Регуляція росту та розвитку.

 

Слід відзначити, що ріст та розвиток живих організмів не можна розуміти як просте збільшення їх розмірів та об`єму. Яким чином з однієї єдиної клітини (наприклад, заплідненої яйцеклітини) утворюється велика кількість тканин і органів, що формують дивовижну живу систему, яка називається рослиною? Тут ще багато таємниць, але ті знання, які ми маємо, дозволяють стверджувати, що нормальний розвиток залежить від взаємодії зовнішніх та внутрішніх факторів. Зовнішні фактори – це світло, температура, довжина світлового періоду доби, гравітаційні сили Землі (від лат. gravitas - вага, тяжіння). Основні внутрішні фактори мають хімічну природу і носять назву гормони (від грецьк. hormonaien – рушійний, збуджуючий). Цим терміном позначають органічні речовини, які утворюються в одній тканині і транспортуються в інші, де впливають на певні функції. Рослинні гормони отримали назву фітогормонів (від грецьк. phyton – рослина).

Фітогормони активні в дуже невеличких кількостях і можуть, як збуджувати, так і гальмувати певні процеси. Тобто вони діють, як регулятори. Фітогормони регулюють практично всі процеси, що протікають в рослинному організмі: рух, розвиток, цвітіння, дозрівання плодів. Коли ми кажемо про рух рослин, то не мається на увазі звичний активний рух як, наприклад, у тварин. Мова йде про повільні переміщення рослини або її органів. Так, при проростанні первинний корінь завжди росте вниз, незалежно від того, як впала насінина. Кімнатні рослини, що освітлюються тільки з вікна, звичайно нахилені до нього. Такі рухи, що орієнтують рослину до життєво важливих факторів середовища, називають тропізмами (від грецьк. tropos - поворот, напрямок). Залежно від причин, що викликають тропізми, вони отримали відповідні назви. Так, ріст кореня в напрямку до центру Землі під впливом сил тяжіння, називають позитивним геотропізмом (від грецьк. ge - земля), а ріст пагона в протилежну сторону - негативним геотропізмом. Рослини, що тягнуться до світла, проявляють пози - тивний фототропізм (від грецьк. photos – світло) або геліотропізм (від грецьк. helios - сонце), а корені верби, що ростуть в сторону води - позитивний гідротропізм (від грецьк. hydor - вода). Всі перелічені рухи здійснюються за допомогою фітогормонів. Добре вивчений у цьому зв`язку гормон росту ауксин. Справа в тім, що ауксин активний на затіненій стороні рослини, а на світлі він частково руйнується. Тому клітини тіньової сторони ростуть активніше, ніж освітленої, і пагін, що росте, нахиляється до світла. Фітогормоном ауксином забезпечується відоме вже нам апікальне домінування, коли апікальна меристема, яка зумовлює ріст верхівкої бруньки, пригнічує ріст пазуших бруньок. Це пояснюється утворенням ауксину в клітинах меристеми і переміщенням його вниз по рослині. Якщо зрізати верхівку пагона, який росте (як пам`ятаєте, цей прийом називається чеканкою), то починається ріст пазушних бруньок. На рис. 70 показаний експеримент, який виявляє вплив ауксину при апікальному домінуванні. Наприклад, при вирощуванні тютюну також застосовують чеканку, але додатково прищипують і пазушні бруньки, що скеровує ріст рослини на утворення листків. В наш час використовують менш трудомістке оприскування хімічними речовинами, які схожі за дією з ауксином і пригнічують ріст бічних бруньок. В лабораторіях отримані штучні рослинні гормони, що подібні до ауксину. Частина з них використовується для боротьби з бур`янами, тому вони отримали назву гербіциди (від лат. herba - трава + caedere - вбивати). Гербіциди застосовують для боротьби з бур`янами на газонах. Однодольні рослини, які утворюють газон, менш чутливі до гербіцидів, як дводольні бур`яни. Спочатку бур`яни, що отримали велику дозу гербіциду, швидко ростуть, а потім перетворюються в калічні форми і гинуть.

Відкриття ауксину та його гальмівного впливу на пазушні бруньки примусило вчених шукати інший фітогормон, який би навпаки, стимулював їх ріст. Так була відкрита нова група фітогормонів, яка отримала назву цитокініни (від грецьк. kitos - клітина, посуд + kineo - приводжу в рух).

