Рост и развитие растений
Рост – это необратимое увеличение размеров и массы клетки, органа или всего организма, связанное с новообразованием элементов их структур. Это понятие отражает количественные изменения, происходящие в процессе развития организма или его частей.
А развитие – это качественные изменения в структуре и функциональной активности растений и его частей в процессе онтогенеза.
Онтогенез – это процесс индивидуального развития организма от зиготы (или вегетативного зачатка) до естественной смерти.
Рост и развитие отражают наследственные особенности и всю совокупность процессов взаимодействия растительного организма с факторами внешней среды. Рост и развитие всегда связаны между собой, обусловливают друг друга.
В процессе индивидуального развития, т.е. онтогенеза, реализуется наследственная информация, называемая генотипом. Естественно, что на этот процесс влияют конкретные условия окружающей среды, в результате чего формируется фенотип – результат реализации генотипа в определенных условиях среды.
Особенности онтогенеза клеток
Выделяют 4 фазы: эмбриональную, растяжения, дифференцировки, старение и смерть дифференцированных клеток.
- Эмбриональная фаза проходит в меристемах (образовательных тканях). Делится на 2 периода: период между делениями клетки и собственно деление клетки. Структура клетки в период между делениями (другими словами, интерфаза) имеет ряд особенностей: густая цитоплазма с хорошо развитой ЭПС, мелкие вакуоли, много рибосом, митохондрий тоже много, но они еще не совсем развиты (мало крист, матрикс густой). Ядро небольшого размера с крупным ядрышком. В интерфазе очень активно идет процесс синтеза белков, что в свою очередь требует затраты энергии, соответственно, высока интенсивность дыхания. В интерфазе же происходит и редупликация ДНК.
Перед делением клетки происходят заметные изменения в энергетическом состоянии, наступает как бы энергетическая разрядка. Интенсивность обменных процессов падает, синтез белка практически прекращается.
Деление начинается с деления ядра, проходит все стадии, формируются плазмолемма, срединная пластинка, клеточная стенка. Все обменные процессы активируются. Дочерняя клетка растет до размеров материнской и вновь делится. Так не более 3-5 раз.
Эмбриональная фаза онтогенеза клетки контролируется гормонами. Для пред- и постсинтетических фаз необходим ауксин, активизирующий транскрипцию и трансляцию, а также высокую интенсивность дыхания. Цитокинин требуется для митоза и цитокинеза.
Затем эмбриональные клетки переходят в следующую фазу роста – растяжения.
- Фаза растяжения. В этой фазе происходит следующее: цитоплазма становится менее вязкой, более обводненной. Каналы ЭПС расширяются, местами переходят в цистерны. Развиваются кристы у митохондрий. Ядра принимают неправильную форму с тем, чтобы увеличить поверхность соприкосновения с цитоплазмой. Мелкие вакуоли сливаются и образуется центральная вакуоль. Скорость синтеза белка увеличивается. Возрастает, причем очень существенно, объем клетки. Основная причина – усиленное поступление воды.
Переход к фазе роста растяжением вызывается изменением соотношения концентраций ауксина и цитокинина в пользу ауксина.
Ауксин активизирует Н-помпу, направленную из цитоплазмы в клеточную стенку. Происходит закисление клеточных стенок, активизируются кислые гидролазы, разрываются связи между компонентами клеточной стенки, клеточная стенка перестает оказывать прежнее сопротивление и это приводит к увеличению сосущей силы клетки.
T – тургорное давление, создаваемое противодавлением клеточной стенки.
Если Т становится меньше, то S >. В клетки поступает вода. Ауксин активизирует транскрипцию, трансляцию, активизируется деятельность аппарата Гольджи, поступают углеводы, целлюлозо-синтетаза.
Выбор направления роста (изодиаметрический или удлинение) зависит от расположения микрофибрилл целлюлозы, за ориентацию которых ответственны микротрубочки.
