Меню

Что происходит с растениями в течении суток

Суточная и годичная периодичность роста растений

Влияние температуры и света на рост растений не может не отзываться на росте растений в течение суток. Опыты показывают, что при одной и той же температуре за ночные часы растение дает больший прирост, чем за дневные часы. Сопоставим это явление с испарением, которое ночью замедляется, а днем усиливается. В теплые ночи наиболее быстрый рост обычно происходит в ранние утренние часы, рост замедляется в послеполуденные часы. Сильное понижение температуры в ночное время может изменить эту суточную периодичность роста растений . Интересен тот факт, что если растение, развившееся сперва в естественных условиях, культивировать в темноте, то суточная периодичность роста все же будет проявляться, хотя колебания в росте днем и ночью несомненно становятся все меньше, и наконец, совсем сглаживаются. Подобное явление называется последействием.

Годичная периодичность роста растений вызывается теми изменениями в погоде, которые бывают в различные времена года. В условиях умеренного климата смена теплого лета и холодной зимы заставляет однолетние растения заканчивать вегетацию за 3-4 месяца.

Продолжительность жизни растений зависит не только от наследственности самого растения, но и от сочетания внешних условий роста. Мы знаем, что есть растения однолетние, двулетние и многолетние.

Вегетационный период гречихи равен 75-90 дням, ячменя – 96, овса – 112, турнепса – 70-120, свеклы – 140-160, брюквы – 150-180, картофеля – 120-130 дням. Приведенные цифры колеблются в зависимости от сорта и внешних условий. Так, ранние сорта картофеля развиваются за 70-90 дней, средние – за 120-130, а у поздних затягивается развитие до 180 дней. На Крайнем Севере ячмень успевает развиться за 60-70 дней. Избыток влаги и азотных удобрений в почве и недостаток фосфора и калия задерживают цветение, а иногда вызывают полегание посевов вследствие чрезмерного развития вегетативных органов и взаимного затенения растений. При недостатке воды и азота в почве у растений слабее развивается вегетативная масса, они раньше зацветают и созревают. При недостатке влаги лучший урожай дают скороспелые сорта, рано заканчивающие рост, дающие малое количество соломы и успевающие уйти в развитии от засухи.

Видимые изменения, происходящие с семенным растением за время жизни, заключаются в следующем: набухшие и прорастающие в земле семена дают желтые ростки, которые выходят на поверхность почвы и зеленеют, то есть появляются всходы. У злаков вслед за выходом ростков на поверхность начинается процесс кущения. Из узла кущения развиваются придаточные корни и новые побеги. Яровые злаки кустятся слабее озимых. Вслед за кущением наступает выход стеблей в трубку, затем колошение, цветение, после чего наступает молочная, восковая и полная спелость. Многолетние и двулетние растения в течение лета успевают подготовиться к зимнему периоду и к следующей весне. Эта подготовка заключается в накоплении растением в клетках органов (коре, древесине, паренхиме стеблей и корней) запасов крахмала, сахара, белков, жиров и прочих органических веществ.

Листья большей части зимующих растений на зиму сбрасываются, и новые листовые и цветущие побеги развиваются из зимующих почек. Явление листопада связано не только с низкими температурами и недостатком воды, с разрушением хлорофилла, ослаблением питания и накоплением в листьях щавелево-кальциевых солей, но и с укорочением дня. Крайне интересными являются фанты культивирования наших лиственных древесных пород в тропическим странах, где условия роста в зимний период, казалось бы, не должны были бы способствовать листопаду. Однако и там они продолжают сбрасывать листья в период, соответствующий нашей зиме. Особенно «консервативны» в этом отношении дубы. Вишни и персики при долговременной культуре на острове Реюньон стали вечнозелеными.

В зимний период как двулетние (свекла, морковь), так и многолетние растения (корневищные травы, кустарники, деревья) умеренного и холодного климата впадают в состояние вынужденного покоя , при котором все процессы жизни становятся малозаметными, а рост почти прекращается. Такое состояние вызывается отсутствием условий, нужных для роста растений, оно помогает растениям переносить зиму.

От состояния вынужденного покоя надо отличать состояние глубокого покоя , когда при внешних условиях, казалось бы вполне благоприятных для роста, почки все же не развиваются в побеги. Примером могут служить «спящие» почки деревьев и кустарников, не развивающиеся в первый год жизни. Продолжительность периода покоя разнообразна у различных растений.

Согласно исследованиям П. А. Генкеля и Е. З. Окниной (1948), в состоянии покоя происходит обособление протоплазмы клеток от клеточных оболочек При этом плазмодесмы втягиваются внутрь протопласта и протоплазма теряет связь с оболочной клетки и с соседними клетками. У древесных растений в состоянии покоя протоплазма покрывается липоидным слоем, изолирующим протопласт клетки от поступления воды.

Этот период можно сократить или, наоборот, удлинить. Так, молодые клубни картофеля можно «заставить» прорастать вскоре же после уборки путем осторожного перетирания с песком или обработки химическими веществами (например, этиленхлоргидрином). При долгом хранении картофеля иногда важно бывает удлинить период его покоя, и в этом случае парами летучего метилового эфира α-нафтилуксусной кислоты можно задержать прорастание клубней на несколько недель. С помощью теплых ванн или действием эфира заставляют преждевременно трогаться в рост цветочные и листовые почки корневищ ландыша, ветвей сирени и других растений при ранней выгонке их в теплицах в зимнее время.