Рис. 70. А - видалення апікальної меристеми, що викликає ріст пазушних бруньок. Б - при заміні апікальної меристеми розчином ауксина пазушні бруньки залишаються в стані спокою.

 

Цитокініни виявлені в корінні, насінні, плодах і інших тканинах, що діляться. Наприклад, зірвані листки, які оброблені одним з цитокінінів, дуже довго зберігають свіжий вигляд і не жовтіють. Був зроблений висновок, що ці фітогормони також затримують старіння тканин. Іншим фітогормоном, що регулює дозрівання плодів, опадання листків є всім відомий газ етилен. Цей газ відомий, як світильний газ, і в ХІХ столітті використовувався для освітлення вулиць. Тоді на нього і звернули увагу вчені. Було помічено, що біля ліхтарів, де завжди був витік цього газу, листки на рослинах опадають. Вивчення впливу етилену на рослину показало, що процеси росту, розвитку і старіння регулюються саме цим фітогормоном.

В найбільшій кількості етилен виділяється при дозріванні плодів. Так, дозрівання одного плоду стимулює дозрівання сусідніх. Тому перезрівання також “заразливе” і тому один перезрілий плід може зіпсувати весь врожай. У великих плодосховищах яблука, наприклад, зберігають без доступу кисню, заповнюючи приміщення вуглекислим газом. В цьому випадку блокується виділення етилену і фрукти довго зберігаються.

При транспортуванні бананів, ананасів, цитрусових їх збирають на плантаціях зеленими, і зеленими вантажать на кораблі. В дорозі їх обробляють етиленом і привозять вже зрілими, тим самим знижуючи втрати від перезрівання. Але треба відмітити, що ці плоди не такі смачні, як ті, що дозріли природним шляхом. Тому, мабуть, справжні банани, що дозріли в тропіках, смачніші, ніж на наших ринках.

Фітогормони регулюють перехід від вегетативного росту до цвітіння і плодоношення. Такі відомі рослини, як морква, капуста, буряк та петрушка зацвітають лише на другий рік після того, як вони побували на холоді. Мабуть, низькі температури змінюють склад гормонів, що і викликає цвітіння.

Багато рослин зацвітають лише при певному чергуванні дня і ночі. Було встановлено, що для переходу до цвітіння необхідний період безперервної темряви. Навіть випадковий спалах світла гальмує утворення необхідних фітогормонів. Якщо ж ви бажаєте, щоб, наприклад, ваш філокактус зацвів перед Новим роком, (цю рослину в народі ще називають “декабристом”), то помістіть його на ніч в темне місце. Звичайно досить кількох днів такого режиму і рослина розквітне. Стало також відомо, що частина рослин потребує досить довгого нічного періоду. Такі рослини назвали рослинами короткого дня (точніше довгої ночі). Це рослини тропіків та субтропіків, де ніч і день рівні за тривалістю. Інші рослини потребують короткої ночі – рослини довгого дня (або короткої ночі). Це рослини наших широт, де влітку день значно довший за ніч. Частина рослин зовсім не реагує на тривалість дня та ночі, наприклад помідори, огірки. Їх цвітіння визначається віком.

Висновки.

Розмноження квіткових рослин відбувається з чергуванням поколінь спорофіта та гаметофіта, причому переважаючим є спорофіт. Найбільш складно проходить статеве розмноження. Основним органом такого розмноження є квітка. В ній розрізняють квітконіжку, чашечку з чашолистками, віночок, що складається з пелюсток, чоловічу частину - андроцей (тичинки), жіночу - гінецей (плодо- листки або карпели).

Квітки можуть розташовуватися поодиноко, тоді вони, як правило, великі, або утворювати суцвіття. Розрізняють прості і складні суцвіття. Біологічне значення суцвіть полягає в забезпеченні запилення і великої плодючості рослин.

Утворення гамет відбувається в пилкових камерах і нуцелусі. При формуванні чоловічих гамет спочатку утворюється мікроспора, потім пилкове зерно, всередині якого формуються дві клітини - сифоногенна та генеративна. При прорастанні пилкової трубки в зав`язь генеративна клітина ділиться, утворюючи два спермії, що готові до запліднення. При формуванні жіночих гамет після складного поділу ядер утворюється яйцеклітина з гаплоїдним набором хромосом і центральна клітина з двома гаплоїдними ядрами, які розміщуються в зародковому мішку.

Запилення - це процес переносу пилку з пиляків на приймочку маточки. За способами запилення рослини поділяють на самозапильні і перехреснозапильні. Перехресне запилення - основний тип запилення. Розрізнюють ентомофілію, орнітофілію, хіроптерофілію, анемофілію, гідрофілію, тощо.

В процесі еволюції у покритонасінних сформувалася велика кількість пристосувань, що забезпечують успішне запилення. Еволюція запилення рослин йшла в тісному взаємозв`язку з еволюцією тварин-запилювачів (спряжено). Для приваблювання тварин слугують пилок, нектар, забарвлення, запах. У вітрозапильних рослин з`явилися свої пристосування для запилення вітром. Це одностатевість квіток, одно- та дводомність, велика кількість легкого та сухого пилку, велика поверхня приймочок маточок, зменшення кількості насінних зачатків. При запиленні водою пилок може переміщуватися або в товщі води, або по її поверхні. Для цього пилок має спеціальні пристосування. Коли умови середовища суворі, тоді існуючі пристосування до виживання повинні бути сталими і найменше піддаватися змінам. В цих випадках рослини переходять виключно до самозапилення.

Запліднення у квіткових має назву подвійного. Його суть полягає в тому, що один з двох гаплоїдних сперміїв запліднює яйцеклітину і утворюється диплоїдна зигота, з якої розвивається зародок. Другий спермій зливається з двоядерною центральною клітиною, з якої потім формується ендосперм. Зародок складається з корінця, стебельця, брунечки та сім`ядолей. Кількість сім`ядолей може вказувати на належ- ність рослини або до класу однодольних, або до класу дводольних. При розвитку зародка з інтегументів утворюється насінна шкірка, а з квітки - плід. Плід, по суті, - це видозмінена квітка. Розрізняють плоди апокарпні та ценокарпні. У покритонасінних є чисельні пристосування до поширення насіння та плодів. Воно може здійснюватись за допомогою вітру, води, тварин і людини.

При попаданні насінини в сприятливі умови, вона проростає, утворюючи проросток. Далі розвивається первинний корінь, що дає початок кореневій системі. Після цього формується надземна частина - пагін. Сформована рослина утворює квітки, де дозрівають гамети. Потім відбувається запилення, заплід- нення та розвиток насіння і плоду. Якщо рослина багаторічна, то цвітіння багаторазове. У однорічних після плодоношення наступає природна смерть. Органічні залишки перетворюються в мінеральні речовини (перегнивають) і знов включаються у великий кругообіг речовин, використовуючи енергію сонця.

Спорофітне покоління квіткових успішно розмножується і вегетативно, тобто безстатевим шляхом. Для цього використовуються частини кореня, пагона, а частіше їх видозміни - кореневища, бульби, цибулини, тощо. Цю здатність рослин людина використовує в своїй практиці. Штучне вегетативне розмноження здійснюється живцями, відводками, щепленням, тощо. Сучасні методи дозволяють отримувати більш високоврожайні сорти сільськогосподарських рослин, що мають високі харчові якості.

Всі процеси обміну речовин та перетворення енергії, що протікають в рослинному організмі, регулюються біологічно активними речовинами - фітогормонами. Відомий фітогормон росту ауксин, що пригнічує ріст пазушних бруньок; цитокініни, які навпаки, стимулюють їх ріст; етилен - газ, що сприяє дозріванню плодів і впливає практично на всі процеси метаболізму.

 

Перевір свою пам`ять!

1. Яку частину рослини називають квіткою?

2. З яких частин складається квітка?

3. Чим утворена чашечка квітки?

4. З чого утворилися пелюстки?

5. Яка будова гінецея?

6. Що ми називаємо суцвіттям?

7. Які відомі типи суцвіть?

8. Який біологічний сенс суцвіть? Яких рослин більше: що мають поодиноку квітку, чи суцвіття?

9. Яку будову має пилкове зерно?

10. Що собою являє зародковий мішок?

11. Що таке запилення?

12. На які типи поділяють квіткові за способом запилення?

13. Які існують типи запилення перехреснозапильних рослин?

14. Яке запилення переважає у покритонасінних?

15. Які існують пристосування у рослин для приваблювання тварин?

16. Перелічіть основні пристосування рослин до запилення вітром.

17. Що таке гідрофілія?

18. Як проходе подвійне запліднення?

19. З якої клітини після запліднення формується зародок?

20. Який набір хромосом мають зигота і центральна клітина після запліднення?

21. Яка будова насіння?

22. Що таке плід?

23. Перелічіть типи плодів.

