направленной.
- Велика связь физиологии растений с биохимией и биофизикой. Данные этих наук позволили яснее разобраться в свойствах протоплазмы. Учение о катализаторах объяснило роль ферментов и сделало понятным крайне быстрое течение реакций в организмах. Большие перспективы в познании жизни раскрываются в результате изучения химии белка и нуклеиновых кислот, этих важнейших компонентов протоплазмы.
Физиология растений — экспериментальная наука
Физиология растений — экспериментальная наука, так как основой ее изучения служит опыт. Физиологические явления могут быть правильно поняты только при учете условий их формирования и их роли в жизни организма в историческом прошлом. Поэтому наряду с экспериментальным необходимо применять и исторический метод исследования.
Методы исследования
При изучении многих вопросов физиологии растений широко применяется следующие методы исследования:
- хроматографический метод,
- метод меченых атомов,
- центрифугирования для выделения органоидов клетки,
- спектрофотометрии,
- спектрографии,
- электронной и ультрафиолетовой микроскопии.
Созданы лаборатории искусственного климата, в которых строго контролируются условия температуры, освещения, влажности воздуха и почвы и т. п., что позволяет выявить влияние того или иного воздействия на растение.
Лаборатории искусственного климата
Применение научных методов исследования позволило физиологии растений глубже изучить различные стороны жизни растений и разработать новые приемы управления их жизнедеятельностью.
Источник
Методы физиологии растений
Физиология растений относится к числу экспериментальных наук. Экспериментом в физиологии называют изучение физиологического явления в искусственно создаваемых условиях. При этом может изучаться либо отдельная функция (фотосинтез, дыхание и т.д.), либо воздействие отдельного фактора на комплекс функций, или влияние комплекса воздействий на жизнедеятельность растения в целом (например, антропогенные воздействия). Опыты могут быть лабораторными и полевыми.
Лабораторные эксперименты позволяют глубоко исследовать явления, происходящие на клеточном субклеточном и молекулярном уровнях.
К современным приемам и методам исследования относятся:
Световая микроскопия – приготовление тонких окрашенных срезов (разрешающая способность – 0,2 мкм х 2000 раз).
Электронная микроскопия – обычные приемы – фиксация быстрым замораживанием, скол и травление напылением ионов тяжелых металлов (500-800 А˚, — обычно рассматриваемые объекты, разрешающая способность 3-10 А˚, увеличение 1000000 раз).
Разрешающая способность светового микроскопа ограничена длиной световых волн. Максимально возможное разрешение равно ½ λ используемого света. Средняя λ видимого света составляет примерно 550 км, поэтому удавалось получить разрешение примерно в 200 км. Однако многие клеточные структуры имеют меньший размер. Эта проблема была разрешена в 30-40 годы, когда создание электронного микроскопа произвело революцию в биологической науке. Вместо света в электронном микроскопе используют пучок электронов, у которых λ значительно меньше, следовательно разрешительная способность больше, примерно в 500 раз больше.
Подготовка материала к исследованию включает следующие приемы:
- Срезы готовятся на ультратоме окрашиваются соединениями тяжелых металлов. Окрашенные участки становятся непроницаемыми и на микрофотографиях они выглядят темными.
- Напыление. Образец бомбардируется атомами тяжелых металлов, например золотом или платиной, под определенным углом. Закрытые площади + «тень» за образцом остаются прозрачными для электронов.
- Замораживание – скалывание и замораживание – травление.
Источник
История развития физиологии растений и ее методы
Физиология растений сначала развивалась как составная часть ботаники. Превращение ее в самостоятельную науку относят к 1800 г., когда швейцарским аббатом Жан Сенебье была написана первая книга о жизни растения, названная им «Физиология растений». Отсюда и пошло и название самой науки. Физиология растений как экспериментальная наука возникает в 17-18вв (Мальпиги, Гэйлс, Пристли, Ингенгуз и другие).
Исторически первым методом физиологии растений было наблюдение в естественных и искусственных условиях.
