Основы физиологии растений
Физиология растений в середине XX века стала вполне самостоятельной научной дисциплиной, основными разделами которой являются: учение о фотосинтезе, транспорт веществ, дыхание и обмен веществ, рост и развитие.
Физиология — это раздел ботаники, который требует к себе особого внимания, т.к. именно тут рассматриваются вопросы синтеза биологически активных веществ, являющихся объектом исследования фармации. Отдельные аспекты физиологии растений изучаются в курсах биохимии, микробиологии, биологии, органической химии, фармакогнозии. Тут мы коснемся самых общих сведений физиологии растений, осветив их с позиций чистой ботаники, что позволит студенту систематизировать знания, полученные при изучении других дисциплин.
Понятие о фотосинтезе и питании растений
Процесс фотосинтеза, с той или иной степенью достоверности, описан во многих учебниках и другого рода источниках биологических знаний.
Тут мы остановимся на основных положениях проблемы.
В процессе эволюции растения и некоторые другие организмы приобрели способность использовать для питания «такие полностью окисленные вещества, как углекислота и вода». Процесс этот происходит при наличии особого фотосинтезирующего аппарата, образованного ламеллярными структурами, в мембранах которых синтезируются пигменты типа хлорофилла, благодаря чему организмы имеют возможность использовать для биологического синтеза световую энергию.
Фотосинтез — это процесс, при котором 6 молекул углекислого газа и 6 молекул воды дают одну молекулу глюкозы и 6 молекул кислорода.
Цепи реакций, составляющих процесс фотосинтеза, можно разбить на три основных стадии:
1. Фотофизическая стадия поглощения квантов света пигментами, превращение энергии света в пигментных структурах и передача поглощенной световой энергии «активному центру».
2. Первичные фотохимические реакции, перенос электрона в электрон-транспортной цепи фотосинтеза и сопряженные с ним процессы образования «восстановительной силы».
3. Использование «восстановительной силы» для восстановления углекислоты и синтеза углеводов.
В первые две стадии объединены, так называемые, световые реакции. В этот период в процессе фотоокисления воды выделяется кислород.
На второй стадии образуется «восстановительная сила» — АТФ.
Реакции восстановления углекислоты и синтеза углеводов, происходящие в период третьей стадии фотосинтеза, получили название темновых реакций, т.к. этот процесс не требует аккумуляции энергии света, а идет за счет энергии АТФ, которая образовалась на второй стадии фотосинтеза.
С фотосинтезом у растений непосредственно связан процесс питания.
Второй особенностью питания у растений является их способность усваивать минеральные элементы в виде ионов минеральных солей – NO3 — , SO4 2- , PO4 3- , К + и др. и использование их для синтеза аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, макроэргических соединений, веществ вторичного обмена (алкалоиды, терпены, фенольные соединения, различные витамины, фитогормоны и др.).
Транспорт веществ
Транспорт веществ у растений обеспечивается системой массового потока, представленной ксилемой и флоэмой и осуществляется путем передвижения веществ из клетки в клетку, по клеточным стенкам, по межклетникам.
Передвижение веществ по проводящим тканям называют транслокацией.
Транслокация воды и неорганических веществ идет по трахеидам и сосудам ксилемы. Подъем воды с минеральными веществами по ксилеме обусловлен испарением воды из клеток листа. Это явление называется транспирацией.
Непрерывность столба воды обеспечивается силами сцепления и корневым давлением.
Транслокация органических веществ по флоэме осуществляется по ситовидным клеткам или по членикам ситовидных трубок, 90% потока составляет сахароза. Механизм этого движения, несмотря на существование целого ряда гипотез, до сего времени не выяснен.
Передвижение воды, растворов неорганических веществ, органических веществ по клеткам в каждом конкретном случае имеет свои особенности. Движение воды может осуществляться через апопласт или через симпласт. Для транспортировки воды используется и вакуолярный путь. Апопласт — это система, образованная примыкающими друг к другу клеточными стенками. «Свободное пространство» клеточных стенок, а это 50% объема, заполняется водой. Испарение воды с апопласта и принцип сцепления заставляют двигаться по этой системе воду. В апопласт вода может попасть из ксилемы или из почвы. Симпласт — это система связанных между собой протопластов клеток. Эта связь осуществляется через плазмодесмы. Вода идет по симпласту по градиенту водного потенциала. Из вакуоли в вакуоль вода идет через другие компоненты смежных клеток. При этом она проходит через стенку, плазмалемму, основное вещество и тонопласт по градиенту водного потенциала.
Минеральные элементы и органические вещества поступают в клетки из системы массового потока и передвигаются из клетки в клетку путем диффузии и активного поглощения.
Источник
Физиология растений
Физиология растений — это наука, изучающая жизненные явления или функции растительного организма в связи со структурами растения и условиями окружающей среды (наука о процессах, происходящих в растительном организме).
Физиология растений делится на две большие ветви: общая физиология и прикладная. Первая изучает общие закономерности жизни растения или общие законы протекания физиологических процессов. Для подобных исследований выбираются наиболее подходящие объекты — такие, где изучаемый процесс можно наблюдать в чистом виде. В общей физиологии таким объектом могут быть низшие растения (одноклеточные водоросли), а при изучении высших растений исследование ведется на низших уровнях организации живой материи (молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом). Полученные при этом результаты обычно являются теоретической основой для частной физиологии.
Прикладная, физиология изучает жизненные функции определенных видов растений в конкретных экологических условиях. Выбор объекта здесь обусловлен практическими целями, а полученные результаты используются непосредственно в агрономии или в селекции. Исследования ведутся обычно на высоких уровнях организации живой материи — органе, целом организме — растении, фитоценозе. Эта ветвь физиологии растений выступает теоретической базой для агрономических наук.
Задачами ф.р. являются: изучение развития растительного организма (для выращивания высокопродуктивных сельскохозяйственных растений и защиты их от неблагоприятных экологических факторов). А также в изучении ж/д растения (механизмы питания, роста, движения, размножения и др).
Ф. р. соприкасается с науками:
- ботаника — анатомия и морфология растений, которые дают представление об объекте;
- математика, физика, химия, которые дают начало разработке физиологических методов анализа.
Источник