24. Які існують у рослин пристосування для поширення насіння та плодів?

25. При яких умовах можливе проростання насіння?

26. Як формується коренева система?

27. Як розвивається надземна частина рослини?

28. В чому суть вегетативного розмноження?

29. За допомогою чого відбувається вегетативне розмноження?

30. Які існують способи штучного вегетативного розмноження?

31. Що таке щеплення і які існують способи щеплення?

32. Що таке фітогормони?

33. Перелічіть відомі вам рослинні гормони і як вони діють.

34. Що таке гербіциди і як їх використовують?

 

Подумай і спробуй відповісти!!!

1. Поясніть, в чому переваги квітки в порівнянні іншими способами статевого розмноження.

2. Чому покритонасінні рослини, маючи цілий ряд переваг, не витіснили інші групи рослин - водоростей, мохоподібних, папоротеподібних, голонасінних?

3. Чому більшість квіткових рослин перехреснозапильні?

4. В яких випадках і чому частина рослин переходить до самозапилення?

5. Чому бджоли часто відвідують рослини, які не мають нектару? Що зумовлює наявність запаху у цих рослин?

6. Що є особливим в заплідненні покритонасінних? Чим можна пояснити те, що жіночий гаметофіт маленький і повністю залежить від дорослої рослини?

7. Які вигоди квітковим рослинам дала поява плоду?

8. Чому не всі рослини тополі, які часто зустрічаються в наших населених пунктах, продукують “пух”?

9. Чим можна пояснити, що більшість сортів плодових дерев та кущів створені шляхом штучного вегетативного розмноження?

10. Чому картопля, що одержана шля- хом висіву насінням, має невеликі буль-би і більш низькі харчові якості?

11. Чому з насіння навіть гарного сорту яблуні обов`язково виростає дичка?

12. На атолах - коралових островах тропічних районів світового океану, ролинність не відрізняється великою різно- манітністю. Але обов`язковим елементом острівних пейзажів є кокосова пальма. Чим ви можете пояснити це унікальне явище?

13. Чому водні квіткові рослини - елодея, водяний гіацинт та інші - дуже швидко заселяють місця існування, хоча не всі вони цвітуть та плодоносять? Навпаки, наземні квіткові рослини часто з великими труднощами освоюють нові місця існування.

14. Чим ви поясните той факт, що плоди набувають їстівних властивостей лише після дозрівання насіння?

15. Один час в деяких містах нашої країни йшла непримеренна боротьба з кульбабою, яка забур`янювала газони. Сотні людей неодноразово зривали жовті кошики суцвіть, лишаючи можливості рослину утворювати насіння і розселятися по газонах. Але цей захід не досяг бажаного ефекту. Чому?

 

 

Розділ 8. Різноманітність покритонасінни

Покритонасінні рослини найбільш пристосовані до сучасних умов життя на нашій планеті і панують в рослинному покриві на всіх континентах. Як уже відмічалося в 6 главі, квіткових нараховується понад 250 тисяч видів і ця цифра дуже приблизна, вважають, що їх значно більше - до 300 тисяч. Щоб розібратися у такій великій кількості рослин, необхідна їх класифікація. Але вся складність створення такої класифікації є в тому, що вона повинна віддзеркалювати, по-можливості, всі споріднені зв`язки окремих груп рослин. Ці споріднені стосунки складалися в ході еволюції, тому вивчення цих питань багато в чому визначає вірність наших уявлень про систему рослинного світу. Інша складність полягає в порівняльному вивченні морфології (зовнішньої будови) та анатомії (внутрішньої будови) рослинних організмів. Справа в тім, що багато ознак сформувалося на різних етапах еволюції, тому буває важко визначити спорідненість тих чи інших рослин. У різних рослин, що потрапили в однакові умови існування, формуються і однакові пристосування, хоча ці рослини і не є родичами. Так, наприклад, у злаків проста будова квітки може бути давньою ознакою. Але якщо відбулося спрощення будови квітки в зв`язку з пристосуванням до вітрозапилення, то тоді ця ознака виникла вторинно і не може вказувати на давність походження.

Таким чином, система рослинного світу повинна якомога точніше віддзеркалювати природні взаємозв`язки між групами організмів. Тоді така система буде природною. В цій главі ми розглянемо спочатку можливі шляхи еволюції покритонасінних, а потім - найбільш поширені групи квіткових рослин, що об`єднуються за ступенем спорідненості в систематичні групи