Место физиологии растений среди других наук

В основе физиологических функций растений лежит преобразование веществ и энергии в соответствии с законами физики и химии. Это означает, что указанные науки являются фундаментом физиологии растений. Физиология растений связана с анатомией и морфологией растений, так как строение органа и его функции взаимосвязаны. Но, еще К. А. Тимирязев подчеркивал, что выяснить до конца функцию, а тем более ее связь со строением соответствующих частей растений можно только основываясь на принципе эволюционного учения. Являясь ботанической дисциплиной, отделившейся от ботаники, физиология растений тесно связана с физиологией животных. Дыхание, питание, рост, раздражимость, размножение – все это свойства живых организмов как животных так и растений. И для того, чтобы понять жизнь растений, необходимо очень хорошо знать свойства всех живых организмов.

В этой связи предпринималось много попыток создать общую физиологию, которая бы охватывала жизненные явления во всех живых организмах. Специфические особенности растений в этих условиях отходят на задний план, поэтому, с точки зрения более глубокого освещения проблем физиологии растений, именно ее преподавание является более оправданным, т. е. физиология растений – это самостоятельная наука, имеющая свои особенности. Тесно соприкасаясь с биологическими дисциплинами описательного характера, физиология отличается от них тем, что фундаментом своим имеет, как мы уже отметили, науки физико-химические. Поэтому в своем анализе жизненных явлений, раскладывая более сложные процессы на более простые, мы все время обращаемся к помощи физики и химии, т. е. развитие физиологической науки тесно связано с развитием наук физико-химических.

Так как управление жизненными процессами растений и их использование для нужд человека составляет главную задачу растениеводства, то физиология растений является одной из главнейших основ наук агрономических. Физиология растений является основной для рационального земледелия. И наоборот, проблемы агрономического характера являются стимулом в разработке определенных физиологических проблем, при этом в разработке этих вопросов принимают участие и сами представители агрономической науки. Их работам физиология растений обязана очень многим, особенно в вопросах питания растений. Имена таких ученых как Ж. Б. Бусенго, И. В. Мичурин, В. Р. Вильямс, Д. Н. Прянишников и др. в истории физиологии растений занимают почетные места.

Очень интересно высказался К. А. Тимирязев, который писал, что физиология растений займет со временем такое же положение в отношении агрономии, какое физиология человека уже заняла по отношению к медицине. Как врач не может лечить больного, не зная физиологии человека, так и агроном не может работать, не зная физиологии растений. Почему? Задача агронома – получать высокие урожаи. Урожай – это листья, стебли, семена, плоды, клубни, это значит органы растений, которые образуются в период жизни растений, а физиология – наука о жизни растительного организма.

Физиология растений настолько тесно связана с агрохимией, что между ними нельзя провести реальную границу. Учение о почвенном питании растений неразрывно связано с учением об удобрениях, а поэтому естественно агрохимики часто переходят к решению проблем физиологии питания растений, а физиологи принимают участие в разработке вопросов применения удобрений. Большое значение физиология имеет и для полеводства. Большая часть агротехнических приемов представляет собой не что иное, как создание для растений как можно более благоприятных условий существования, при которых они дали бы наибольший урожай. Например, приемы обработки почвы для создания более благоприятной для растений структуры и для уничтожения сорняков, приемы, которые служат для удержания и накопления в почве необходимой для растений влажности в сухих районах и т. д.

Тесная связь существует между физиологией растений и селекцией. Отбор и создание новых сортов ставят своей задачей повышение урожая и качества продуктов, а для целенаправленного отбора необходимо знать физиологические признаки сортов: их скороспелость, зимоустойчивость, засухоустойчивость и т. д. Эти сведения можно получить только при постоянном физиологическом изучении сортов. Еще больше эта связь проявляется в том, что физиология растений, изучая растения в условиях окружающей среды, помогает селекционерам изменять природу растений в необходимую для практики сторону с помощью управления их жизнедеятельностью.

Физиология является источником новых приемов воздействия на растения, при помощи которых можно уже в определенных условиях поднять урожай или повысить устойчивость к неблагоприятным факторам среды, ускорить развитие или улучшить качество урожая. К таким новым приемам следует отнести впервые найденные физиологами способы ранней выгонки растений с помощью эфиризации и разных химических агентов. Необходимо также сказать и об разработанных физиологами приемах светокультуры растений в зимний период в теплицах, способах ускорения и получение корнеобразования у черенков, получения безсеменных плодов с помощью физиологически активных веществ.

Очень большое значение имеет физиология растений для успешного решения экологических проблем. Способность зеленых растений «улучшать» воздух была отмечена еще первыми физиологами растений. Это положение, как вы знаете, происходит за счет выделения растениями кислорода. Только поэтому стала возможной жизнь животных.

Не последнюю роль играет физиология растений в космической биологии. Если при коротких путешествиях всю необходимую пищу и воду можно захватить с Земли, то при космических путешествиях на большие расстояния необходимы более независимые и замкнутые системы жизнеобеспеченности. Растения, как видно, будут служить ценным и важным компонентом такой системы, потому что они могут дать не только постоянное обеспечение пищей, но обеспечить переработку отходов человека. Люди, которые находятся в космосе (корабле) вдыхают кислород и выдыхают углекислый газ. Зеленые же растения в процессе фотосинтеза обеспечивают обратный процесс. Продукты выделения человека могут частично удовлетворить потребности растений в питательных веществах, а выделяемая при транспирации вода, соответствующим образом конденсированная, может служить питьевой водой.

Для получения еды, очистки воздуха, переработки отходов можно использовать и водоросли, в частности хлореллу. Но несомненно, что для увеличения количества продуктов, их разнообразия, а также для оптимального использования очистных способностей будут применяться как одноклеточные водоросли, так и многоклеточные растения. Чтобы все это претворить, необходимы знания физиологии растений: необходимо знать, как проходят процессы фотосинтеза, дыхания и др. конкретных условиях. Особое место занимает физиология растений в проблемах Республики, связанных с радиобиологией, особенно после аварии на ЧАЭС. Только вскрытие механизмов поступления, накопление радионуклидов растениями, их влияние на процессы жизнедеятельности растений можно наметить пути успешной борьбы с радиоактивным загрязнением.

Таким образом, научные успехи в области физиологии растений являются основой успехов многих наук. Благодаря этим успехам, например, сельское хозяйство оказалось способным кормить все возрастающее население земного шара. Обеспечение человечества продуктами питания в будущем зависит от продолжения исследований в области роста растений, создания способов ведения хозяйства, которые бы обеспечивали оптимальный рост. Интенсивность таких исследований зависит от того, какое значение и внимание будут уделять сельскому хозяйству и научным исследованиям в области растениеводства и физиологии растений.

Что служит объектом исследования? Конечно растения, но какие? Флора Земли представлена большим количеством видов, которые произрастают на севере и юге, во влажных и сухих местах, среди растений имеются и травы, и деревья. Основными объектами физиологии растений служат фототрофные организмы, т. е. растения, которые синтезируют органические вещества из минеральных элементов с помощью энергии света. Эти растения отличаются от других (незеленых) тем, что в них идет фотосинтез. Фотосинтез – это процесс органических веществ из неорганических (СО2 и воды) с помощью энергии света. Необходимость поглощения большого количества СО2 воздуха, где по теперешним данным его содержится 0,045 %, привело к формированию большой по сравнению с животными поверхности тела. Неограниченный рост в период всей жизни – еще одна из особенностей растений. Далее, всю жизнь растения проводят на одном месте.

Но среди живых организмов есть и гетеротрофы, к которым относятся все животные, грибы и большая часть бактерий. Среди растений также имеются факультативные или аблигатные гетеротрофы, которые получают пищу из окружающей среды: сапрофиты, паразиты и насекомоядные растения. Сапрофиты (сапротрофы) используют органические вещества разлагающихся остатков животных и растений, а паразиты – органические вещества живых организмов. Насекомоядные растения способны ловить и переваривать мелких беспозвоночных.

У растений есть периоды, когда они питаются за счет ранее запасенных веществ (гетеротрофно): прорастание семян, органов вегетативного размножения (клубни, луковицы и др.), развитие почек и цветков у листопадных древесных растений и т. д. Также все ткани и органы растений имеют гетератрофное питание в темноте. Поэтому в культуре можно выращивать изолированные растительные клетки и ткани без света.

Что означает изучать жизнь растений? Это означает изучать его функции: воздушное питание – фотосинтез, корневое питание – поступление минеральных веществ из почвы, транспорт веществ, поступление воды, рост и развитие организма, движение органов, приспособление к условиям окружающей среды.

Предмет физиологии растений – это изучение всех функций растительного организма, установление связи функций и их зависимости от внешних и внутренних факторов, изучение взаимоотношений органов растений. Таким образом, физиология не останавливается на описании каких-либо особых произвольно взятых свойствах и процессах, а выступает как система законов и закономерностей о жизни растительного организма.

Основные направления в современной физиологии растений следующие:

Биохимическое - выявление химической природы механизмов физиологических функций (дыхания, фотосинтеза, питания, биосинтеза органических веществ),

Биофизическое - разработка вопросов энергетики клетки, физико-химических закономерностей физиологических функций,

Онтогенетическое - исследование возрастных закономерностей развития растений,

Эволюционное - исследование филогенеза видов растений, изучение взаимодействия генотипа растения и влияния окружающей среды,

Экологическое - раскрытие зависимости внутренних процессов в растении от условий внешней среды и обоснование оптимальных технологических условий возделывания растений.

Основными методами, использующими в физиологии растений являются:

· лабораторно-аналитический,

· полевой,

· меченых атомов,

· электронной микроскопии,

· электрофоретический,

· хроматографический.

Историческое развитие физиологии растений - на самостоятельное изучение.

В курсе физиологии растений будут изучены такие основные разделы, как:

· Строение органических веществ.

· Строение клетки.

· Водный обмен в растении.

· Фотосинтез.

· Дыхание.

· Минеральное питание.

· Взаимопревращение органических веществ в растении.

· Рост и развитие растений.

10.