Батурицкая Н. В., Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с растениями. 1991. Батурицкая Н. В., Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с растениями. Удивительные опыты с растениями
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
Часть клеток, образовавшихся в процессе деления, остается меристематическими, а остальные переходят в фазу растяжения. Характерной особенностью фазы растяжения является быстрое увеличение объема клеток, например, за 1 ч клетка может увеличиться в размерах в 2 раза. Увеличение объема клеток связано с поглощением больших количеств воды и формированием вакуолей. К концу фазы растяжения размеры клетки увеличиваются по сравнению с эмбриональной фазой в десятки раз. Постепенно растяжение замедляется, и клетки переходят к третьему этапу жизнедеятельности — дифференциации, в ходе которого происходит их узкая специализация. Из внешне однородных клеток меристем формируются покровные, проводящие, паренхимные, эмбриональные, механические клетки, совокупность которых образует соответствующие ткани растений. Таким образом, изменение размеров клеток идет неравномерно: сначала (эмбриональная фаза) медленно, размеры клеток после деления увеличиваются только в 2 раза, затем очень быстро (фаза растяжения) и вновь замедление вплоть до полной остановки роста (фаза дифференциации). Графически рост клетки описывается в виде S-образной кривой, иначе называемой большой кривой роста (рис. 13). Рост клеток происходит -под контролем гормонов и регуляторов роста негормональной 76  Рис. 13. Большая кривая роста (фазы): 1 — медленного роста, 2 — быстрого роста, 3 — замедления (переход клеток в фазу дифференцировки), 4— стационарная, свидетельствующая о прекращении роста. природы. К гормонам растений относят вещества, которые синтезируются и функционируют в растениях в микроколичествах, при этом место синтеза гормонов и место их регуляторного воздействия пространственно разобщены. Например, гормон цитокинин, который синтезируется в клетках корня, 77 перемещается по сосудам в клетки стебля, листьев, цветков. У растений нет определенных органов или желез, аналогичных железам внутренней секреции животных, синтезирующим и продуцирующим гормоны. Гормоны растений образуются преимущественно в местах активного деления клеток: в верхушках корней и стеблей, в молодых листьях, почках, растущих плодах. В зависимости от влияния, оказываемого гормонами на рост растений, выделяют гормоны — стимуляторы роста (ауксин, цитокинины, гиббереллины) и гормоны — ингибиторы роста (абсцизовая кислота, этилен). В регуляции участвуют и вещества негормональной природы, например входящая в группу фенольных ингибиторов салициловая кислота. Ауксин синтезируется в верхушечных меристемах побегов и корней, молодых листьях, зародышах семян. В эмбриональной фазе ауксин стимулирует деление клеток, а затем их растяжение, регулирует передвижение питательных веществ в растении. Увеличение количества ауксина в растущих клетках увеличивает приток к ним питательных веществ, что приводит к усилению роста клеток. Гиббереллины синтезируются в меристематических тканях тех же органов, что и ауксин. Совместно с ауксином гиббереллины регулируют процесс растяжения клеток, активизируют деление и дифференцировку. Им принадлежит главная роль в регуляции прорастания семян. Основное место синтеза цитокининов — верхушки корней, откуда они перемещаются по растению с током воды. Цитокинины непосредственно регулируют процесс деления 78 клеток. Активизируя синтез белков и нуклеиновых кислот, цитокинины задерживают старение клеток. Ингибиторы замедляют рост растений, подавляя процессы деления и растяжения клеток. Этилен подавляет растяжение клеток, блокирует передвижение ауксина. Накопление этилена в значительных количествах ускоряет старение клеток листьев, плодов, цветков. Он играет важную роль в регуляции созревания плодов, опадении листьев. Действие абсцизовой кислоты так же, как и этилена, проявляется в торможении роста. Она вызывает покой почек, опадение листьев. Координация ростовых процессов основана на сбалансированном совместном действии стимуляторов и ингибиторов роста растений. 29. Периодичность роста древесных побегов Общим законом роста растений является его неравномерность, или периодичность, обусловленная внутренними процессами. Изучите проявление.этого закона на примере роста побегов. Для опыта нужны побеги деревьев, например тополя, линейка. Опыт лучше проводить осенью или зимой, после полной остановки роста побегов. Измерьте длину междоузлий, а также длину побега от его основания до каждого междоузлия. При измерении стебля важно не упустить сближенные узлы с неразвивающимися почками у основания и на верхушке побега. Результаты измерений запишите в таблицу: 79
В большинстве случаев имеет место четко выраженная периодичность роста. Она проявляется в том, что междоузлия, образующиеся по мере нарастания побега, имеют неодинаковую длину: увеличиваясь от основания к середине, длина достигает максимума, а к верхушке побега опять уменьшается. На основании полученных данных постройте кривые роста междоузлий и побега. Для этого по оси ординат отложите длину междоузлий и длину побега, по оси абсцисс — номера междоузлий, считая от основания побега. Построенные кривые показывают, что рост побега происходит неравномерно. Вначале наблюдается медленный рост, затем он увеличивается и наконец снова замедляется и прекращается. Кривая роста междоузлий, характеризующая периодичность их роста, будет иметь одновершинную, почти симметричную форму. Вы изучили особенности роста только одного органа растения — побега. Но они являются общими для ростовых процессов как всего растения в целом, так и других органов и тканей. Ведь в основе роста лежит рост составляющих их клеток. Общий характер кривых роста был установлен немецким ученым Ю. Саксом. 80 Задание. Сравните форму кривой роста побегов тополя с большой кривой роста. Сделайте выводы. Замедление и полное прекращение роста растений в природных условиях часто совпадает с наступлением неблагоприятных внешних условий, но обусловлено прежде всего внутренними факторами: изменением уровня нуклеиновых кислот в точках роста, соотношением гормонов и ингибиторов роста. В тропиках, где годовые колебания температуры незначительны, практически все растения имеют периодическую приостановку роста. Очевидно, рост растений можно регулировать искусственно. 30. Выращивание растения с 2 стеблями из 1 семени Обычно прорастающие семена двудольных растений образуют 1 побег, развивающийся из зародышевой почки. Для получения растений с 2 стеблями нужны семена гороха посевного, 2 горшка с почвой, ножницы. В горшки посейте по 5—6 семян гороха, близко к поверхности. Когда семена дадут всходы, в одном горшке срежьте стебельки у самой поверхности почвы таким образом, чтобы удалить ту часть стебля, на которой находятся прилистники. От стебля останется только короткий пенек. Через несколько дней у опытных растений вместо удаленного главного побега вырастают 2 боковых, у контрольных растений продолжает расти 1 главный побег. Выкопайте несколько опытных растений и убедитесь, что боковые побеги выросли из пазух семядолей. Выкопав и раздвинув семядоли нескольких контрольных растений, убедитесь, что в их пазухах также имеются почки, но они находятся в состоянии покоя. После появления первого листа обрежьте у части опытных растений верхушку стебля, оставив прилистники. Вскоре из почек, находящихся в пазухах прилистников, начнут развиваться боковые побеги. Образуются двустебельные растения. У опытных растений еще раз обрежьте верхушки обоих стеблей. Таким образом можно получить уже растения с 4 стеблями. Опыты показывают, что у основания (в пазухах) всех листьев имеются покоящиеся почки, которые трогаются в рост после удаления части побега с верхушечной почкой. Торможение роста боковых почек ростом верхушечной — проявление так называемых ростовых корреляций. Ростовые корреляции могут быть как отрицательными, так и положительными. При положительной корреляции рост одного органа ускоряется другим, такие взаимоотношения характерны, например, для корневой системы и надземной части растений. Торможение роста боковых почек верхушечной — пример отрицательной корреляции. Она имеет гормональную природу и обусловлена количественным распределением гормона ауксина. Основной источник ауксина в побеге — активно делящиеся клетки верхушечной почки, откуда он перемещается вниз по побегу и накапливается в боковых почках в избыточном, тормозящем рост количестве. При удалении вер- 82 хушки побега концентрация ауксина в боковых почках снижается до оптимальной и почки трогаются в рост. Это явление широко используется в растениеводстве при формировании крон деревьев и кустарников. В парках, на площадях часто можно видеть живые изгороди, которым искусной стрижкой придана причудливая форма. При стрижке удаляются верхушечные почки всех побегов, в результате происходит пробуждение большого количества спящих почек, развитие боковых побегов, которые и придают подстригаемому кусту форму и плотность. Задание. Попробуйте вырастить капусту с 2 кочанами. 31. Причудливые стебли Для того чтобы получить растения с причудливой, искривленной формой стебля, нужно создать такие условия, при которых рост клеток одной стороны стебля будет происходить быстрее, чем другой. Добиться этого можно 2 способами: либо искусственно увеличить в клетках одной стороны содержание ауксина, который регулирует интенсивность растяжения клеток, либо несколько раз изменить положение растения в пространстве, что также приводит к неравномерному распределению ауксина в клетках верхней и нижней сторон стебля. Опробуйте оба способа. Для опыта нужны травянистые, растения, обладающие хорошим вертикальным ростом, например, бобы конские, фасоль посевная, кар- 83 тофель, молодые растения колеуса гибридного, 0,1-процентный раствор ауксина, ланолин. / вариант — с ауксином. Марлевый или ватный тампон смочите раствором ауксина и привяжите к части стебля непосредственно под верхушечной почкой, где начинается зона растяжения. Во избежание высыхания тампон смажьте вазелином или кремом. Вместо тампонов можно приготовить ауксиновую пасту. Для этого 10 мл 0,1-процентного раствора ауксина смешайте с 10 г (2 чайные ложки) paсплавленного на водяной бане ланолина. Размешивайте стеклянной палочкой не менее 10 мин до получения однородной эмульсии. Ланолин имеет желтоватый цвет, но после растирания становится белым. Вместо ланолина можно взять любой крем, например детский (ланолин составляет жировую основу всех кремов). Хранится паста в холодильнике. Нанесите ауксиновую пасту на одну из сторон стебля проростка фасоли. Ауксин легко поступает в клетки и ускоряет их растяжение. В результате обработанная сторона становится немного длиннее необработанной, что приводит к изгибу стебля. Чтобы добиться кольцевого изгиба, надо заставить стебель совершить еще 2 поворота — вниз, а затем вверх. Поэтому накладывать тампоны или пасту придется несколько раз. // вариант — без ауксина. Получить кольцевой изгиб стебля можно, используя способность главного стебля расти вертикально вверх. Для проведения этого опыта можно использовать проростки бобов 84 или фасоли, колеус гибридный. Удобнее, если они будут посажены в горшок прямоугольной формы. Положите горшок так, чтобы стебель растения оказался в горизонтальном положении. Спустя несколько дней верхушка стебля изогнется, и он снова примет вертикальное положение. Таким образом у растения формируется первый изгиб. Постепенно в этой части стебля клетки заканчивают рост, одревесневают, изгиб закрепляется. Еще раз переверните горшок с растением таким образом, чтобы стебель вновь оказался в горизонтальном положении. Через сутки верхняя часть стебля снова окажется изогнутой вверх, но четко обозначенный изгиб сформируется через несколько дней. Еще раз переверните растение таким образом, чтобы растущая верхняя часть стебля оказалась в горизонтальном положении. Верхушка стебля вновь изогнется вверх, завершая формирование кольцевого изгиба стебля. Таким образом, перемещение стебля в горизонтальное положение оказывает такое же влияние, как одностороннее нанесение пасты с ауксином. Объясняется это тем, что в результате любого отклонения 85 главного стебля от вертикального положения в нем происходит перераспределение содержащегося в клетках эндогенного ауксина. В результате увеличивается количество гормона в клетках нижней стороны горизонтально расположенной части стебля, происходит усиление их роста и изгиб стебля вверх. Задание. Осуществите в домашних условиях кольцевой изгиб стебля пеларгонии или бальзамина. 32. Березовый сок и старение растений Место синтеза цитокининов — верхушки корней, откуда гормоны роста по сосудам вместе с током воды поднимаются в надземную часть растений. Одно из проявлений действия цитокининов — повышение устойчивости клеток растений к действию неблагоприятных факторов, торможение старения клеток, в том числе и клеток лепестков венчика. Естественным источником цитокининов является пасока — раствор минеральных и органических веществ, перемещающихся из корня в надземную часть растений по сосудам. Например, в пасоке винограда обнаружено 5 различных цитокининов. Изучите влияние цитокининов березового сока на процесс старения срезанных цветков или листьев. Для опыта нужны 100—200 мл свежего березового сока, молодые цветки фиалки узамбарской или других растений, несколько отделенных от растения листьев, например пеларгонии зональной. 86 Несколько молодых цветков фиалки и листьев пеларгонии поместите в стакан или пробирку с березовым соком. Контрольную группу растений поместите в раствор сахара (2 г на 100 мл), так как в пасоке березы содержание Сахаров составляет около 2%. Для предотвращения развития гнилостных бактерий можно добавить поваренную соль из расчета 1 чайная ложка соли на 1 л раствора. Продолжительность жизни срезанных цветков фиалки под действием цитокининов березового сока увеличивается на 3—5 дней, листья пеларгонии остаются зелеными еще дольше. Старение лепестков, листьев связано с постепенным накоплением в них ингибитора роста этилена, что приводит к нарушению проницаемости мембран клеток, усилению распада белков, а в листьях и хлорофилла. Поступающие в лепестки и листья цитокинины тормозят синтез этилена, что приводит к увеличению продолжительности цветения, сохранению зеленого цвета листьев. Задание. Исследуйте, какое действие оказывает пасока березы на цветки и листья различного возраста. 33. Салициловая кислота — ингибитор роста растений Широко известно применение салициловой кислоты и ее производного — ацетилсалициловой кислоты (аспирина) в медицине. Впервые салициловая кислота была выделена из коры и листьев ив (от лат. «саликс» — ива), где содержится в значительных количествах. Кроме ивы, салициловая кислота выделена из стеблей злаков, корней томатов, 87 мякоти плодов лимона, земляники, абрикоса. Ее широкое распространение обусловлено тем, что она обладает свойствами ингибитора роста. Изучим влияние салициловой кислоты на рост корня и стебля. Для опыта нужны: раствор салициловой кислоты (50 мг на 100 мл), 3—6 чашек Петри, семена однодольных растений, например кукурузы, и двудольных, например огурцов посевных, линейка. Семена разместите в 3 чашках Петри по 10 штук в каждой. Для большей достоверности проведите опыт в двух-, трехкратной повторности. В первую чашку налейте 10 мл воды, во вторую 5 мл воды и 5 мл приготовленного раствора салициловой кислоты, что соответствует концентрации 0,025%, в третью — 10 мл исходного раствора салициловой кислоты (концентрация 0,05%). Закройте чашки Петри крышками и поставьте на проращивание в теплое (25—30 °С) место. Через неделю измерьте длину корней и стеблей у проростков, подсчитайте среднюю длину корня и стебля в каждом варианте, данные занесите в таблицу. Результаты опыта свидетельствуют, что салициловая кислота, особенно в высоких дозах, замедляет как прорастание семян, так и рост корня и стебля (рис. 15). Например, в одном из опытов при повышении концентрации салициловой кислоты до 0,05% рост корня прекращается сразу после наклевывания, точки роста чернеют. В растворе наполовину меньшей концентрации корни у проростков вырастают в 4 раза короче, чем в контроле. Тормозящее действие салициловой кислоты на рост 88 корня выражено значительно более отчетливо, чем на рост стебля. Корень проявляет в 2—3 раза большую чувствительность к ингибитору, чем стебель. Тормозящее действие салициловой кислоты связано с подавлением в клетках синтеза ряда витаминов, хлорофилла, белков, процессов дыхания и фотосинтеза. Салициловая кислота относится к довольно обширной группе природных негормональных ингибиторов роста. |