Что изучает наука физиология растений
Физиология растений
Физиоло́гия расте́ний (от греч. φύσις — природа, греч. λόγος — учение) — это наука о функциональной активности растительных организмов.
Содержание
История физиологии растений
Физиология растений зародилась в XVII—XVIII веках в классических трудах итальянского биолога и врача М. Мальпиги «Анатомия растений» и английского ботаника и врача С. Гейлса «Статика растений». Термин физиология растений впервые был предложен Ж. Сенебье́ в его трактате «Physiologie végétale» в 1800 году. В этом трактате он собрал все известные к тому времени данные по этой дисциплине, а также сформулировал основные задачи физиологии растений, её предмет и используемые методы.
В XIX веке в рамках физиологии растений обособляются её основные разделы: фотосинтез, дыхание, водный режим, минеральное питание, транспорт веществ, рост и развитие, движение, раздражимость, устойчивость растений, эволюционная физиология растений.
В первой половине XX века главным направлением развития физиологии растений становится изучение биохимических механизмов дыхания и фотосинтеза. Параллельно развивается фитоэнзимология, физиология растительной клетки, экспериментальная морфология и экологическая физиология растений. Физиология растений даёт начало двум самостоятельным научным дисциплинам: микробиологии и агрохимии.
Во второй половине XX века намечается тенденция объединения в единое целое биохимии и молекулярной биологии, биофизики и биологического моделирования, цитологии, анатомии и генетики растений. Среди учёных возрастает интерес к исследованиям на субклеточном и молекулярном уровнях. В то же время активно идёт изучение механизмов регуляции, обеспечивающих функционирование растительного организма как единого целого. Резко ускоряются исследования механизмов реализации наследственной информации, роли мембран в системах регуляции, механизмов действия фитогормонов. Быстрое развитие физиологии растений открывает новые возможности в биотехнологии, интенсивном сельском хозяйстве. В сельскохозяйственную практику входят химические регуляторы роста растений, гербициды и фунгициды.
Тест ЕГЭ Биология 11 класс Бесплатно Физиология растений
Введение
Для растений, как и для любого живого существа, характерны все признаки живого: дыхание, питание, рост, размножение.
Фотосинтез как способ питания характерен только для растительных клеток, в которых есть хлоропласты.
Наука, которая изучает процессы жизнедеятельности в растениях, называется физиология.
Физиология растений— наука, которая изучает закономерности жизненных процессов (фотосинтез, дыхание, минеральное и водное питание, рост и развитие и др.), их сущность и взаимосвязь с окружающими условиями.
Процессы, происходящие в растительных клетках
В живой клетке цитоплазма по большей части состоит из воды.
При потере воды объем цитоплазмы уменьшается, а при поступлении воды увеличивается до первоначального объёма.
Плазмолиз— отставание цитоплазмы от оболочки клетки в гипертоническом растворе вследствие выхода воды из клетки.
Гипертонический раствор- раствор, имеющий более большую концентрацию вещества по отношению к внутриклеточному раствору.
Деплазмолиз— исчезновение плазмолиза.
Эти процессы способны происходить только в живых клетках, так как только живые клетки обладают свойством полунепроницаемости мембран и цитоплазмы.
Длительный плазмолиз приводит клетку к гибели.
Осмотическое давление
Движение воды в клетке зависит от количества соли в межклеточном пространстве и самой клетке.
Движение воды через полунепроницаемую мембрану из области с низкой концентрацией соли в область с высокой концентрацией соли называется осмос.
Если раствор в клетке перенасыщен солями, то вода, которая находится снаружи клетки, стремится его разбавить.
Когда, наоборот, межклеточная жидкость более «соленая», то вода вытекает из клетки в направлении более высокой концентрации ионов.
Более подробно про дыхание растений можно прочитать в нашем уроке «Дыхание растений. Передвижение и испарение воды в растениях»
Давление, которое оказывает раствор на мембрану, называется осмотическим давлением.
Осмотическое давление обусловлено наличием полунепроницаемой перегородки, разделяющей растворы в клетке и вне клетки.
