Фізіологія рослин на сучасному етапі розвитку

• розглядає роль мінеральних речовин як регуляторів стану колоїдів і каталізаторів та їхню участь у синтезі органічних сполук і як центрів електричних явищ у клітині. (Ю. Лібіх, С. М. Виноградський)

4.2. Біофізичний напрям

• вивчає питання енергетики клітини, електрофізіології рослини, фізико-хімічні закономірності її функцій (водного режиму, кореневого живлення, росту, подразнення, фотосинтезу і дихання рослин). (Д. Гродзинський, Ю. Порузький)

4.3. Онтогенетичний напрям

• досліджує вікові закономірні зміни розвитку рослин, які залежать від внутрішніх біохімічних і біофізичних процесів, морфогенез і можливі способи керування розвитком рослин (фотоперіодизм, яровизація, світлокультура, загартування рослин та ін.). (В. Любименко, Я. Ромашко)

4.4. Еволюційний, або порівняльний напрям

• виявляє особливості філогенезу виду чи окремих осіб. (В. І. Бабенко)

• встановлює особливості індивідуального розвитку рослин за певних зовнішніх умов; (В. Я. Юрьєв, М. М. Кулєшов)

• досліджує онтогенез, як функцію генотипу, яка склалася в філогенезі, вікові зміни рослин, які залежать від спадкової конституції і зовнішніх умов. (В. Я. Юрьєв, М. М. Кулєшов)

4.5. Екологічний напрям

• досліджує внутрішні процеси рослинного організму залежно від зовнішнього середовища; (Є. Вотчал)

• досліджує застосування добрив у вигляді збалансованих туків, створення найкращого світлового і оптимального водного режимів раціональним розміщенням рослин на площі, підвищення білковості, цукристості продуктів, стійкості рослин до несприятливих зовнішніх умов; (А. Оканенко, Л. Максимчук)

• завдання цього напряму: розробити такі заходи впливу на рослини, які б були ефектині в сільськогосподарському виробництві. (А. Гродзинський)

4.5. Синтетичний, або кібернетичний напрям

• виявляє загальні закономірності росту рослин, енергетики і кінетики, взаємозв’язаних процесів: фотосинтезу, дихання, живлення і органоутворення. Складні процеси життєдіяльності можна зрозуміти лише беручи до уваги цілісність всього організму. Рослина, як і тварина, є надзвичайно складною, цілісною, саморегулюючою кібернетичною системою; (В. М. Любименко, Ф. Ф. Мацков)

• кібернетика досліджує конкретні біофізичні і біохімічні пристосувальні процеси та реакції організму і розробляє способи регуляції і керування процесами в біологічних системах. (М. Бідзіля, Б. Гуляєв)

5. Місце фізіології рослин серед інших наук

Фізіологія рослин відноситься до біологічних, теоретичним наукам,є галуззю експериментальної ботаніки, яка в XIX ст. виділилася в самостійну науку. У різний час на базі фізіології рослинс формувалися вірусологія (1902 р.), агрохімія (1910 р.), хімія гербіцидіві стимуляторів росту (1925 р.), мікробіологія (1930 р.), біохімія (1930р.). Фізіологія рослин тісно пов'язана з біохімією, біофізики,мікробіологією, цитологією, генетикою, молекулярною біологією, хімією,фізикою, використовує сучасні методи хімії, фізики, математики,кібернетики. Успішний розвиток біохімії сприяє вивченню обміну речовин і енергії рослин на субклітинному і молекулярному рівнях. Важко встановити межі між окремими біологічними науками, науками прожиття. Однак перш за все фізіологія рослин забезпечує необхідну інтеграцію всіх біологічних значень на рівні цілої рослини і ценозу,в цьому її особлива роль у системі біологічних наук.

В основі фізіологічних функцій рослин лежить перетворення речовин і енергії відповідно до законів фізики і хімії. Це означає, що зазначені науки є фундаментом фізіології рослин. Фізіологія рослин пов'язана з анатомією і морфологією рослин, так як будова органу та його функції взаємопов'язані. Але, ще К. А. Тімірязєв підкреслював, що з'ясувати до кінця функцію, а тим більше її зв'язок з будовою відповідних частин рослин можна тільки грунтуючись на принципі еволюційного вчення. Будучи ботанічної дисципліною, що відокремилася від ботаніки, фізіологія рослин тісно пов'язана з фізіологією тварин. Дихання, харчування, ріст, подразливість, розмноження - все це властивості живих організмів як тварин так і рослин. І для того, щоб зрозуміти життя рослин, необхідно дуже добре знати властивості всіх живих організмів.

У цьому зв'язку робилося багато спроб створити загальну фізіологію, яка б охоплювала життєві явища у всіх живих організмах. Специфічні особливості рослин в цих умовах відходять на задній план, тому, з точки зору більш глибокого висвітлення проблем фізіології рослин, саме її викладання є більш виправданим.

Фізіологія рослин - це самостійна наука, яка має свої особливості. Тісно стикаючись з біологічними дисциплінами описового характеру, фізіологія відрізняється від них тим, що фундаментом своїм має, як ми вже зазначили, науки фізико-хімічні. Тому у своєму аналізі життєвих явищ, розкладаючи більш складні процеси на більш прості, ми весь час звертаємося до допомоги фізики і хімії. Розвиток фізіологічної науки тісно пов'язане з розвитком наук фізико-хімічних.

Так як управління життєвими процесами рослин та їх використання для потреб людини становить головне завдання рослинництва, то фізіологія рослин є однією з найголовніших основ наук агрономічних. Фізіологія рослин є основною для раціонального землеробства. І навпаки, проблеми агрономічного характеру є стимулом в розробці певних фізіологічних проблем, при цьому в розробці цих питань беруть участь і самі представники агрономічної науки. Їх роботам фізіологія рослин зобов'язана дуже багатьом, особливо в питаннях харчування рослин. Імена таких вчених як Ж. Б. Бусенго, І. В. Мічурін, В. Р. Вільямс, Д. Н. Прянишников та ін. В історії фізіології рослин займають почесні місця.

Тісний зв'язок існує між фізіологією рослин і селекцією. Відбір та створення нових сортів ставлять своїм завданням підвищення врожаю і якості продуктів, а для цілеспрямованого відбору необхідно знати фізіологічні ознаки сортів: їх скоростиглість, зимостійкість, посухостійкість і т. д. Ці відомості можна отримати тільки при постійному фізіологічному вивченні сортів. Ще більше ця зв'язок проявляється в тому, що фізіологія рослин, вивчаючи рослини в умовах навколишнього середовища, допомагає селекціонерам змінювати природу рослин в необхідну для практики сторону за допомогою управління їх життєдіяльністю. Фізіологія є джерелом нових прийомів впливу на рослини, за допомогою яких можна вже в певних умовах підняти урожай або підвищити стійкість до несприятливих факторів середовища, прискорити розвиток або поліпшити якість врожаю. До таких нових прийомам слід віднести вперше знайдені фізіологами способи ранньої вигонки рослин за допомогою ефірізаціі і різних хімічних агентів. Необхідно також сказати і про розроблених фізіологами прийомах світлокультури рослин в зимовий період в теплицях, способах прискорення та отримання корнів у живців, отримання безнасінних плодів за допомогою фізіологічно активних речовин.

Дуже велике значення має фізіологія рослин для успішного вирішення екологічних проблем. Здатність зелених рослин «покращувати» повітря була відзначена ще першими фізіологами рослин. Це положення, як ви знаєте, відбувається за рахунок виділення рослинами кисню. Тільки тому стала можливою життя тварин.

Не останню роль відіграє фізіологія рослин в космічній біології. Якщо при коротких подорожах всю необхідну їжу і воду можна захопити із Землі, то при космічних подорожах на великі відстані необхідні більш незалежні і замкнуті системи життєзабезпечення. Рослини, як видно, будуть служити цінним і важливим компонентом такої системи, тому що вони можуть дати не тільки постійне забезпечення їжею, але забезпечити переробку відходів людини. Люди, які знаходяться в космосі (кораблі) вдихають кисень і видихають вуглекислий газ. Зелені ж рослини в процесі фотосинтезу забезпечують зворотний процес. Продукти виділення людини можуть частково задовольнити потреби рослин в поживних речовинах, а виділювана при транспірації вода, відповідним чином конденсована, може служити питною водою.

Для отримання їжі, очищення повітря, переробки відходів можна використовувати і водорості, зокрема хлорелу. Але безсумнівно, що для збільшення кількості продуктів, їх різноманітності, а також для оптимального використання очисних здібностей будуть застосовуватися як одноклітинні водорості, так і багатоклітинні рослини. Щоб усе це втілити, необхідні знання фізіології рослин: необхідно знати, як проходять процеси фотосинтезу, дихання і ін. Конкретних умовах. Особливе місце займає фізіологія рослин в проблемах Республіки, пов'язаних з радіобіологією, особливо після аварії на ЧАЕС. Тільки розкриття механізмів надходження, накопичення радіонуклідів рослинами, їх вплив на процеси життєдіяльності рослин можна намітити шляхи успішної боротьби з радіоактивним забрудненням.

Таким чином, наукові успіхи в галузі фізіології рослин є основою успіхів багатьох наук. Завдяки цим успіхам, наприклад, сільське господарство виявилося здатним годувати все зростаюче населення земної кулі. Забезпечення людства продуктами харчування в майбутньому залежить від продовження досліджень в області росту рослин, створення способів ведення господарства, які б забезпечували оптимальний ріст. Інтенсивність таких досліджень залежить від того, яке значення і увагу приділятимуть сільському господарству і науковим дослідженням в області рослинництва і фізіології рослин.

6. Сучасний розвиток фізіології рослин

Фізіологія рослин, біологічна наука, що вивчає загальні закономірності життєдіяльності рослинних організмів. Фізіологія рослин вивчає процеси поглинання рослинними організмами мінеральних речовин і води, процеси росту і розвитку, цвітіння і плодоношення, кореневого (мінерального) та повітряного (фотосинтез) живлення, дихання, біосинтезу і накопичення різних речовин, сукупність яких забезпечує здатність рослини будувати своє тіло і відтворювати себе в потомстві. Розкриваючи залежність життєвих процесів від зовнішніх умов, Фізіологія рослин створює теоретичну основу прийомів і методів підвищення загальної продуктивності рослинних організмів, поживної цінності, технологічної якості їх тканин і органів. Фізіологічні дослідження служать науковою основою раціонального розміщення рослин в ґрунтово-кліматичних умовах, найбільш повно відповідних їх потребам.

Коло питань, що становлять предмет фізіологія рослин., Багато в чому визначається специфічними особливостями її об'єкта - зеленого рослини. Зелені рослини відрізняються від всіх ін. Форм живих істот здатністю використовувати як джерело енергії сонячне світло і перетворювати його енергію в хімічну (вільну) енергію органічних сполук. Здійснювати процес фотосинтезу. Завдяки цьому зелені рослини здатні використовувати для свого харчування неорганічні сполуки, позбавлені істотних запасів легко мобілізуються вільної енергії. В процесі фотосинтезу рослини збагачують енергією що поглинаються ними і перетворені мінеральні сполуки, синтезують різні багаті енергією органічні речовини і тим самим створюють основну базу їжі і енергії для існування всіх інших форм життя на Землі. У цьому полягає принципова відмінність зелених рослин від тварин і ін. Безхлорофільні організми (гриби, бактерії), для існування яких необхідні готові органічні сполуки. Специфічні властивості рослин тісно пов'язані з особливостями їх загальної анатомо-морфологічної структури. На відміну від тварин, для яких характерне "компактне" будова, рослинні організми, як правило, мають значно більшою поверхнею завдяки галуженню як надземних, так і підземних органів. Це дозволяє рослині взаємодіяти з великими обсягами ґрунту і повітря як джерелами живлення. Крім того, у рослини протягом майже усього життя не припиняється ріст, поряд зі старими є молоді тканини (меристеми), що зберігають здатність до утворення нових клітин. Інша специфічна особливість зелених рослин - відсутність у них постійного внутрішнього середовища: температура тканин, вміст у них кисню, вуглекислого газу та ін. Параметри можуть змінюватися. В силу цього пристосування рослин до умов зовнішнього середовища (адаптація) здійснюється принципово іншим шляхом, ніж у тварин.

До числа принципово важливих досягнень сучасної фізіологія рослин відноситься розшифрування тонких механізмів, регулюючому впливу яких підпорядкований енергетичний обмін зеленого рослини, з'ясовано, що фотосинтез і дихання являють собою дві сторони єдиного процесу обміну речовин і енергії. Встановлено роль біохімічних процесів дихання як джерела проміжних продуктів, використовуваних кліткою для синтезу основних структурних і фізіологічно активних компонентів протоплазми. За своїм значенням дихання в певних умовах аналогічно фотосинтезу, в відсутність фотосинтезу рослини можуть засвоювати живильні речовини тільки в результаті окислювально-відновних перетворень, здійснюваних при диханні. Досягнуті успіхи в розкритті природи фізико-хімічних і біохімічних процесів, що беруть участь в поглинанні світлової енергії, перетворенні цієї енергії в хімічну і її запасанні у формі багатих енергією макроергічних сполук, що виконують роль біологічного "пального". Велику роль у вивченні цих проблем фізіологія рослин. зіграли роботи ряду радянських і зарубіжних учених - німецьких О. Варбурга, Г. Виланда, англійського Д. Кейліна, шведського Х. Теорелля, англійського Х. А. Кребса, угорського А. Сент-Дьердьі, радянська Я. О. Парнаса, Д. М. Михлина, М. Гіббса і ін. Принципово важливі успіхи досягнуті при вивченні будови і фізико-хімічних властивостей і шляхів біосинтезу фотосинтетичних пігментів, їх метаболізму і механізмів здійснюваних ними функцій. Досягнення в галузі вивчення пігментів виразилися у відкритті декількох видів фотофосфорилювання (циклічне, нециклічне, псевдоциклічне, амер. Учений Д. І. Арнон і ін.), Розшифровці механізмів первинних етапів поглинання кванта світла (радянські вчені А. Н. Теренін, американські Б. Чанс, Л. Н. М. Дьюйзенс), з'ясуванні шляхів біосинтезу хлорофілів (сов. дослідник Т. Н. Годнев, амереканский Є. Рабинович та ін.), розкритті біохімічних механізмів і шляхів темнової стадії фотосинтезу (амереканским ученим М. Калвін, австралійським М. Д. Хетч. С. Р. Слек, радянським Ю. С. Карпілов). Теоретичне значення цих досліджень полягає в утвердженні принципу альтернативності, взаємозамінності, який лежить в основі організації всіх фізіологічних функцій і регуляторних систем рослинного організму. Співвідношення циклічного, нециклічного або псевдоциклічних шляхів фотофосфорилювання в онтогенезі залежить від зовнішніх умов (наприклад, освітлення) і т.д. Встановлено існування одно-, двох- і, можливо, навіть триквантового механізмів фотосинтезу. Поряд з еволюційно найбільш древнім анаеробним шляхом окислювального енергообміну (гліколіз) існують шляхи аеробного окислення (цикл трикарбонових кислот, гліоксилатний цикл, пентозофосфатний цикл). Співвідношення між ними також мінливо і залежить від виду рослини та умов його розвитку (парціальний тиск O2 в атмосфері, температура, світло). Важлива подія в сучасній фізіологія рослин - Відкриття нової специфічної функції енергообміну зеленої рослини - фотоподиху, т. і. Індукуючи світлом поглинання зеленої кліткою кисню, що супроводжується виділенням CO2. З фотоподиху, мабуть, значною мірою пов'язана ефективність використання рослиною світла, чиста продуктивність фотосинтезу і загальна продуктивність рослини.