Ритм роста растений

Ритмичность роста — чередование замедленного и интенсивного роста клетки, органа, организма — бывает суточная, сезонная — является результатом взаимодействия внутренних и внешних факторов.

Многие процессы у растений (рост, развитие, обмен веществ и т. д.) имеют ритмический характер. О многих явлениях, которые происходят с правильной периодичностью во времени и пространстве, говорят, что им присущ ритм. Когда периодичность сохраняется и в отсутствии внешних воздействий, ритмы называют эндогенными. Примером могут служить «суточные» движения, а именно, ночное опускание листьев фасоли, приподнятых в дневное время, раскрывание и закрывание цветков каланхоэ, ритмические суточные изменения скорости роста колеоптилей овса.

Вот такая эндогенно-направленная суточная ритмика называется циркадной (латинского цирка — около, диес — день). Клеточный механизм, генерирующий ритм, обычно называют биологическими часами; положение органа (например, листа) в любой момент цикла показывает «циркадное время» (время контролируемое внутренним осциллятором). Циркадные колебания такого типа встречаются во всех эукариотичных организмов, включая микроорганизмы, растения и животных.

Чтобы выявить природу осциллятора, были сделаны попытки установить, какие условия могут изменить период (время) или фазу ритма. Эти опыты (механические воздействия, изменение освещения, температуры, ионы Li+, тяжелая вода, этанол) дали возможность сделать вывод, что периодические изменения свойств мембраны являются составной частью «часового» механизма.

Сегодня предлагают несколько механизмов биологической компенсации температуры. Например, считают, что происходят два противоположных процесса: один из которых при повышении температуры ускоряется, а другой — замедляется. Другая гипотеза связана с изменением длины цепи и степени насыщаемости мембранных липидов.

Кроме суточной периодичности рост растений имеет и сезонную периодичность. Она может быть продемонстрирована на примере образования годичных колец в древесине растений умеренного пояса, у которых рост стволов в толщину достигает максимума в летний период и прекращается осенью.

Большая кривая роста Сакса ритм рост растение Измерение скорости роста, проведенное немецким физиологом Ю. Саксом (1872), позволило установить определенные закономерности. В начальный период темпы роста, как правило, низкие. Затем рост усиливается и идет с большой скоростью (период большого роста), а затем снова замедляется. В результате рост (увеличение размера) клетки, органа или организма в целом может быть изображен в виде S-образной кривой. Анализируя полученную кривую, можно ее разделить на три участка:

• 1) фаза, когда рост изменяется экспоненциально (логарифмически);
• 2) фаза, когда рост изменяется линейно;
• 3) фаза торможения роста.

Именно период, когда рост прямо (линейно) возрастает, называется периодом большого роста. На рисунке представлено изменение скорости роста за единицу времени. При этом мы видим, что вначале скорость роста возрастает, затем некоторое время сохраняется на постоянном уровне, а затем падает. Падение для однолетних растений обычно совпадает с переходом к репродукции. Представляет интерес изменение относительного прироста, т. е. прироста, отнесенного к общей массе растения. Как видим, относительные приросты падают значительно быстрее. Это связано с тем, что на ранних этапах развития растение состоит почти из одних листьев. Вырабатываемое ими сухое вещество идет на создание все новых и новых единиц листовой поверхности. В результате общее количество сухого вещества возрастает в геометрической прогрессии. Однако затем сухое вещество начинает все больше использоваться на образование органов, не участвующих в фотосинтезе. Листья составляют все меньшую часть растения. В связи с этим, несмотря на увеличение абсолютной скорости прироста, его значение по отношению к общей массе растения постепенно падает.

Влияние внешних (экологических) факторов на рост и развитие растений Абиотические факторы среды: свет, температура, влажность почвы, газовый состав, условия минерального питания, ксенобиотики. Биотические факторы: внутрии межвидовые взаимоотношения в фитоценозах (конкуренция аллелопатия, симбиоз, паразитизм).