У растворов, не разделенных полунепроницаемой перегородкой, такого явления не наблюдается.
Осмотическое давление связано с такими процессами, как функция поглощения воды, сохранение формы органов, рост и движение растения.
Тургор— напряженное состояние клеточной оболочки. Он зависит от количества воды в клетке.
Тургорное давление— внутреннее давление, которое развивается в растительной клетке, когда в неё в результате осмоса входит вода и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку.
Тургор обуславливает упругость клеток и тканей, а также открывание и закрывание устьиц листа.
Если тургорное давление в замыкающих клетках большое, то устьичная щель открывается, а если воды становится меньше и тургор уменьшается, то устьичная щель закрывается.
Более подробно можно прочитать в нашем уроке «Строение листа»
Если кратко, то осмос- это диффузия воды через клеточную мембрану, а тургор- упругость клеток, тканей органов в следствии давления содержимого клеток на их эластичные стенки.
Сосущая сила клетки- сила, с которой вода поступает в клетку.
Она определяется разницей между осмотическим и тургорным давлением.
От этой силы зависит поступление воды в растение и передвижение ее из клетки в клетку
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Движение воды у растений
В листовой пластинке растений происходит фотосинтез и испарение воды (транспирация).
В листе развиты следующие ткани, которые так или иначе контролируют водный режим листа и всего растения:
Вспомните строение листа в нашем уроке «Строение листа»
Транспирация (движение воды и ее испарение через наружные органы) может осуществляться не только через устьица, но и через клетки кожицы верхней поверхности листа, покрытые кутикулой.
Такое испарение воды называется кутикулярная транспирация.
Но испарение воды с верхней поверхности листа незначительное, т.к. лист покрыт восковым налетом и устьица практически там отсутствуют.
Поэтому устьичная транспирация идет намного интенсивнее, чем кутикулярная.
Испарение воды растением способствует передвижению воды и минеральных веществ от корней по стеблю к листьям.
Лист называют верхним двигателем водного тока.
Посмотрите на опыт, демонстрирующий транспирацию растения:
Поставьте в баночку с водой срезанные веточки какого-нибудь растения.
Чтобы исключить прямое испарение воды из банки, налейте на ее поверхность чуть-чуть растительного масла: оно полностью закроет поверхность воды и будет препятствовать ее испарению.
Отметьте на банке уровень воды, и скоро вы заметите, как опускается уровень воды в пробирке.
Это будет происходить благодаря устьичной и кутикулярной транспирации.
Важно отметить, что транспирация у хвойных растений идет медленнее и количество испаряемой воды небольшое за счет ограниченного числа устьиц и плотной кожице хвоинок.
Транспирация способствует защите растения от перегревания, току воды и минеральных веществ по сосудам растения и способствует увеличению нагнетающей работы в корне.
Корневое давление
Корень всасывает из почвы воду и растворенные в ней минеральные вещества.
Условием поступления воды в корень является превышение сосущей силы клеток корня над сосущей силой почвенного раствора.
Сосущая сила в клетках корня возникает вследствие испарения воды листьями (транспирации).
Корень может поглощать воду и перемещать ее в стебель растения и без участия листьев и процесса транспирации.
Этот процесс осуществим благодаря корневому давлению.
Корневое давление— сила, с которой корень нагнетает воду в стебель.
Корневое давление возникает за счёт разницы осмотического давления в клетках корня и почвенного раствора.
Корень считают нижним концевым двигателем водного тока.
Корневое давление играет большое значение весной, ведь листьев еще нет и транспирация не осуществляется, поэтому только за счет корневого давления осуществляется ток воды по растению весной.
Это можно проверить опытом, показывающим силу корневого давления:
Берем растение бальзамина и срезаем его побег, оставив только небольшой пенек и корень в почве, на пенек надеваем стеклянную трубку, через некоторое время вода будет подниматься по трубке и вытекать наружу.
Делаем вывод: корень всасывает воду из почвы и по сосудам корня вода под давлением попадает в стебель растения.
Также силу корневого давления мы можем увидеть в опыте с березой.