- Фаза дифференциации.Дифференциация – это возникновение структурных и функциональных различий между клетками, приводящее к многообразию клеток. Природа клетки и соответственно выполняемые ею функции будут зависеть от того, какой комплекс генов в ней будет активен, причем большинство эмбриональных клеток усложняют свою структуру, другие – упрощают. Примером последних является образование члеников ситовидной трубки: исчезают клеточные ядра, тонопласт. В клетках-спутницах флоэмы формируется большое количество митохондрий, а в эпидермальных клетках листа – минимальное.
Приобретение клеткой, тканью, органом, организмом способности реализовать определенные наследственные признаки называется детерминацией (от лат. determinare – определять).
Дифференциация начинается уже во время фазы роста растяжением: слабое растяжение – паренхимная клетка, сильное – вытянутые, палочковидные клетки колленхимы.
Выбор пути развития клетки, т.е. детерминация может быть запрограммирован или может возникнуть под влиянием внешних факторов: соседние клетки, гормоны.
Запрограммированным является неэквационное деление зиготы. Она делится на одну меньшую по размерам клетку, которая дольше сохраняет способность к делению и после серии делений превращается в собственно зародыш. Вторая, большая по размерам клетка, делится менее активно, из нее формируется первичный корешок и подвесок.
Влияние соседних клеток проявляется двояким образом: или навязывается собственный путь развития, или же, наоборот, соседние клетки оказывают блокирующий эффект, не допуская в ближайшем окружении образования аналогичных клеток. Так, например, инициальная клетка устьица делится на 2 замыкающие клетки, которые не допускают в ближайшем окружении образования подобных, формируя поле торможения благодаря, видимо, передаче каких-то неидентифицированных сигнальных веществ по плазмодесмам. Поэтому устьица (как вы видели) располагаются на определенном расстоянии друг от друга.
Дифференцированные клетки, могут снова вернуться к эмбриональной активности в результате дедифференцировки – переход специализированных неделящихся клеток снова к делению. В основе дедифференцировки лежит изменение активности генов, индуцированное каким-либо воздействием, например, при механических повреждениях ближайшие к поверхности разреза паренхимные клетки сначала увеличиваются в размерах, а затем у них начинаются митозы. Образуется масса недифференцированных клеток (раневой каллус), которые закрывают рану, а затем в них происходит новая дифференциация, называемая редифференциацией. Срастание прививок с подвоем происходит также. Во время редифференциации раневого каллуса соседние клетки навязывают собственный путь развития, поэтому происходит объединение проводящих пучков привоя и подвоя.
При вегетативном размножении стеблевыми черенками клетки нижней части стебля дедифференцируются, делятся, затем редифференцируются, образуя клетки придаточного корня.
Этот этап связан с ослаблением биосинтетических процессов и активацией гидролитических процессов.
Причины: 1) накопление повреждений в генетическом аппарате или 2) включение генетической программы старения как последнего этапа онтогенеза. Как результат этих изменений – соотношение фитогормонов, возрастание гормонов ингибиторов.
Видимые признаки старения клеток:
- закисление цитоплазмы, происходящее в результате ингибирования Н-помпы абсцизовой кислотой (изменения конформации белков);
- снижение полупроницаемости мембран из-за окисления липидов мембран активно образующимися пероксидами (из-за сдвига рН в кислую сторону).
Программированная смерть клетки называется апоптоз. Апоптоз индуцируется рядом неблагоприятных факторов внешней среды – стрессоров, например, инфекции. Зараженные клетки быстро накапливают фенольные соединения, при окислении которых образуются значительные количества перекиси водорода с которой не справляются каталазы. Клетки отмирают, это проявляется в образовании на тканях растений пятен мертвых клеток, которые называются некрозами. Роль некротических пятен – препятствие для распространения инфекции. Возникновение некрозов является формой запрограммированной смерти клеток.
Наряду с апоптозом существует генетически запрограммированная смерть органов (органоптоз) и организма в целом (феноптоз). Так, листья генетически запрограммированы для старения и смерти. Многолетние монокарпические растения после единственного акта цветения отмирают.