1. Свет (380−780 нм) Свет влияет на фотосинтез — источник органических веществ, используемых рост. В зависимости от условий освещенности растение приобретают оптимальную форму для поглощения света в данных конкретных условиях.

Влияние качественного состава света на рост растений. Наиболее активно регулируют рост красные и сине-фиолетовые лучи. Рецепторы красного света — фитохромы, рецепторы синего света — криптохромы (каротиноиды и флавины).

Красный свет тормозит деление и способствует удлинению клеток, т. е, стимулирует рост растений в высоту; он необходим для прорастания светочувствительных семян ряда культур (салат латук. Синий свет стимулирует деление клеток, но подавляет растяжение клеток (высокогорная флора, одиночные растения).

Фотопериодическая индукция цветения (фотопериодизм) — способность растений переходить к цветению только при определенном соотношении длины дня и ночи. Фотопериодизм, также как яровизация, представляет собой приспособительную реакцию, позволяющую растениям зацветать в определенное, наиболее благоприятное время года. Но длина дня действует на зацветание разных растений неодинаково.

• · Короткодневные растения (КДР) зацветают при длине ночи более 12—14 ч, для перехода их к цветению важен темный период определенной продолжительности, а не длина дня. Если в середине темного периода дать короткую вспышку света, то КДР к цветению уже не переходят. Представители: рис, соя, кукуруза, просо, тыквенные, перец, баклажан, многие бобовые, хризантема и др.
• · Длиннодневные растения (ДДР) зацветают при продолжительности дня более 12 ч и более. К ним относятся хлебные злаки, крестоцветные, укроп, клевер, свекла, морковь и др.
• · Нейтральнодневные растения (НДР) зацветают при любой длине дня (некоторые сорта гречихи, гороха, хлопчатника, растения с широким ареалом и тропические виды).
• 2. Влияние температуры на рост и развитие растений

Оптимальный рост и оптимальное развитие происходят только в пределах определенных, специфичных для каждого вида температурных границ. Требования растений к t0 меняются с возрастом, они различны у отдельных органов растения (листья, корни, плодоэлементы и др.). Например, t0опт для роста корней ниже, чем для надземных органов.

Кардинальные температурные точки для роста растений.

3. Влажность почвы При дефиците воды в тканях подавляется рост клеток растяжением (т.к. растяжение клеток заканчивается слишком рано) и формируется ксероморфная структура. Оптимальная влажность почвы для ростовых процессов 65—80(85) % НВ. При более высокой влажности нарушается аэрация почвы, ведет к угнетению дыхания корней и т. д. Повышенная влажность воздуха стимулирует рост стебля, а сухой воздух угнетает, даже при хорошем водоснабжении через корни. К содержанию воды в почве очень чувствительны кончики корней, т.к. они не имеют защиты, как апексы побегов (смыкающиеся листочки), поэтому они могут расти только в достаточно влажной атмосфере.

4. Газовый состав атмосферы (влияние аэрации) При снижении концентрации О2 В воздухе до 5% рост растений резко тормозится, т.к. нарушается процесс дыхания и увеличивается количество токсичных продуктов анаэробного дыхания. Оптимальное содержание О2 в почве для роста корней — 7 — 12%, а минимальное -3 — 5%. Чем выше t0 почвы, тем выше потребность корней в О2 .

Избыток СО2 в воздухе приводит к снижению рН (закислению) клеточных стенок, что вызывает кратковременный рост тканей. Например, в загущенных посевах злаков повышена концентрация СО2 В надпочвенном слое воздуха, что вызывает вытягивание нижних междоузлий и как следствие этого полегание растений).

5. Условия минерального питания Растения растут нормально при достаточном и сбалансированном снабжении всеми необходимыми элементами минерального питания. Избыточное минеральное питание, особенно азотом, приводит к чрезмерному росту вегетативных органов в ущерб генеративным, и репродуктивным, что приводит к снижению урожая и качества семян, плодов. При выращивании зеленных овощных культур и кормовых трав на зеленую массу целесообразно применять высокие дозы удобрений.