Изучение перечисленных явлений роста растений показывает, что годовой ритм окружающей природы и резкие колебания погоды не могут не отзываться на жизненном цикле растений. Растение и окружающая среда тесно связаны между собой и взаимно влияют друг на друга.

Источник

Ночная жизнь растений

Орхидея Dendrobium speciosum, раскрывающая цветы только ночью

Что «делают» растения ночью? На этот вопрос так и хочется ответить: «Отдыхают». Ведь, казалось бы, вся «активная жизнь» растения происходит днем. В дневные часы цветы раскрываются и опыляются насекомыми, развертываются листья, молодые стебли растут и тянут свои верхушки к солнцу. Именно в течение светлого времени суток растения используют солнечную энергию для того, чтобы преобразовывать углекислый газ, поглощаемый ими из атмосферного воздуха, в сахар.

Однако растение не только синтезирует органические вещества – оно их и использует в процессе дыхания, снова окисляя до углекислого газа и поглощая при этом кислород. Но количество кислорода, необходимого растениям для дыхания, примерно в 30 раз меньше того, что выделяется ими в процессе фотосинтеза. Ночью, в темноте, фотосинтез не происходит, но и в это время растения потребляют так мало кислорода, что это нисколько не сказывается на нас с вами. Поэтому старая традиция выносить растения из комнаты больного на ночь совершенно не обоснованна.

Карликовый поссум опыляет соцветия эвкалипта

А еще есть ряд видов растений, которые потребляют углекислый газ именно ночью. Поскольку энергии солнечного света, необходимой для полного восстановления углерода, в это время нет, сахар, конечно, не образуется. Но поглощенная из воздуха углекислота сохраняется в составе яблочной или аспарагиновой кислот, которые потом, уже на свету, вновь разлагаются, высвобождая СО2. Именно эти молекулы углекислого газа включаются в цикл основных реакций фотосинтеза – так называемый цикл Кальвина. У большинства же растений этот цикл начинается с захвата молекулы СО2 непосредственно из воздуха. Такой «простой» способ носит название С3-пути фотосинтеза, а если углекислый газ предварительно запасается в яблочной кислоте – это С4-путь.

Казалось бы, зачем нужны дополнительные сложности? В первую очередь для того, чтобы экономить воду. Ведь поглощать углекислоту растение может только через открытые устьица, через которые происходит и испарение воды. И днем, в жару, воды через устьица теряется намного больше, чем ночью. А у С4-растений устьица днем закрыты, и вода не испаряется. Газообмен же эти растения осуществляют в прохладные ночные часы. Кроме того, С4-путь в целом более эффективен, он позволяет синтезировать большее количество органических веществ в единицу времени. Но только в условиях хорошей освещенности и при достаточно высокой температуре воздуха.

Так что С4-фотосинтез свойствен «южанам» – растениям из жарких областей. Он присущ большинству кактусов, некоторым другим суккулентам, ряду бромелиевых – например всем хорошо известному ананасу (Ananas comosus), сахарному тростнику и кукурузе.

Интересно, что еще в 1813 г., задолго до того, как стали известны биохимические реакции, лежащие в основе фотосинтеза, исследователь Бенджамин Хейн написал в Линнеевское научное общество о том, что листья ряда суккулентных растений имеют особенно острый вкус по утрам, а затем, к середине дня, их вкус становится более мягким.

Способность использовать связанный в органических кислотах СО2 обусловлена генетически, но реализация этой программы находится и под контролем внешней среды. При сильном дожде, когда угрозы высыхания нет, а освещенность невысока, С4-растения могут открывают свои устьица днем и переходить на обычный С3-путь.

А что еще может происходить с растениями по ночам?

Некоторые виды приспособились привлекать своих опылителей именно в ночные часы. Для этого они используют разные средства: и усиливающийся к ночи запах, и приятный и заметный для глаза ночных опылителей цвет – белый или желтовато-бежевый. На такие цветы летят ночные бабочки. Именно они опыляют цветы жасмина (Jasminum), гардении (Gardenia), лунных цветов (Ipomea alba), вечерницы, или ночной фиалки (Hesperis), любки двулистной (Platanthera bifolia), лилии кудреватой (Lilium martagon) и ряда других растений.

Lilium martagon, старинный рисунок

А есть растения (их называют хироптерофильными), которые опыляются в ночные часы летучими мышами. Больше всего таких растений в тропиках Азии, Америки и Австралии, меньше в – Африке. Это бананы, агавы, боабабы, некоторые представители семейств миртовых, бобовых, бегониевых, геснериевых, синюховых.

Цветки хироптерофильных растений раскрываются только с наступлением сумерек и не отличаются яркостью окраски – как правило, они зеленовато-желтые, коричневые или фиолетовые. Запах у таких цветков весьма специфический, часто неприятный для нас, но, наверное, привлекательный для летучих мышей. Кроме того, цветки хироптерофильных растений обычно крупные, с прочным околоцветником и снабжены «посадочными площадками» для своих опылителей. В качестве таких площадок могут выступать толстые цветоножки и цветоносы или безлистные участки ветвей, примыкающих к цветкам.

Читайте также:  Значение листьев для жизни растений

Перохвостый поссум опыляет соцветие банксии

Некоторые хироптерофильные растения даже «разговаривают» со своими опылителями, привлекая их. Когда цветок лианы Mucuna holtonii, принадлежащей к семейству бобовых и произрастающей в тропических лесах Центральной Америки, становится готовым к опылению, один из его лепестков приобретает специфическую вогнутую форму. Этот вогнутый лепесток концентрирует и отражает сигнал, издаваемый летучими мышами, отправившимися на поиски корма, и таким образом сообщает им о своем местонахождении.

Но не только рукокрылые млекопитающие опыляют цветы. В тропиках известно более 40 видов зверьков из других отрядов, активно участвующих в опылении около 25 видов растений. У многих из этих растений, как и у тех, которые опыляются летучими мышами, цветки крупные и прочные, часто неприятно пахнущие и образующие большое количество пыльцы и нектара. Обычно число цветков на таких растениях или в их соцветиях невелико, цветки располагаются низко над землей и раскрываются только к ночи, чтобы обеспечить максимальное удобство ночным зверюшкам.

Ночная жизнь цветов не ограничивается привлечением опылителей. Целый ряд растений закрывает лепестки на ночь, но при этом внутри цветка остаются ночевать насекомые. Наиболее известным примером подобной «гостиницы» для насекомых, является амазонская лилия (Victoria amasonica). Впервые европейцы увидели ее в 1801 г., а подробное описание растения было сделано в 1837 г. английским ботаником Шомбургом. Ученый был просто потрясен и его гигантскими листьями, и чудесными цветами и назвал цветок «Нимфея Виктория», в честь английской королевы Виктории.

Семена виктории амазонской впервые были присланы в Европу в 1827 г., но тогда они не проросли. В 1846 г. семена отправили в Европу снова, на этот раз в бутыли с водой. И они не только отлично перенесли дорогу, но и развились в полноценные растения, которые через 3 года зацвели. Произошло это в ботаническом саду «Кью» в Англии. Весть о том, что виктория должна зацвести, быстро распространилась не только среди служащих ботанического сада, но и среди художников и репортеров. В оранжерее собралась огромная толпа. Все с нетерпением следили за часами, ожидая раскрытия цветка. В 5 часов вечера еще закрытый бутон поднялся над водой, его чашелистики раскрылись и появились снежно-белые лепестки. По оранжерее распространился замечательный запах зрелого ананаса. Через несколько часов цветок закрылся и опустился под воду. Снова он появился только в 7 часов вечера следующего дня. Но, к удивлению всех присутствующих, лепестки чудо-цветка были уже не белые, а ярко-розовые. Вскоре они стали опадать, при этом их окраска становилась все более и более интенсивной. После полного опадения лепестков началось активное движение тычинок, которое, по свидетельству присутствующих, даже было слышно.

Но кроме необыкновенной красоты у цветков виктории есть еще удивительные особенности, связанные с привлечением насекомых. В первый день температура в белом цветке виктории повышается по сравнению с окружающим воздухом примерно на 11°С, и к вечеру, с наступлением прохлады, в этом «тепленьком местечке» скапливается большое количество насекомых. Кроме того, на плодолистиках цветка образуются особые пищевые тельца, также привлекающие опылителей. Когда цветок закрывается и опускается под воду, вместе с ним опускаются и насекомые. Там они проводят ночь и весь следующий день, – до тех пор, пока цветок снова не поднимется на поверхность. Только теперь он уже холодный и не ароматный, и насекомые, нагруженный пыльцой, летят в поисках новых теплых и ароматных белых цветов, чтобы опылись их, а заодно и переночевать в следующей теплой и безопасной «гостинице».

В столице Таиланда Бангкоке есть удивительно красивый храм «Изумрудный Будда». Множество изваяний Будды находится и внутри храма и около него. Верующие тайцы приносят своему богу подарки и цветы лотоса. Живые растения лотоса растут в специальных водоемах тут же рядом, радуя глаз своими удивительно красивыми цветами

Еще один, пожалуй, не менее красивый цветок также предоставляет своим опылителям ночные квартиры – это лотос. Есть два вида лотоса. В Старом Свете растет лотос орехоносный с розовыми, а в Америке – лотос американский с желтыми цветками. Лотос способен поддерживать внутри своих цветков относительно постоянную температуру – значительно более высокую, чем температура окружающего воздуха. Даже если снаружи всего +10°С, внутри цветка – +30. +35°С! Цветки лотоса разогреваются за 1–2 дня до раскрытия, и постоянная температура поддерживается в них в течение 2–4 дней. За это время созревают пыльники, а рыльце пестика становится способным воспринимать пыльцу.

Опыляют лотос жуки и пчелы, для активного полета которых нужна температура как раз около 30°С. Если насекомые оказываются в цветке после его закрытия и проводят ночь в тепле и уюте, активно передвигаясь и покрываясь пыльцой, то утром, когда цветок раскроется, они сразу же способны лететь на другие цветки. Таким образом «постояльцы» лотоса получают преимущество перед оцепеневшими насекомыми, проведшими ночь на холоде. Так тепло цветка, переданное насекомому, способствует процветанию популяции лотоса.

Многие представители семейства ароидных, такие как гигантский аморфофаллус (Amorphophallus titanus), всем хорошо известная монстера и филодендроны имеют черешки цветков, которые продуцируют тепло в ночные часы, усиливая запах и помогая насекомым-опылителям с максимальными удобствами провести ночь. Малоприятный запах аморфофаллуса привлекает, например, массу жуков, которые находят среди лепестков гигантского соцветия и теплую квартиру, и еду, и брачных партнеров. Еще одно интересное растение из семейства ароидных – Typophonium brownii – мимикрирует под кучки помета животных, привлекая к себе навозных жуков, которых «отлавливает» на ночь и заставляет переносить на себе свою пыльцу.

Вот так, по-разному, растения трудятся в ночные часы. Интересно, что среди цветковых растений есть и такие, которые вообще никогда не видят дневного света, и вся их жизнь проходит под покровом темноты. Это паразитические растения – фотосинтез в темноте невозможен, а вот для того, чтобы сосать соки из корней других растений, свет не нужен. Обычно на поверхности можно увидеть только цветы этих растений – да и то непродолжительное время, необходимое для их опыления. К подобным растениям относятся Петров крест (Lathraea squamaria) и заразиха (Orobanche). А вот у подземных орхидей родов Rhizanthella и Thismia, произрастающих в Австралии, даже цветы не показываются на поверхности. Их опыляют термиты и некоторые другие насекомые, живущие в почве. Так что эти орхидеи, можно сказать, ведут исключительно ночной образ жизни.

Источник

Суточный периодизм жизнедеятельности растений

Некоторые вопросы физиологии растений. Суточный периодизм жизнедеятельности растений.

Физиология растений – это наука о процессах, которые происходят в растительных организмах. К основным процессам жизнедеятельности растений относят фотосинтез и дыхание. Они носят сложный характер и происходят при участии веществ, называемых ферментами. Кроме того, растения постоянно испаряют влагу, этот процесс называется транспирацией.

Процессы фотосинтеза и дыхания в течение суток происходят с разной интенсивностью или даже вовсе прекращаются при определенных условиях. Так днем в растении осуществляются реакции фотосинтеза, дыхания и транспирации. Ночью происходит дыхание и транспирация с прекращением реакции фотосинтеза. Физиологи растений считают, что постоянно, как днем, так и ночью, растения извлекают из почвы воду, органические и минеральные вещества (так же углекислоту почвы).

И только совокупное использование продуктов почвенного и светового питания (продуктов фотосинтеза) позволяет растениям образовывать новые молекулы, размножать клетки, строить новые ткани и органы. В этом и состоит процесс роста и развития растения, когда увеличиваются его размеры и формируются дифференцированные органы.

Интенсивность и эффективность перечисленных процессов, проходящих в растении, впрямую зависит как от внешних (экзогенных) факторов, так и от внутренних (эндогенных) и поддаются регулировке. Поэтому для того, чтобы говорить о том, как с помощью освещенности, температуры, влажности и режимов питания и полива влиять на скорость роста и развития растений, следует подробней остановиться на сущности основных физиологических процессов растения.

Под фотосинтезом понимается тип питания углеродом, при котором синтез органических соединений происходит с использованием энергии солнечного света из простых неорганических веществ: углекислого газа (С02) и воды (Н20).

Фотосинтез протекает в любых зеленых частях растения (стеблях, плодах и даже корнях у эпифитных растений), но в основном — в листьях. Этому способствует анатомическое строение листа и его большая поверхность на единицу массы. Густая сеть жилок обеспечивает не только поступление воды, но и быстрый отток углеводов, которые в листьях образуются в процессе фотосинтеза.

Углекислый газ из атмосферы поступает в листья через устьица и проникает в любую часть листа по межклеточным пространствам.

Фотосинтез осуществляется в хлоропластах — органоидах, содержащихся в клетках листьев и других зеленых частях растений. Размеры хлоропластов 4-6 мкм, наиболее часто они имеют овальную форму. У высших растений в одной клетке обычно бывает несколько десятков хлоропластов. Зеленый цвет хлоропластов зависит от содержания в них пигмента хлорофилла. От цитоплазмы хлоропласт отделен двумя мембранами — наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, без складок и выростов, а внутренняя образует много складчатых выростов, направленных внутрь хлоропласта. Поэтому внутри хлоропласта сосредоточено большое количество мембран, образующих особые структуры — граны.

В мембранах гран располагаются молекулы хлорофилла, и именно здесь происходит фотосинтез, который, очень упрощенно, можно рассматривать как реакцию усвоения углекислого газа атмосферы с помощью солнечной энергии (при участии воды). И результатом этой реакции являются органические вещества, прежде всего — сахара. В хлоропластах синтезируется АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Между внутренними мембранами хлоропласта содержатся ДНК, РНК и рибосомы. Следовательно, в хлоропластах происходит синтез белка, необходимого для деятельности этих органоидов. Хлоропласты размножаются делением.

Интенсивность фотосинтеза в значительной мере зависит от большого числа внешних факторов, среди которых наиболее важными являются: свет (интенсивность и спектральный состав), температура, концентрация СО2 и О2, водный режим, минеральное питание, а также внутренних особенностей растения: его возраста, содержания хлорофилла и ферментов, количества воды в листе, структуры листа, степени открытости устьиц.

Читайте также:  Что за растение пицея глаука коника

Увеличение концентрации СО2 в воздухе активирует интенсивность фотосинтеза и ингибирует дыхание растений. Под влиянием СО2 растягивается период дегидратации (обезвоживания) тканей растения, так как снижается интенсивность потери воды. Рост концентрации СО2 увеличивает возможности адаптации растений к повышению температуры, особенно у слабоустойчивых сортов.

Механизм усвоения углекислого газа, являющегося основным у фотосинтезирующих организмов, описан М. Кальвином ( M. Calvin), получившим за эту работу Нобелевскую премию в 1961 г. Описанная им последовательность всех ферментативных реакций, приводящих к образованию сахаров из углекислого газа с помощью энергии солнечного света, носит название цикл Кальвина. Типов фотосинтеза растений обнаружено несколько, но общим для всех типов является способность превращать энергию света в доступные клетке формы энергии, которая потребляется затем во всех энергозависимых процессах, в том числе и для биосинтезов.

В целом, химический баланс фотосинтеза может быть представлен в виде простого уравнения:

Нужно заметить, что количество воды, потребляемой для образования углеводов при фотосинтезе, представляет незначительную часть по сравнению с общим содержанием воды, необходимым для поддержания клетки в тургорном состоянии. И заметное снижение интенсивности фотосинтеза отмечается только при увеличении водного дефицита свыше 15—20%.

В то же время в литературе встречается парадоксальное, на первый взгляд, утверждение, что и полное насыщение листьев водой приводит к снижению фотосинтетических реакций. Объясняют это явление сдавленностью устьиц, их неспособностью открываться полностью при полном насыщении водой тканей листа. Однако этот эффект носит кратковременный характер, так как вследствие транспирации насыщение листьев водой снижается.

Недостаток воды прежде всего приводит к закрытию устьиц. Если устьица закрыты, поглощение СО2 листьями резко снижается, что снижает фотосинтез. Кроме того, закрытые устьица снижают транспирацию, что приводит к повышению температуры листьев и перегреву растения. При сильном обезвоживании клеток наступают структурные изменения фотосинтетического аппарата: повреждается структура тилакоидов (полостей внутри хлоропластов, в которых происходят светозависимые реакции), снижается активность ферментов. Длительное обезвоживание может привести к тому, что растение не восстанавливается даже после насыщения влагой, так как в структуре его клеток произошли необратимые изменения, а устьица утратили способность открываться и закрываться.

Под дыханием растений понимается процесс газообмена: поглощения кислорода воздуха (02) и выделения углекислого газа. Такое дыхание — на уровне целого растения, называют внешним дыханием.

Газообмен происходит через покровные ткани и специализированные структуры — устьица. Скорость дыхания различных органов и тканей неодинакова: наиболее интенсивно дышат быстрорастущие ткани (меристемы, зоны растяжения, недифференцированные ткани).

Клеточное дыхание растений протекает в митохондриях – клеточных органоидах и является процессом окисления органических веществ кислородом воздуха с выделением энергии.

Митохондрии содержатся в цитоплазме большинства животных и растений. Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью которого можно рассмотреть их форму, расположение, сосчитать количество. Внутреннее строение митохондрий изучено с помощью электронного микроскопа. Оболочка митохондрии состоит из двух мембран — наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя же мембрана образует многочисленные складки, которые направлены в полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кристами. Число крист неодинаково в митохондриях разных клеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причем особенно много крист в митохондриях активно функционирующих клеток. Основная функция митохондрий — синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Эта кислота синтезируется в митохондриях клеток всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии, необходимый для осуществления процессов жизнедеятельности клетки и целого организма. Митохондрии размножаются делением.

Функции дыхания одинаковы у растений и животных: во-первых, это обеспечение клетки энергией (энергия, высвобождающаяся при окислении углеводов, преобразуется в клеточную энергию АТФ), во-вторых, обеспечение клеток метаболитами (промежуточными продуктами распада), которые образуются при окислении глюкозы и используются растениями в синтезе разнообразных необходимых растениям веществ. В-третьих, функция дыхания – термогенез, то есть рассеивание энергии в виде тепла.

Необходимо отметить так же, что процесс дыхания невозможен без участия окислительно-восстановительных ферментов.

У растений хлоропласты в ночное время прекращают синтез молекул АТФ, в это время суток эти высокоэнергетические молекулы синтезируются в митохондриях.

Центральная часть общего пути катаболизма (разложения сложных веществ на более простые) описана циклом Кребса. Это циклический биохимический процесс, в ходе которого происходит превращение соединений, образующихся как промежуточные продукты при распаде углеводов, жиров и белков, до CO2. При этом освобождённый водород в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии — АТФ.

Суммарное уравнение может быть записано в следующем виде:

За эту работу Х. Кребс (совместно с Ф. Липманом) в 1953 г. был удостоен Нобелевской премии.

Интенсивность дыхания определяют по количеству выделенного растением углекислого газа, по количеству поглощенного кислорода или по убыли сухой массы (эти показатели рассчитываются на единицу массы в единицу времени).

Как всякая ферментативная реакция, дыхание усиливается при повышении температуры. Однако в интервале 30С – 40С дыхание растений ослабляется. Физиологи объясняют это явление тем, что с началом подъема температуры усиливаются ферментативные процессы, но затем наступает нехватка кислорода (его поглощение с температурой не усиливается) и это не дает возможности усиливаться процессу дыхания дальше.

В процессе эволюции расте­ния приспосабливаются к определенным температурным условиям. На характер реагирования влияет происхождение растений, то, к каким температурным условиям они приспособлены генетически. Так хойи безболезненно переносят подъем температуры до 35С и даже 40С.

Для протекания дыхания необходим кислород. Увеличение содержания кислорода до 5—8% сопровождается повы­шением интенсивности дыхания. Дальнейшее возрастание концентрации 02 обычно уже не сказывается на интенсивности дыхания. Большое значение в снабжении кислородом отдельных органов и тканей имеет система межклетников, способствующая циркуляции воздуха. Воздух, прони­кая через устьица листа, достигает по межклетному пространству других орга­нов, что и позволяет им осуществлять аэробное дыхание. Необходимо помнить так же, что растения, хойи в частности, нуждаются еще и в доступе кислорода непосредственно к корням, поэтому почва, в которой они растут, должна быть хорошо аэрируемой, рыхлой.

Углекислый газ является конечным продуктом дыхания. При концентрациях выше 40% процесс дыхания тормозится: инактивируются некоторые дыхательные ферменты, так же закрываются устьица, что приводит к недостаточному поступлению кислорода.

Интенсивность дыхания сильно зависит от снабжения рас­тения элементами минерального питания. Такие элементы, как фосфор, сера, железо, медь, марганец, принимают непосредственное участие в процессе дыха­ния, входя в промежуточные продукты (фосфор) или являясь составной частью дыхательных ферментов.

Содержание воды в растении достигает 95% от его массы и она прямо или косвенно участвует во всех жизненных процессах растения. Вода входит в состав мембран и клеточных стенок, является основной частью цитоплазмы (благодаря воде ее коллоиды и белки поддерживают свою структуру, а все содержимое находится в подвижном состоянии). Поскольку вода является растворителем, она обеспечивает передвижение и циркуляцию по растению питательных веществ, которые в ней растворены. Кроме того, вода сама принимает непосредственное участие во многих важнейших реакциях: гидролиза, окислительно-восстановительных при фотосинтезе и дыхании. Вода защищает ткани растений от резких колебаний температуры и обеспечивает упругость растения.

В растении вода находится как в свободном, так и связанном состоянии, с физиологической точки зрения значение свободной и связанной воды различно. Большинство физиологов считает, что основные физиологические процессы, в том числе и темпы роста, в первую очередь зависит от количества в растении свободной воды. А вот устойчивость растения к неблагоприятным условиям впрямую зависит от содержания в нем связанной воды.

Для нормального существования растение должно содержать много воды. Но, развив большую листовую поверхность для поглощения углекислого газа (его в атмосфере мало, всего 0,03%) растение вынуждено много воды терять в процессе транспирации. И, чтобы восполнять эту потерю от испарения, растение должно постоянно получать воду. Два непрерывно идущих процесса – испарение и поступление воды, называют водным балансом растения. Растения в процессе естественного отбора выработали приспособления как для поглощения воды (развитая корневая система), так и для ее передвижения (специальная проводящая система). Для сокращения испарения воды у растений существует система покровных тканей и система автоматически закрывающихся устьичных отверстий. И все-таки очень часто поступление воды в растение и ее расход не уравновешиваются, наступает водный дефицит.

Процесс транспирации усиливается тем сильнее, чем ниже влажность воздуха и выше его температура. Сильное влияние на транспирацию оказывает свет. На свету повышается температура листа, и это вызывает усиление процесса транспирации. Свет влияет на транспирацию тем сильнее, чем выше в листьях содержание хлорофилла. У зеленых растений даже рассеянный свет повышает транспирацию на 30—40%.

На интенсивность процесса транспирации оказывает влияние влажность почвы. С уменьшением влажности почвы транспирация уменьшается, так как чем меньше воды в почве, тем меньше ее в растении. А уменьшение содержания воды в растении включает процессы устьичной и внеустьичной регулировки, транспирация снижается.

Транспирация зависит и от внутренних факторов, прежде всего от содержания воды в листьях. Всякое уменьшение содержания воды уменьшает интенсивность транспирации. Транспирация изменяется в зависимости от величины листовой поверхности, а также при изменении соотношения корни/побеги. Чем больше развита листовая поверхность и больше побеги, тем значительнее общая потеря воды.

Интенсивность транспирации зависит и от фазы развития. С увеличением возраста растений транспирация, как правило, падает. Высокая интенсивность испарения у молодых листьев может происходить за счет высокой кутикулярной транспирации, так как кутикула у молодых растений еще слабо развита.

Транспирация изменяется в течение суток: ночью она резко сокращается. Это связано как с изменением внешних факторов (повышается влажность воздуха, снижается температура, отсутствует свет), так и с внутренними особенностями (закрываются устьица). Измерения показывают, что ночная транспирация составляет всего 3—5% от дневной. Днем транспирации обычно изменяется в зависимости от метеорологических условий: освещенности, температуры, влажности воздуха. Наиболее интенсивно транспирация происходит в 12—13 ч.

Читайте также:  Примеры использования растений выделяющих летучие вещества

Основным органом поглощения воды являются корни. Дальнейшее передвижение воды в растении идет по сосудистой системе корня, стебля и листа. Транспорт воды в корне зависит от интенсивности процесса дыхания.

Наземные растения в основном поглощают воду из почвы. Однако некоторое количество воды может поступать из атмосферы. Есть растения, для которых атмосферная влага является основным источником. К таким растениям относятся, прежде всего, эпифиты, живущие на поверхности других растений, но не являющиеся паразитами. Эпифиты принадлежат к различным семействам, особенно много их в тропической флоре. Они обладают воздушными корнями, в которых имеется многослойная ткань, состоящая из полых клеток с тонкими стенками. Такое строение позволяет им поглощать как пары воды, так и воду осадков, подобно губке. У некоторых эпифитов дождевая вода собирается листьями и затем поглощается с помощью волосков.

Поступление воды через корневую систему зависит от температуры. С понижением температуры скорость поступления воды резко сокращается. Это может оказать заметное влияние на растение, особенно в осенний период, когда испарение идет еще достаточно интенсивно, а поступление воды задерживается из-за пониженной температуры почвы. В результате растение завядает и даже может погибнуть от обезвоживания. Причин, по которым понижение температуры вызывает уменьшение поступления воды, по-видимому, несколько: это и уменьшение подвижности воды (увеличивается ее вязкость) с уменьшением проницаемости цитоплазмы, и уменьшение скорости всех метаболических процессов, и торможение роста корней.

Снижение аэрации почвы также тормозит поступление воды. Это можно наблюдать, когда после сильного дождя все промежутки почвы заполнены водой и вместе с тем на солнце при сильном испарении растения увядают.

Характерной чертой ростовых процессов растений является то, что они локализуются в определенных точках – меристемах. Апикальные (верхушечные) меристемы располагаются в верхушках стебля или корня, интеркалярные (вставочные) меристемы обеспечивают рост междоузлий. Рост стебля в толщину (камбий, феллоген) обеспечивают латеральные меристемы.

Необходимо заметить при этом, что на интенсивность роста растений влияют не только внешние (экзогенные) факторы: температура, наличие влаги, свет, но и такие внутренние (эндогенные) факторы, как интенсивность нуклеинового и белкового синтеза, темпы образования, накопления и активность ферментов, фитогормонов и других продуктов метаболизма. Темпы роста растения впрямую связаны с питанием растения и его водным балансом.

Наиболее сильно внутренние факторы сказываются на росте тех растений, которые выращиваются в регулируемых условиях.

Температура. Для каждого вида растений существуют определенные температурные границы, благоприятные для роста. Эти границы определяются географическим происхождением данного вида. Различают три кардинальные для растения температурные точки: минимальная температура, при которой рост только начинается, оптимальная — наиболее благоприятная для ростовых процессов, и максимальная, при которой рост прекращается. С повышением температуры от минимальной до оптимальной скорость роста растений резко возрастает. При этом оптимальные температуры могут быть неодинаковыми для роста разных органов одного и того же растения. Как правило, оптимальная температура для роста корней ниже по сравнению с оптимальной температурой для роста надземных органов. А для роста боковых побегов оптимальная температура ниже по сравнению с температурой, нужной для роста главного стебля.

Свет впрямую влияет на рост растения. При этом на разные стороны ростовых процессов влияние света проявляется неоднозначно. Так, свет необходим для протекания процесса фотосинтеза, и поэтому накопле­ние массы растения без света не происходит. Вместе с тем рост клеток растяжением (увеличение длины побега) может идти в темноте, а на свету рост стебля тормозится, при этом рост листьев усиливается и они принимают обычную форму. Под влиянием света происходят так же анатомические изменения стебля (фотоморфогенез), когда дифференцируется эпидермис, появляются волоски, изменяется окраска — син­тезируется хлорофилл.

Процесс роста растения требует больших затрат энергии, источником которой являются процессы дыхания. Дыхательные процессы обеспечивает кислород. При его снижении ниже 5% рост растения тормозится.

Для нормального протекания ростовых процессов не­обходимо достаточное снабжение растения всеми необходимыми минеральными элемен­тами. Особенно специфична роль снабжения растений азотом. Это связано не только с тем, что азот входит в состав белков и нуклеиновых кислот, но и с обра­зованием двух основных групп гормонов, регулирующих ростовые процессы (ауксинов и цитоконинов).

Содержание воды. В процессе своего роста растения особенно чувствительны к не­достатку воды. Уменьшение содержания воды в почве приводит и к уменьшению содержания ее в растении, а это, в свою очередь, резко тормозит процессы роста. В ситуации водного дефицита снижается скорость деления клеток и особенно их рост растяжением. Для различных физиологических процессов нужна разная насыщенность водой. Наибольшая насыщенность водой требуется для процессов роста. Степень насыщенности клетки или ткани растений водой называют гидратурой, она выражается в про­центах. За 100%-ную гидратуру принимается такая насыщенность, при которой данное тело находится в равновесии с атмосферой, имеющей 100%-ную отно­сительную влажность. Рост клеток идет лишь в том случае, если гидратура не падает ниже 95%. Для того чтобы поддержать такую гидратуру, точки роста над­земных органов растения защищены смыкающимися листочками с хорошо раз­витой кутикулой. Точки роста корня не имеют подобной защиты и поэтому тре­буют повышенной влажности почвы для своего роста.