Весной, надломив ветку березы, мы увидим, как из ветки маленькими каплями вытекает жидкость, собрав которую мы получим березовый сок, но как исследователи убедимся, что движение воды в растении происходит и одна из причин- это корневое давление.
Вода, на самом деле, способна двигаться против силы тяжести.
Правда, только в очень тонких сосудах- капиллярах.
В этом ей помогают силы поверхностного натяжения.
Пока воздействие этих сил больше, чем давление столба воздуха, жидкость будет стремиться по капилляру вверх.
Можно провести опыт, доказывающий движение воды и минеральных веществ по сосудам растения
Возьмем лист бальзамина или цветок подснежника, опустим в воду с окрашенной водой (чернила для окрашивания, как бы дает замену минеральным веществам) и увидим, что по жилкам (сосудам) поднимается окрашенная вода.
Гуттация
Гуттация- процесс выведения воды в виде капель жидкости на поверхности растения.
Её еще называют «плач растения».
Гуттация происходит если количество нагнетаемой корнями воды превышает количество воды, нагнетаемой листьями.
Если в почве достаточно много влаги и в воздухе повышенная влажность, то растение выделяет капельки жидкости на поверхность листьев.
Гуттация также свидетельствует о наличии корневого давления.
Гуттация на листьях клубники:
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Питание растений. Дыхание растений. Листопад
Для растений также, как и для любых живых существ, характерно питание.
Без питательных веществ растение может погибнуть.
Выделяют воздушное и почвенное (корневое) питание растений.
Воздушное питание растений.
Животные являются гетеротрофами, то есть питаются готовыми органическими веществами, а растения являются автотрофами, то есть они сами для себя создают органические вещества.
Фотосинтез- это процесс образования органического вещества (крахмала, глюкозы) из углекислого газа и воды с использованием солнечной энергии.
Опыт, доказывающий образование органического вещества, крахмала, в листьях растений:
Растение на несколько дней ставят в темную комнату, чтобы крахмал в листьях был израсходован растением и не образовывался вновь.
На одном листе этого растения закрепим полоску плотной бумаги с двух сторон.
Выставим растение на солнечный свет на час, потом срежем лист, на котором была закреплена полоска бумаги.
Далее опустим его на 1 минуту в кипяток, затем- в горячий спирт.
Промоем лист в воде, а затем в стеклянной чашечке зальём его слабым раствором йода.
Часть листа, на который попадал свет, окрасится в синий цвет.
Участок листа, на который не попадал свет, только слегка пожелтеет от йода.
Вывод: образование крахмала происходит в листьях только на свету.
Отличие дыхания от фотосинтеза:
Дыхание
Фотосинтез
свойственно всем клеткам
характерно только для растений
углекислый газ выделяется
углекислый газ поглощается
образуются сложные химические вещества
Опыт доказывающий выделение кислорода при фотосинтезе:
Почвенное питание растений осуществляется корнями, которые всасывают минеральные вещества в виде водного раствора их солей.
Вода является необходимым условием жизни растений, ведь она растворяет минеральные вещества и способствует транспортировке минеральных веществ по растению.
Минеральные вещества необходимые для растений:
Почвенное и воздушное питание растений- два звена одного физиологического процесса.
Только при достаточном минеральном питании фотосинтез протекает интенсивно, и растения хорошо растут и развиваются, а без процесса фотосинтеза клетки не дополучают органические вещества и происходит нарушение жизнедеятельности всего растения.
Растения являются продуцентами, то есть создают сами органические вещества в процессе фотосинтеза, а значит являются начальным звеном пищевой цепи.
Способность растений с помощью хлорофилла и хлоропластов поглощать энергию солнечного света и использовать ее на образование органических веществ из неорганических определяет их космическую роль в природе.
Дыхание растений
Все о дыхании растений и опытах доказывающих дыхание растений, вы можете посмотреть в нашем уроке «Дыхание растений. Передвижение и испарение воды в растениях»
Рыхление почвы обеспечивает доступ кислорода воздуха к корням растений.
Листопад
Листопад- это естественный процесс отделения листа от стебля.
Он является приспособлением растения к перенесению неблагоприятных условий.
