Основные направления развития физиологии растений

Физиология растений и её задачи

Физиология растений – это наука о процессах, происходящих в растительном организме: почвенное, воздушное и гетеротрофное питание, синтез, транспорт и распад веществ, рост и развитие, движения растений, взаимодействие с патогенами, реакции на неблагоприятные факторы внешней среды.

Физиология растений занимается процессами, происходящими на разных уровнях организации: молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом, органном, организменном и биоценотическом. Однако надо всегда иметь в виду, что в растении все процессы на любом уровне организации взаимосвязаны. Изменение какого-либо процесса сказывается на всей жизнедеятельности организма.

Наука может считаться самостоятельной, если у нее есть свой объект, предмет и свои методы исследования. Объектом физиологии растений являются фототрофные организмы, т. е. организмы, синте­зирующие органические вещества из минеральных (СО₂ и Н₂0) с помощью энергии света. Этот процесс назвали фотосинтезом.

Чем еще отличаются зеленые растения от незеленых организ­мов? Для растений характерна очень большая поверхность тела по отношению к его массе. Это объясняется тем, что чем больше по­бегов сформируется у растения, тем из большего объема воздуха листья смогут поглощать углекислый газ, необходимый для фото­синтеза, а хорошо разветвленные корни имеют много зон активно­го поглощения веществ. Поглощать большие количества С0₂ и со­лей помогает и другая особенность зеленого растения — неограни­ченный рост корней и стеблей. В отличие от большинства других организмов растения прикреплены к определенному месту. Все эти особенности влияют на функционирование органов растения.

Фототрофные организмы, изучаемые физиологией растений, находятся на разных уровнях эволюции: водоросли, высшие споро­вые и семенные растения.

Что значит изучить жизнь растения? Это значит изучить его свойства и функции: воздушное питание — фотосинтез, корневое питание — поглощение минеральных веществ из почвы, транспорт веществ, водный обмен, рост и развитие растений, движение его органов, приспособление к окружающим условиям.

Таким образом, предмет физиологии растений — это изучение всех функций растительного организма; определение значения ка­ждой из них для организма в целом; установление взаимной связи функций и их зависимости от внешних и внутренних факторов; изучение взаимодействия органов растения. Следовательно, физио­логия не только описывает разные свойства и процессы, идущие в растительном организме, а представляет собой систему законов и закономерностей о жизни растения.

Живая материя построена по принципу иерархии: организм со­стоит из органов, орган — из тканей, ткань — из клеток, клет­ка — из органелл. Организмы одного вида, сорта образуют популя­цию; несколько растительных и животных популяций, обитающих на одной территории, — сложную экологическую систему, или био­геоценоз (от греч. bios — жизнь, geo — Земля, koino’s — общий).

Итак, существует несколько уровней организации живой мате­рии, которые можно расположить в следующей последовательно­сти: молекулярный, клеточный и субклеточный, тканевой, орган­ный, организменный, популяционный, биогеоценологический и биосферный.

Физиологи изучают процессы, происходящие в растении, на всех уровнях организации. При изучении процесса на любом уровне нужно всегда помнить, что как в клетке, так и в целом ор­ганизме или биогеоценозе все процессы взаимосвязаны. Измене­ние любого процесса отражается на жизнедеятельности всего организма. Сложность физиологических исследований состоит в том, что организм нельзя отделить от среды, в которой он живет, все физиологические процессы связаны с внешними условиями. В популяции, биогеоценозе один организм может влиять на дру­гой, конкурируя с ним или способствуя его росту. Условия в посе­ве, на плантации отличаются от тех, с которыми встречается оди­ночное растение. Например, на проникновение света в глубь плантации сахарного тростника, ее температуру и влажность влияют количество растений на плантации, их сомкнутость, число и расположение листьев на побеге. Поэтому процессы в биогео- и агрофитоценозах происходят несколько иначе, чем у одиночного растения.

При изучении физиологии растительного организма на разных уровнях организации живой материи возможны два подхода. Пер­вый — переход от более высокого уровня к более низкому, т. е. раз­ложение сложных биологических явлений на все более простые фи­зические и химические процессы. Этот путь исследования привел к познанию основных закономерностей поглощения и использова­ния квантов света, механизмов поглощения веществ и т. д. Однако для понимания механизмов физиологических процессов, происхо­дящих в целом организме, а тем более в экологической системе, нужно использовать и другой путь — от изучения более простого к все более сложному уровню организации. Этот, второй, подход на­зывается интегральным (от лат. integer— целый, восстановленный). Со второй половины XX в. изучение интеграции и особенно регу­ляции физиологических процессов в течение жизни растения и его приспособления (адаптации) к окружающим условиям стало основ­ным предметом физиологии растений.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

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

Основные вехи истории развития физиологии растений, её классические и современные разделы, мировые тенденции в биологии растений.

Аристотель: «Растение — животное, перевернутое наоборот. Рот его в почве».

Очень правильное замечание, хотя газообмен в листьях тоже важен.

Древние египтяне и китайцы уже имели своды методов о культивировании растений. Рост численности населения на планете прямо пропорционален росту эффективности сельского хозяйства, т.е. методов выращивания растений.

В Византийских академиях обучали приемам выращивания растений и анализа и массы и размера.

Роберт Гук описал растительную клетку в 1665 г.

Возникновение ФЗР связано с именем Ж. Сенебье, который в 1800 году опубликовал первую книгу о жизни растений.

М. Шлейден сформулировал клеточную теорию на основе исследования растительных клеток 1838-1839 гг.

Чарльз Дарвин — один из создателей современной ФЗР. Провел первые опыты, показавшие необходимость апикальных зон и почек для роста растений, предложил теорию тропизмов и предсказал наличие фитогрмонов.

С начала 20-го века — работы российских и советских ученых сформировали такие разделы как Минеральное питание, Рост и развитие растений.

Школа ФЗР в Беларуси — особенно сильны исследования в области фотосинтеза, минерального питания и биохимии культурных растений.

Основные классические фундаментальные разделы ФЗР:

В последние годы появились новые фундаментальные разделы ФЗР,

— сигнальная трансдукция и передача информации

Новые прикладные отрасли ФЗР:

— молекулярные основы урожайности

— устойчивое развитие и устойчивое сельское хозяйство

— молекулярное сельское хозяйство

— системная биология растений

Связь с другими фундаментальными дисциплинами:

Исключительная важность ФЗР:

1. Продукты питания, напитки, материалы.

В развитых странах сетевые супермаркеты – главные спонсоры ФЗР.

2. Энергетика 21-го века – биобензин и биодизель.

3. Генетически-модифицированные растения. Здоровье общества. Борьба с пестицидами.

Все что нас окружает так или иначе связано с растениями. Из космоса мы видны как «цивилизация растений». Люди и животные – лишь маленькие «паразиты».

Мировая тенденция в ФЗР:

объединение всех вопросов, связанных с изучением растительных систем в единый раздел, называемый «биологией растений»

Это интеграция классической ботаники, физиологии, биохимии, биофизики, эволюции, молекулярной и структурной биологии, генетики, экологии и биотехнологии растений. В современном исследовании они часто используются все.

Источник