Установлено, что растения интенсивнее растут в ночной период суток. Для роста многих растений благоприятной является изменение температуры в течение суток — днем повышенная, а ночью пониженная. Это явление Ф. Вент назвал термопериодизмом. Показано (Н.И. Якушкина), что пониженные ночные температуры ускоряют рост корневой системы и боковых побегов у растений. Такое влияние может быть объяснено тем, что при понижении температуры более активно ра­ботают ферменты, катализирующие распад крахмала на сахара. В листьях обра­зуются растворимые транспортные формы углеводов, легко передвигающиеся к точкам роста корня и боковых побегов, благодаря чему их рост усиливается.

Однако по подобной схеме растения растут только в самых благоприятных условиях, близ экватора, где продолжительность дня и ночи приблизительно равны, ночи всегда теплые и благоприятствуют росту. В наших условиях короткого лета, коротких и не очень теплых ночей растения вынуждены использовать для роста все теплое время суток: и ночь, и часть дня. Наблюдениями было установлено, что большое количество растений наших широт растет днем заметно быстрее, чем ночью. В то же время отмечается, что растения, растущие и у нас быстрее ночью, чем днем, представляются более жизнеспособными, более податливыми на агротехнические приемы повышения урожайности.

Для измерения и регистрации роста стебля в 70-х и 80-х гг. XIX в. был создан целый ряд приборов, названных ауксанометрами. Принцип механической регистрации роста стебля и первая простейшая модель ауксанометра были предложены Саксом в 1872 г. Прирост стебля, к верхушке которого привязывалась нить, перекинутая через вращающийся блок, отмечался по перемещению прикрепленной к блоку стрелки. В домашних условиях простейший ростомер изготавливается из миллиметровой бумаги, закрепленной рядом со стеблем, на которой делаются отметки рядом с верхушкой измеряемого стебля.

При помощи ауксанометрических измерений было подтверждено влияние внешних условий на процесс роста (положительное влияние тепла и влажности, задерживающее рост влияние света и т. д.).

Физиолог растений Баранецкий (1879 г.) изучал суточную периодичность роста и обнаружил, что у одних растений максимальный прирост происходит ночью или ранним утром, а у других — днем или вечером. По мнению Баранецкого, этот ритм связан с определенным ритмом биохимических процессов в листьях и меристемах, а эти процессы в свою очередь зависят от периодичности смены дня и ночи.

При этом до сих пор список растений, суточный периодизм роста которых изучен, остается очень скудным: на одной и той же гряде могут одновременно жить виды или сорта растений, совершенно различные по своим суточным периодам и темпам роста.

Явление суточной периодичности и ритмичности роста было разработано в трудах физиолога В. С. Шевелухи – академика ВАСХНИЛ. Он и его сотрудники создали оригинальные ауксанографы, с помощью которых в течение 12 вегетационных периодов (1965—1976 гг.) проводили в условиях Белоруссии подробные исследования многих культур. Им было установлено, что по ночам растут гораздо быстрее, чем днем люпин, клевер, картофель, свекла сахарная, свекла кормовая, брюква, морковь, цикорий, помидоры.

И позже проводились интересные исследования, которые касались изучения того, в какое время, ночью или днем растения растут быстрее. Так выяснилось, что в районе Калуги практически все злаковые и бобовые культуры растут днем быстрее. Но некоторые виды растений растут быстрее ночью: груша дикая, малина, ампелопсис (виноградовик), спирея (таволга), рудбекия, фасоль и подорожник. Корнеплодные растения, картофель и томаты тоже проявляют дневное торможение роста и усиление его в вечерние и ночные часы.

В литературе сообщается, что из лесных пород к ночному росту склонна сосна. А на Крайнем Севере в июне, в условиях, когда световой день продолжается практически все сутки, растения демонстрируют невиданные темпы роста.

И, тем не менее, для основной массы растений принято считать, что с 6 часов вечера до 6 часов утра (приблизительно) скорость роста растений постепенно повышается. Затем от утра к вечеру замечается постепенное замедление роста.

Ну, а как же обстоят дела с хойями: когда, ночью или днем растут они?

Никаких сведений о том, чтобы кто-то исследовал суточный периодизм роста хой (да и комнатных растений вообще), не обнаружилось. Исходя из того, что хойи являются тропическими растениями, расти они, преимущественно, должны ночью, используя высокую ночную температуру и значительную продолжительность ночи. Но, с другой стороны, хойи настолько пластичны и легко приспосабливаются к условиям квартиры, что они могут расти и днем, так как летние ночи наших широт слишком коротки. Прояснить для себя этот вопрос легко, соорудив в домашних условиях простейший ростомер.

Но следует помнить, что успешный рост хой возможен только в том случае, если им обеспечивают все возможности для фотосинтеза и дыхания, поливом и увлажнением поддерживают их водный баланс и обеспечивают полноценным питанием.

Источник