Осенью в основании листа многих растений начинает разрастаться отделительный слой, под основанием черешка.
Отделительный слой прекращает поступление соков в лист.
Под ним размножаются пробковые клетки.
Пробковые клетки закрывают место, где был лист, от попадания бактерий, пересыхания и других негативных воздействий.
На схеме видны процессы, которые происходят в растениях во время листопада:
У тропических растений листопад может начинаться перед засухой или в холода.
Таким образом листопад способствует сохранению воды в растении, а в период неблагоприятных условий избавляет от ненужных (вредных) веществ, которые накопились в растении.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Движение и рост растений
Тропизмы— движения, вызванные односторонним воздействием какого-либо фактора внешней среды (света, силы земного притяжения и др.).
Настии— движения, вызванные рассеянным влиянием какого-либо фактора (света, температуры и др.)
Например, если растение изгибается к источнику раздражения, то в этом случае мы говорим о положительных тропизмах и настии.
При отрицательные тропизмах и настии изгибание происходит от источника раздражения.
Фототропизм— ростовая реакция растения на действие света, имеет большое значение, так способствует выносу листьев и стебля к свету, необходимого для жизни зеленного растения.
Геотропизм— ростовая реакция растения на действие силы притяжения.
В большинстве случаев корень обладает положительным геотропизмом (рост по направлению к центру Земли), а стебель отрицательным.
При любом положении проростка в пространстве главный корень всегда изгибается вниз, а стебель вверх.
Хемотропизм— движение растений под влиянием химических веществ.
Фотонастии— движения, вызванные сменой света и темноты.
Цветки одних растений (соцветия одуванчика) закрываются при наступлении темноты и открываются на свету.
Цветки других растений (табака) открываются с наступлением темноты.
Термонастии— движения, вызванные сменой температуры.
Ряд растений (тюльпаны, крокусы) открывают и закрывают цветки в зависимости от температуры.
Рост растений
Рост корня в длину осуществляется за счет деления клеток кончика корня, которые являются верхушечной образовательной тканью- меристемой.
Рост стебля в длину также осуществляется за счет работы верхушечной образовательной ткани.
Корень и стебель растут своими верхушками.
У злаковых растений, обладающих полым стеблем (соломиной), рост происходит не только в верхушке, но и в каждом междоузлии.
Стебель у злаковых состоит из нескольких узлов и междоузлий, и в каждом основании узла идет рост за счёт нахождения там образовательной ткани, этим объясняется быстрый рост стебля злаковых.
Такой рост злаковых растений называется вставочным.
На рост растений, прорастание семян также оказывает влияние температура, количество света и влаги.
При пониженной температуре (+5 ○ С) рост идет очень медленно.
Если температуру повышать до +15 ○ С, то интенсивность роста увеличивается в разы, особенно благоприятна температура +25 ○ С.
Что касается света, то здесь двоякий ответ.
Без солнечного света в растении не идет фотосинтез, то есть жить без солнечных лучей растение не может, однако свет притормаживает рост растений в длину.
В темноте растение активнее растет в длину при наличии органических веществ, которые образовались при фотосинтезе.
Но если длительно держать растение в темноте оно становится хилым, сильно вытягивается, теряет свою окраску, становится бледно-желтого цвета, механические ткани плохо развиты и часто стебель и лист не могут держать свою форму.
Каждое растение нуждается в воде.
Для каждого растения свои нормы влажности почвы.
Вред от избытка воды в почве заключается в том, что доступ воздуха к корням растений затрудняется или совсем прекращается, клетки корня погибают и постепенно гибнет все растение.
Для прорастания семян необходима влага, оптимальная температура, кислород для дыхания.
Но важно учитывать, что хранение влажных семян в зернохранилищах недопустимо.
Ведь именно вода запускает в семенах обменные процессы, при которых усиливается дыхание и активно образуется энергия в семенах, что может вызвать их сильное нагревание.
Во-вторых, семена поглощая влагу, набухают, а некоторые из них начинают прорастать.
Затем от недостатка влаги проростки погибают.
В-третьих, на влажных семенах может развивается плесень, которая приводит к их порче.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации