Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Рост растений

Рост растений

На протяжении многих веков рост растения рассматривался в качестве первичной и самоочевидной особенности растительного организма, которая даже не заслуживает исследования

Исполнитель: Уткелов Аллан

6 «Б» лицей №28

Город Алматы

2011 год

Содержание

Рост растений: история научных исследований
Изучение процесса роста стебля в толщину и роста стебля в высоту
Научные приемы определения интенсивности процессов роста
Стебель и его строение
Верхушечный рост стебля
Рост стебля деревьев
Рост стебля в толщину. Годичные кольца

Рост растений

Научная постановка вопроса о причинах постоянного и необратимого количественного увеличения живого вещества в растении, стала возможной только в конце 17 века с развитием техники микроскопических исследований. Первые попытки постичь причины роста стебля в толщину принадлежат одному из «отцов микроскопической анатомии растений» Неемии Грю. Этот ученый определенно говорит о том, что ему удалось на поперечных микроскопических срезах ствола разглядеть пояс роста дерева в толщину, который находится между древесиной и корой. (На титульном листе рисунок поперечного среза стебля чертополоха, сделанный Грю)

Грю объясняет, как он себе представляет процесс этого нарастания в толщину. «Каждый год кора дерева разделяется на две части и распределяется по двум противоположным путям. Наружная часть откладывается по направлению к коре и со временем становится сама корой. Внутренняя же часть коры ежегодно разрастается и присоединяется к древесине. Так, кольцо проводящих лимфу каналов коры на следующий год будет кольцом древесины, затем то же повторяется с другим кольцом каналов и древесины, и так далее из года в год». Здесь, наряду с правильной идеей о периодичности нарастания слоев древесины, мы видим фантастические представления Грю о возможности превращения одних форм проводящей ткани в другие.

Изучение растущего слоя внутренней коры, начатое Грю, продолжил французский лесовод Дюгамель (1700–1781). Но он уже не смешивает, подобно Грю, проводящие лимфу каналы коры с молодыми клетками древесины и исключает возможность всякого превращения одних тканей в другие.

Дюгамель выделяет между корой и древесиной третий, промежуточный, слой, который он характеризует как желатинообразный пояс внутренней коры. Он приписывает именно этому поясу живых делящихся клеток (который он назвал камбием) значение образовательного слоя, источника, порождающего новые слои древесины, откладываемые внутрь от кольца, и новые слои флоэмы, откладываемые по периферии кольца.

Детальным изучением строения и функций слоя камбиальных клеток занялся в 70-х гг. XIX в. школьный учитель Санио. Он прежде всего выяснил, что слои камбиальных клеток являются не тем мощным поясом делящихся клеток, каким его представляли раньше, а весьма тонким поясом, состоящим всего из одного ряда клеток, так что в каждом радиальном ряду клеток мы имеем всего одну клетку, вполне заслуживающую названия камбиальной. Эта клетка дает начало как лубяным, так и древесинным элементам, помещающимся в одном с нею радиальном ряду.

Происходит это следующим образом. Время от времени камбиальная клетка делится параллельно поверхности стебля на две равные клетки: внутреннюю и внешнюю. Одна из них сохраняет свойства камбиальной клетки, другая же идет на построение или луба, или древесины: если внешняя клетка остается камбиальной, то внутренняя приобретает характер древесинной и присоединяется к ксилеме, а если камбиальной остается внутренняя клетка, то получается новый лубяной элемент.

Деление клеток камбия в тангентальной (параллельной поверхности стебля) плоскости и образование новых элементов древесины и луба, накладывающихся на прежде образованные, приводит к разрастанию стебля в толщину, или так называемому вторичному утолщению. Утолщение стебля сопровождается увеличением диаметра камбиального кольца, которое достигается спорадическим делением клеток камбия радиальными перегородками.

В 60-х и 70-х гг. XIX в. было подробно изучено и описано происхождение пробковой ткани коры, разрастающейся за счет деления живых клеток особого пробкового камбия, или феллогена, расположенного в коре. Этими работами были заложены основы современных научных представлений о процессе нарастания стебля в толщину, наблюдаемом у голосеменных и двудольных растений.

Параллельно с изучением процесса роста стебля в толщину изучался и рост стебля в высоту. В 40-х гг. XIX в. творцы клеточной теории истолковали процесс роста растений как результат деления клеток растительного организма. Особое внимание исследованию этого процесса уделил знаменитый мюнхенский ботаник Карл Негели, обнаруживший точки роста, или зоны усиленного размножения растительных клеток, на верхушках стеблей и боковых ветвей, а также и на кончике корня.

В 60-х гг. XIX в. к изучению процессов роста приступил известный ботаник Юлиус Сакс. Он уточнил наблюдения Негели и подразделил явления, из которых слагается рост в длину каждого органа растения, на три следующие стадии: 1) эмбрионального роста, т. е. усиленного деления клеток; 2) растяжения клеток; 3) внутренней дифференцировки (образования специализированных тканей).

Эта последовательность стадий стала очевидной для Сакса после одного из первых опытов, имевшего своей задачей выяснить, какой своей частью корень растет быстрее всего. Сакс брал только что тронувшиеся в рост семена фасоли и наносил несколько меток тушью на выступившем из семени корешке, начиная с самого кончика корня к его основанию, причем метки эти располагались точно на расстоянии 1 мм одна от другой. Через 20–24 ч вследствие роста корня метки оказывались раздвинутыми, но не одинаково, а в соответствии со скоростью роста отдельных зон корня.

Оказалось, что зона наибольшего роста, или зона растяжения, находится на некотором расстоянии от кончика корня. Клетки зоны, расположенной ниже (т.е. ближе к кончику корня), пребывают, видимо, в предшествующей фазе эмбрионального роста. Клетки зоны, находящейся выше, находятся уже в следующей фазе, в которой рост постепенно ослабевает, а сами клетки дифференцируются. В зоне роста корня, как выяснил Сакс, происходят и те изгибы, которые определяют направление роста корня.

Не ограничиваясь этими данными, Сакс и ряд других ученых занялись изучением деталей прохождения второй стадии – стадии растяжения. Они поставили своей задачей узнать, в силу каких причин клетки растягиваются. Использовав учение об осмосе и считая оболочку и стенкоположный слой плазмы клетки осмотическими перепонками, окружающими концентрированный клеточный сок, а саму клетку – подобием осмометра, эти ученые разработали теорию пассивного роста клеток. Согласно этой теории, в процессе роста клетки главную роль играет тургорное давление содержимого клетки на ее стенки. Тургорное же давление определяется поступлением воды внутрь клетки.

Эта область исследований в 70-х гг. XIX в. привлекла к себе внимание большого числа ученых, мнения которых о деталях процесса растяжения клеточной оболочки расходились. Одна группа ученых с Саксом во главе считала, что клеточная оболочка в процессе роста упруго растягивается, как резиновый баллон, а обратному ее сокращению препятствует постоянное образование все новых и новых слоев клетчатки на внутренней поверхности клеточной стенки. Эта точка зрения известна как теория аппозиции (наложения).

Противоположную точку зрения отстаивал Карл Негели, утверждавший, что при тургорном растяжении клеточной оболочки в промежутки между ее коллоидными частицами постоянно вставляются новые такие частицы. Эта теория получила название «теории интусусцепции (внедрения)».

Спор между сторонниками обеих теорий продолжался на протяжении нескольких десятилетий. В настоящее время ясно, что оба процесса (и внедрение, и наложение) могут иметь место при различных формах роста растений.

Следует сказать еще несколько слов о развитии научных приемов определения интенсивности процессов роста.

Для измерения и регистрации роста стебля в 70-х и 80-х гг. XIX в. был предложен целый ряд приборов, названных ауксанометрами. Принцип механической регистрации роста стебля и первая простейшая модель ауксанометра были предложены Саксом. Прирост стебля, к верхушке которого привязывалась шелковинка, перекинутая через вращающийся блок, отмечался по перемещению прикрепленной к блоку стрелки. На том же принципе были основаны и последующие, более совершенные, ауксанометры.

При помощи ауксанометрических измерений было подтверждено влияние внешних условий на процесс роста (положительное влияние тепла и влажности, задерживающее рост влияние света и т. д.). Кроме того, была установлена сезонная и суточная периодичность роста (при одинаковых условиях температуры и влажности растение днем растет медленнее, чем ночью).

Тормозящее влияние света на процессы роста стебля в длину было установлено целым рядом опытов сравнительного выращивания молодых проростков в темноте и на свету. У проростков в темноте наблюдался быстрый рост стебля в длину, хотя при этом всегда получались растения болезненного вида, тощие, со слабо развитыми зачатками листьев, желтые (лишенные хлорофилла, или этиолированные). На свету проростки, наоборот, превращались в растения, хотя и более низкие, но плотные, с нормальным содержанием хлорофилла и нормальным развитием листовых пластинок.

На основании этих исследований Сакс попытался дать первое объяснение бывшего до тех пор загадочным изгибания растущих побегов в сторону источника света (гелиотропизм). Это явление было истолковано Саксом как результат неравномерного роста клеток на освещенной и теневой сторонах стебля.

Гелеотропизм у подсолнечника

Сам механизм воздействия света на рост клеток Сакс представлял себе упрощенно, как чисто местное, ограниченное освещенной поверхностью воздействие лучистой энергии на протоплазму клеток. Дальнейшие исследования показали, что оно несравненно более сложно.

Вообще, вопрос о причинах направленности роста основных органов растений – корня и стебля – занимал людей науки с давних пор. Почему корень растет вниз, в глубь земли, а стебель, наоборот, стремится расти вверх? Эти вопросы обсуждались еще в конце XVIII в.

Французские материалисты тех времен считали, что корень растет по направлению к центру земли, а стебель в обратном направлении, благодаря силе тяжести. За экспериментальную проверку этого положения взялся англичанин Т.Найт (1759–1838).

Рост стебля в перевернутом положении

Он поставил опыт, имевший в основе своего замысла идею устранить воздействие силы земного притяжения на растения в одном и том же направлении. На окружности большого колеса (вращающегося в вертикальной плоскости) Найт укрепил несколько сосудов, открытых сверху и снизу (т.е. лишенных дна). Эти сосуды он заполнил влажным мхом и в мох посадил семена фасоли. Колесо приводилось во вращение водяной струей, оно делало 150 оборотов в минуту. Из-за вращения колеса положение семян по отношению к центру Земли очень часто менялось. При этом воздействие силы тяжести как бы устранялось (она действовала на развивающееся растение во всех возможных направлениях).

Через несколько дней, когда семена проросли, обнаружилось, что стебельки, растущие обычно вверх, теперь стали расти к центру колеса, т.е. против центробежной силы. Корешки же направились по радиусам от центра колеса, т.е. в направлении действия центробежной силы. Таким образом, центробежная сила в этом опыте Найта определила направление роста точно так же, как в нормальных условиях направление роста определялось силой тяжести.

Найт не ограничился этим опытом и решил доказать, что сила тяжести и центробежная сила равноценны в смысле их воздействия на рост растений. Во втором опыте Найт скомбинировал действие центробежной силы с силой тяжести. Он опять поместил сосуды с семенами на окружности колеса, но само колесо расположил не вертикально, а горизонтально. Колесо приводилось в движение при помощи часового механизма.

Оказалось, что направление роста стеблей и корней в этом случае зависело от скорости вращения колеса. При очень малой скорости вращения проростки росли почти так же, как без вращения. При очень большой скорости проростки ложились в плоскости колеса, т.е. и корень, и стебель росли в горизонтальной плоскости, но первый рос от центра колеса, а второй к центру. При средней скорости направление роста было промежуточным.

Так было доказано, что явления, называемые теперь положительным и отрицательным геотропизмом, обусловлены не какими-то внутренними «жизненными силами» растительного организма, а силой земного притяжения.

Рассмотрим стебель (caulis), осевая часть побега растений, состоящая из узлов и междоузлий. Растёт в длину за счёт верхушечной (в конусе нарастания) и вставочных, или интеркалярных, меристем. Несёт на себе листья, почки и органы спороношения, у покрытосеменных — цветки. Выполняет главным образом опорную (механич.) и проводящие функции, обеспечивая благоприятное для фотосинтеза расположение листьев и двустороннее перемещение веществ (от корней к листьям, от листьев к др. органам). Иногда функционирует как запасающий орган (клубни, стебли кактусов), служит для прикрепления к опоре (с помощью усиков), размножения (корневища, столоны), защиты (колючки). Анатомич. строение молодого стебля представлено эпидермой, первичной корой и центр, осевым цилиндром (стелой). В толщину стебель растёт за счёт камбия (большинство двудольных, голосеменные) или меристемы в области перицикла (нек-рые древесные однодольные, напр. драцена). Многолетние стебель (напр., стволы и ветви деревьев) имеют вторичное строение: корка, луб, камбий, древесина с кольцами годичных приростов. В эволюции стебель возник из совокупности теломов первых наземных листостебельных растений — риниевых. У древесных растений стебель называется стволом. Стеблеподобные образования встречаются у некоторых крупных водорослей (бурых, зелёных).

Рассмотрим верхушечный рост стебля. Рост стебля растений – это наиболее значимое явление в их существовании.

Можно определить, где происходит интенсивный рост стебля. Для этого чернилами наносятся черточки на равном расстоянии вдоль всего стебля любого двудольного растения – картофеля, фасоли, гороха. Когда стебель растет, черточки окажутся на большем расстоянии у верхушки, так как именно в этом месте клетки быстро делятся и каждая из них увеличивается.
Что кается быстроты роста, то в благоприятных условиях, то есть при нормальной температуре и при достаточном питании травянистое растение прибавляет в росте за сутки около 1 см в весеннее время.
Самая большая скорость роста стебля у тропического дерева – эвкалипта. Молодой саженец Эвкалипта вырастает за 5 лет более, чем на 10 м. В Австралии –родине этих гигантов - много эвкалиптов высотой около 150 м. Для сравнения это в 4 раза выше самой высокой ели и в 5 раз – березы.
Интересно, что рост растений можно контролировать. В том случае, если удаляется верхушка побега, то боковые почки дадут начало множеству боковых побегов, которые быстро увеличиваются в длину. Начало весны – это время, когда начинают проводить обрезку кустарников и деревьев, к примеру, винограда. Эта процедура дает возможность кустарнику стать ветвистым и густым, так как появляется множество боковых побегов. Такую же цель преследуют при обрезке деревьев на аллеях и улицах. В это же время обрезают плодовые деревья в садах. Например, при активном росте груши в высоту, срезают концы верхушечных побегов, образуется большее число боковых побегов, и рост дерева в высоту замедляется. В том случае, если вырастет слишком много ветвей, и они будут отбрасывать тень друг на друга, то некоторые побеги, растущие по направлению к стволу дерева, тоже срезают. Также к правилам проведения обрезки относят удаление истонченных, поврежденных и сухих побегов, причем необходимо срезать побеги у места прикрепления к стволу дерева.
Чтобы добиться ускоренного роста растений, надо обеспечить их необходимым теплом и водой, распределив теплолюбивые растения в теплице или парнике и хорошо их поливая. Если нужно, наоборот, замедлить рост растений, то охлаждают помещение, где они находятся либо уменьшают объем воды при поливе. На практике это достигается просто – несколько приподнимают в парниках рамы. Если поместить растение в тень, то и рост его затормозится, на свету, наоборот, резко ускорится. Таким образом, для нормальной жизнедеятельности растений, надо обеспечить им благоприятные условия для их развития и роста.

Теперь рассмотрим Рост стебля деревьев.

Рост стебля деревьев осуществляется и в толщину, и в длину. Ежегодно становятся толще ствол и ветви дерева. Это можно объяснить тем, что с потеплением весной и в летний период происходит деление клеток камбия, причем их количество увеличивается очень быстро. Распределяются клетки таким образом: снаружи из камбия появляются молодые клетки луба, а внутри – клетки древесины.

Вышеописанным способом ежегодно утолщаются слои коры и древесины и становятся все массивнее. К примеру, древний вековой дуб в обхвате может достигать 20 метров, а отдельные деревья вида эвкалипта еще больше – до 30 метров. Представить себе такие размеры можно, если вообразить трех лошадей со всадниками в таком дупле.

Как определить возраст дерева? Очень просто, нужно присмотреться к спилу дерева. В древесине просматривается много слоев, это так называемые годичные кольца. Постоянно, кроме зимнего периода, посредством деления из клеток камбия образуются новые клетки, которые интенсивно растут и формируют очередное кольцо древесины дерева.

В весеннее и летнее время камбий производит большие клетки с нежными оболочками, а осенью клетки помельче, но с прочными мембранами. Это обусловливает появление пограничной линии между двумя годичными кольцами. Сколько лет прожило дерево, можно узнать, подсчитав число годичных колец на пне. Отдельные виды деревьев очень долговечны, это определили методом подсчета годичных колец. Если создать для липы оптимальные условия для существования, то дерево проживет до 1000 лет, а дуб и того больше – 2000 лет. При детальном изучении годичных колец, определили, то их ширина различна: одни – уже, другие – шире. Это объясняется просто – широкие кольца появились в благоприятный для растения год с теплой и влажной погодой, а узкие – в холодный и засушливый год.

Таким образом, годичные кольца свежеспиленного дерева хранят информацию о его прошлом, благодаря чему человек может узнать, какие годы были благоприятными для роста дерева, а какие – нет, где находилось дерево – в тени или под прямыми лучами солнца.

Рост стебля в толщину. Годичные кольца.

Благодаря делению клеток камбия утолщаются стебли деревьев и кустарников. Установлена наибольшая толщина стволов деревьев, разрастающихся благодаря делению клеток камбия. Известны, например, вековые дубы, достигающие в обхвате ствола 10 м.

Стебель растет в толщину в теплое время года, когда делятся клетки камбия. Благодаря делению клеток камбия откладываются молодые клетки коры и древесины. Однако клеток древесины образуется значительно больше, чем клеток коры. Вот почему кора образует в стебле узкую наружную полоску, тогда как древесина составляет его большую часть.

К концу осени камбий вступает в период покоя. Весной с началом сокодвижения камбий откладывает крупные клетки с тонкими оболочками. Осенью у большинства деревьев новые клетки древесины более мелкие, а их оболочки — толще. Клетки древесины, образовавшиеся за весну, лето и осень, составляют слой, называемый годичным кольцом прироста.

Граница между годичными кольцами разных лет у многих деревьев хорошо заметна, потому что мелкие осенние клетки резко отличаются от крупных весенних клеток древесины последующего года.

Годичные кольца древесины на поперечном распиле ствола.

Подсчитав с помощью лупы число годичных колец, можно определить возраст спиленного дерева или срезанной ветки. Подсчеты показали, например, что возраст отдельных деревьев секвойи, растущих в Калифорнии, достигает 4000 лет. А по толщине годичных колец узнают о том, в каких условиях росло дерево в разные годы жизни. Узкие годичные кольца говорят о недостатке влаги в засушливое лето, о затенении дерева и его плохом питании. По годичным кольцам, как по компасу, можно определить и стороны горизонта. Годичные кольца шире с южной стороны дерева и уже с северной. Объясняется это тем, что на северной стороне ствола дерева клетки камбия растут хуже. Здесь они часто подвергаются воздействию холодного северного ветра и слабее обогреваются солнцем.

Рост растений 📙 Реферат → 🆔 242964