Но главный метод – эксперимент – первый опыт был поставлен еще в 1600 г. Голландцем Яном Ван Гельмонтом. Эксперименты проводят в естественных и искусственных условиях. Растения для этого часто выращивают специально в полевых условиях или в теплицах, оранжереях. В 1837 г. француз Жан Батист Буссенго разработал метод выращивания растений в специальных сосудах, заполненных почвой, песком или водой, в которые добавляли разные вещества – этот метод получил название вегетационного. Он помог узнать какие изменения производят растения во внешней среде: поглощают или выделяют воду, какие газы берут из воздуха и какие соли из почвы.
Исторический метод – изучение процесса во времени. Был предложен Климентом Аркадьевичем Тимирязевым. Только исторические причины помогут объяснить, почему клетки должны быть насыщены водой, почему корни растут в почве, почему одни растения цветут когда длинный день, а другие – когда короткий. Физиология растений должна рассматривать жизнь как результат длительного исторического развития и опираться на эволюционное учение. В настоящее время исторический метод предполагает изучение жизни во всех временных параметрах — не только в миллионах и тысячах лет, в месяцах, но и в сутках, часах, минутах, секундах.
Возникнув как наука, о питании растений, физиология растений бурно развивалась в разных направлениях. К основным этапам ее развития в 19 в. относятся — открытие фотосинтеза (Ж. Сенебье, Н.Т. Соссюр, Ж.Бюссенго, Ю. Сакс, А.С. Фаминцын, К.А. Тимирязев), выяснением значения листьев и корней как органов питания, установлением необходимости минеральных веществ для поддержания жизни, разработка теории минерального питания растений, обнаружением у растений дыхания, сходного с дыханием животных (Н.Т. Соссюр, Ж.Б. Буссенго, В.И. Палладин), начало изучения поступления, передвижения и выделения воды и растворенных веществ (Т. Найт), изучением раздражимости, движений растений и роста.
20 в. характеризуется интеграцией физиологии растений с другими науками, в том числе и в используемых методах: первый из них — электронная микроскопия – детальное установление органелл. Дифференциальное центрифугирование – применили для выделения органелл. Хроматография, изотопный метод, спектроскопия ПЦР разновидности также используются в физиологии растений. С помощью таких методов можно изучать процессы на молекулярном уровне. Успешному изучению физиологических процессов способствовало создание фитотронов – станций искусственного климата, где можно выращивать растения в контролируемых и регулируемых условиях освещенности, температуры и влажности. Первый фитотрон был построен в 1949 г. при Калифорнийском технологическом институте, в Москве в институте физиологии растений -1957г. Использование современных методов биохимии и биофизики позволило физиологам не ограничиваться только описанием внешних проявлений физиологических процессов и их исходных и конечных продуктов, а вскрыть механизмы обмена веществ, лежащие в основе фотосинтеза, питания растений, дыхания, транспорта веществ и других процессов.
Работы ученых по изучению минерального питания, открытие фитогормонов позволило создать метод культуры изолированных клеток и тканей – выращивание в изолированных из организма клеток в стерильных условиях на искусственной питательной среде in vitro.
Основоположником российской физиологии является Андрей Сергеевич Фаминцын – организатор Петербургской школы физиологов растений, первый академик по физиологии растений в РАН. Организатором Московской школы физиологов растений стал К.А. Тимирязев. Достижения физиологии растений в СССР связаны с трудами Сергея Павловича Костычева – биохимия растений, экологическая физиология, Алексея Николаевича Баха и В.И. Палладина – дыхание растений, Н.А. Максимова – экологическая физиология, Д.А. Сабинина – минеральное питание, физиология роста и развития растений, А.Л. Курсанова – транспорт ассимилятов, интеграция функциональных систем в растительном организме, А.А. Ничипоровича – теория фотосинтетической продуктивности растений, М.Х. Чайлахяна – гормональная теория онтогенеза, регуляция цветения, Р.Г. Бутенко – морофогенез в культуре изолированных клеток и тканей.
Источник