Источник
Возрастные периоды роста и развития декоративных растений
Онтогенез – индивидуальное развитие растения от его возникновения от оплодотворенной яйцеклетки или вегетативной почки до естественной смерти.
Как процесс, онтогенез состоит из ряда последовательно наступающих возрастных периодов, или этапов:
Эмбриональныйэтап начинается еще на материнском растении с образования зиготы – оплодотворенной яйцеклетки. В результате процессов деления, роста и дифференциации клеток из зиготы образуется зародыш семени. Для него характерен гетеротрофный способ питания.
Ювенильный этап – начинается с прорастания семени, что означает не только закрепление нового растительного организма в определенном месте фитогеосферы (растительного покрова Земли), но и переход его к автотрофному способу питания.
Активные процессы деления и роста клеток конуса нарастания зародышевой почки приводят к появлению осевого облиственного побега, листья которого, как правило отличаются (морфологически и анатомически) от листьев взрослой особи. Например, у взрослых деревьев кедра сибирского – по пять хвоинок в пучке, а на ювенильной стадии – одиночное спиральное расположение.
Виргинильный этап – переход растений к образованию фотосинтезирующих органов, типичных для взрослого растения. На этом этапе растения обладают очень сильным вегетативным ростом (т.е. ростом вегетативных органов), но не способны к образованию генеративных органов. Этот этап нередко называют фазой роста.
Генеративный этап – характеризуется способностью растений к образованию по мимо вегетативных органов также генеративных: микро- и макростробилов (т.е. мужских колосков и женских шишечек) у голосеменных, цветков – у покрытосеменных, с последующим образованием шишек (голосеменные), плодов (покрытосеменные) и семян. Способность формирования генеративных органов означает вступление растений в возраст половой зрелости. У растений разных биологических групп этот возраст различен. Так, кедр сибирский вступает в генеративный этап онтогенеза только с 50-70 лет, а такие полукустарники, как солнцецвет, способны цвести и плодоносить уже на первом году жизни.
Выделяются поликарпические растения (цветут и плодоносят многократно) и монокарпические (способны цвести и плодоносить только один раз в жизни – разные виды бамбука).
На вступление растений в половозрелое состояние большое влияние оказывают условия внешней среды: чем лучше эти условия, тем раньше растения вступает в возраст половой зрелости, тем они обильнее цветут и плодоносят.
По устойчивости плодоношения все древесные растения можно разделить на 5 групп:
1) с очень устойчивым плодоношением – ежегодное и обильное плодоношение, неурожайных лет не бывает (виды жимолости, ивы, спиреи и др.);
2) с устойчивым – урожайные годы преобладают над неурожайными (виды березы, ирги, кизильника, тополя и др.);
3) с относительно устойчивым – примерно равное соотношение урожайных и неурожайных лет (многие сорта яблони и груши, лиственница, клен и др.);
4) с неустойчивым – неурожайные годы явно преобладают над урожайными (ель и сосна обыкновенные в таежных условиях, дуб черешчатый и др.);
5) с крайне неустойчивым – обильно плодоносят крайне редко (один раз в 10 лет и реже) или вообще урожайные годы у них отсутствуют (многие древесные породы на северной границе своего ареала, ясень обыкновенный и др.).
Способность к устойчивому плодоношению – наследственно закрепленное биологическое свойство, которое, однако может реализовываться по-разному в зависимости от условий внешней среды. Например, в зоне смешанных лесов Русской равнины сосна обыкновенная характеризуется устойчивым плодоношением, а в подзоне северной тайги – крайне неустойчивым.
Этап старости, или старения, характеризуется ослаблением вегетативного роста, затуханием вегетативных процессов, снижением репродуктивной способности растений, их устойчивости к поражающему воздействию насекомых-вредителей и болезней. Завершается этот этап гибелью растения.
Процесс старения и естественного отмирания – нормальное завершение качественных сдвигов в обмене веществ, через которые проходит растительный организм в онтогенезе.
1. что является задачами декоративного садоводства?
2. Назовите основные жизненые формы растений.
3. Назовите возрастные периоды роста и развития декоративных растений.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник