Рост развитие растений Куаме кетсиа генетик. Рост и развитие растений
 Скачать 2.15 Mb.
|
|
Рост и развитие растений 1. Понятие роста и развития растений, их взаимосвязь. 2. Фазы роста клеток, их особенности. 3. Особенности роста растительного организма: ростовые корреляции, репарация, полярность. 4. Большая кривая роста. 5. Этапы развития растений, их особенности. 6. Влияние внешних условий на развитие растений: яровизация, фотопериодизм. 7. Теория циклического старения и омоложения растений. 8. Покой растений: виды, особенности. Рост – процесс новообразования элементов организма (макромолекул, органелл, клеток, тканей, органов) ( количественный процесс ) Рост растений непрерывен, но имеет разную скорость и ритмичность, с возрастом замедляется. Развитие – качественные изменения в структуре и функциональной активности растения и его частей в процессе онтогенеза. Процессы роста и развития тесно связаны между собой, т.к. организм одновременно и растет, и развивается, но темпы могут быть разными. Для роста необходимы: ► строительные вещества (питательные вещества) ► специальные вещества-регуляторы (гормоны, витамины и др.) Ростовые процессы сосредоточены в меристемах: Рост клеток делят на 3 фазы: ► эмбриональная, ► растяжения, ► дифференцировки. Эмбриональная фаза ◊ мелкие, покрыты тонкими первичными оболочками, заполнены густой цитоплазмой, нет вакуолей, ядро небольшое с крупным ядрышком, промитохондрии, пропластиды, много свободных рибосом, агранулярный ЭР, ◊ активно делятся, ◊ растут очень медленно, ◊ небольшое разнообразие ферментов и их мало, ◊ больше содержат высокомолекулярных веществ, чем низкомолекулярных, ◊ ДК > 1 (активно идут как аэробные, так и анаэробные процессы). Особенности клеток: Фаза растяжения ◊ очень быстрый рост клеток, ◊ цитоплазма становится более оводненной, ее количество увеличивается, ◊ ядро принимает неправильную форму, ядрышко уменьшается, ◊ гранулярный ЭР, образуются полисомы, ◊ дифференцировка пластид, ◊ увеличивается количество митохондрий и контактов между ними и ЭР, ◊ возникают вакуоли и они сливаются в одну крупную, ◊ в вакуолях накапливаются гидролитические ферменты, осмотически активные вещества, что усиливает поступление воды и способствует растяжению, ◊ усиливается метаболизм, ◊ ДК = 1 (основной путь дыхания – гликолитический), ◊ разрыхление и растяжение клеточной оболочки Микрофибриллы и пектиновые вещества матрикса связаны между собой различными химическими связями, которые в период роста растяжением разрыхляются (с помощью ферментов) → дополнительное поступление воды. После прекращения растяжения, связи вновь восстанавливаются. Фаза дифференцировки возникновение структурных и функциональных различий между клетками растения → усложнение или упрощение структуры склереида ризодерма ситовидная трубка с клеткой- спутницей мезофилл Типы дифференцировки: биохимическая – возникновение различий, влияющих на обмен веществ, физиологическая ( функциональная ) – возникновение различий, приводящих к выполнению клетками разных функций, морфологическа я (структурная) – возникновение различий по морфологическим признакам. Направление дифференцировки зависит от: 1) набора ферментов в клетке → синтез белков (в т.ч. ферментов) регулируется генами, но не все гены активны одновременно, поэтому каждая клетка синтезирует лишь определенный набор ферментов → в клетках меняется соотношение ферментов → клетки имеют свои особенности; 2) местоположения клетки → на поверхности (превращается в клетку покровной ткани) или в центре органа (в клетку основной или проводящей ткани); 3) взаимодействия (контактов) между клетками → клетки связаны плазмодесмами и любые изменения этих связей влияют на дифференцировку; 4) способа деления клеток → равномерное или не равномерное. Неравномерное деление → меньшая и большая клетка: Детерминация – приобретение клеткой, тканью, органом, организмом способности к развитию по определенному пути с одновременным ограничением развития в других направлениях. Дедифференцировка – переход специализированных неделящихся клеток к делению. размножение листовыми черенками Дифференцированная клетка может вернуться к эмбриональной активности: размножение стеблевыми черенками образование раневого каллуса Большая кривая роста, или кривая Сакса: ►лаг-фаза ( скрытый рост; происходят внутренние изменения) Видимый рост: 1) лог-фаза – период, когда зависимость логарифма скорости роста от времени описывается прямой, 2) период большого роста – фаза, когда рост изменяется линейно, 3) фаза торможения. Рост однолетних растений (S-образная кривая) Рост многолетних растений (ряд S-образных кривых) Ростовые корреляции – влияние одних частей организма на скорость и характер роста других: ► стимулирующие («+») – один орган стимулирует рост другого ↓ ↓ ► тормозящие (« ─ ») – и один орган угнетает рост другого ↓ ↓ удаление пасынков усилит рост плодов Апикальное доминирование – торможение роста боковых побегов (корней) под влиянием верхушки побега (корня) Корреляции: трофическая – обусловлена количественным распределением питательных веществ («+» → между надземной частью и корневой системой) гормональная – обусловлена распределением фитогормонов («─» → апикальное доминирование) гормонально-трофическая – обусловлена распределением и питательных веществ, и гормонов («+» → между семядолями и другими частями проростка) Регенерация растений – восстановление организмом утраченных или поврежденных частей: ► физиологическая - части растения восстанавливаются при их естественном изнашивании, ► травматическая - восстановление поврежденных частей растения (за счет меристем или дедифференцировки клеток) Регенерация возможна на разных уровнях организации: ► субклеточном (образование новых органелл вместо старых); ► клеточном (образование новых клеток корневого чехлика); ► организменном (образование нового побега из пазушной почки или образование придаточных корней); ► органном (заживление ран). Пример, микроклональное размножение , в основе которого способность любой соматической клетки в определенных условиях вне организма развиваться в целое растение ( тотипотентность клеток ) Преимущества: • высокая эффективность, • ускоряет сроки размножения, • безвирусный посадочный материал. Реституция – восстановление организма из какой-либо его части (отдельной клетки, участка ткани, кусочков корневищ или листьев) Полярность Полярность – это специфическая дифференциация процессов и структур в пространстве, которая приводит к возникновению морфологических и физиологических различий на противоположных концах клеток, тканей, органов и всего организма. стеблевые черенки ивы Полярность учитывают при размножении растений с помощью прививки: Для клеток камбия полярность не характерна. Причины возникновения полярности: внешние факторы (свет, температура, сила тяжести) (неравномерное их воздействие и восприятие), внутренние факторы (взаимодействие клеток («эффект поля» – окружающие клетки оказывают влияние благодаря неравномерному химическому, механическому или электрическому воздействию), неравномерное распределение зарядов). Полярность – свойство стабильное и необратимое (исключение зиготы водорослей, споры хвощей и папоротников, клетки зародышевого мешка покрытосеменных). Этапы развития растений (онтогенеза) 1) эмбриональный – период образования зародыша и семени – начинается на материнском растении с образования зиготы и заканчивается формированием и созреванием семени, которое переходит в состояние покоя. Зародыш питается гетеротрофно. 2) ювенильный (молодости) – период от прорастания семени до начала заложения первых цветков. Образуются только вегетативные органы. Проросток переходит на автотрофное питание. Растения обладают минимальной устойчивостью. Семя прорастает при оптимальных условиях ( Н 2 О, О 2 , t 0 С, свет (на начальных этапах не нужен)) Строение семени: Типы прорастания семян 3) зрелость – период формирования репродуктивных органов – от заложения первого цветка до первого оплодотворения. Растение наиболее жизнеспособно. Рост вегетативных органов тормозится. Яровизация – зависимость перехода растений к цветению от температуры (от действия низких положительных температур определенной длительности). Группы растений: 1) не требующие яровизации (яровые), 2) развитие ускоряется, но воздействие пониженных температур не обязательно (шпинат), 3) нуждающиеся в яровизации (озимые, двулетники, некоторые многолетники). Для появления цветочных зачатков, необходимы определенные физиолого-биохимические изменения в точках роста (у некоторых растений при наличии листьев). Процесс обратим – разъяровизация Фотопериодизм – реакция растений на суточный ритм освещения, т.е. на соотношение длины дня и ночи (фотопериоды), выражающаяся в изменении процессов роста и развития. Группы растений по отношению к фотопериодической реакции: 1) короткодневные (КДР) – зацветают при длине дня меньше определенной критической продолжительности (кукуруза, хризантема (зацветают при длине дня 8-12 часов/сутки); 2) длиннодневные (ДДР) – зацветают при длине дня больше определенной критической продолжительности (ячмень, лен, клевер) (16-18 часов/сутки); 3) нейтральные (НДР) – зацветают при любой длине дня (фасоль, томаты). Рецептором в фотопериодической реакции является листовая пластинка . Контролирует переход к цветению фитохром. Фотопериодизм и яровизация – приспособительные реакции, позволяющие растениям зацветать в определенное, наиболее благоприятное время года. 4) размножение – период от первого оплодотворения до полного созревания плодов. В пределах одного онтогенеза начинается новый онтогенез (эмбриогенез). Потребность в элементах минерального питания повышенная. 5) старость – период от полного прекращения плодоношения до отмирания всех вегетативных органов и смерти всего организма – характеризуется прогрессирующим старением организма. Поэтапный переход в развитии заложен в геноме, зависит от гормонов и внешних условий. Теория циклического старения и омоложения растений Создана Н.П. Кренке в 1940 г.: На физиологическое состояние вновь появляющегося органа оказывает влияние возраст всего материнского растения: чем старше растение, тем меньше физиологическая молодость вновь появляющегося органа. Возраст органа: Календарный (собственный) – время от заложения органа до настоящего времени. Физиологический (общий) определяется календарным возрастом органа и возрастом материнского растения в целом к моменту заложения органа. Кривая старения и омоложения Н.П. Кренке: Процессы старения и омоложения тесно взаимосвязаны; их соотношение зависит от этапов онтогенеза; «борьба и единство этих процессов» и есть суть индивидуального развития. Физиологические основы покоя Покой – такое состояние целого растения или отдельных его органов, когда отсутствует видимый рост. спящие почки функционируют меристемы, закладываются листья и цветы, идет дыхание и превращение запасных веществ и т.д., но скорость этих процессов очень мала Покой – это приспособление к неблагоприятным условиям среды (низкой или высокой температуре, пониженной влажности), а также необходимое звено онтогенеза: ► вынужденный (вызван внешними факторами), ► глубокий (вызван внутренними факторами). Могут совпадать во времени. Вынужденный покой Растения готовятся заранее: • листопад; • уменьшается проницаемость мембран; • обособляется протопласт; • подавляется обмен веществ; • исчезает крахмал, накаливаются сахара; • накапливаются липиды; • увеличивается вязкость цитоплазмы, снижается содержание воды; • накапливаются гормоны, тормозящие рост. Сигнал – изменение длины дня. Растение выходит из состояния вынужденного покоя после улучшения условий, которые его вызвали. Вторичный покой – это вынужденный покой, вызванный неблагоприятными условиями в период прорастания семян. Глубокий покой Это наследственно закрепленное состояние. Растение выходит из глубокого покоя по окончании определенных физиолого- биохимических изменений, подготавливающих последующий рост: • накопление нуклеиновых кислот; • дифференцировка клеточных структур; • формирование зародыша (у семян); • разрушение ингибиторов роста и т.д. |